DE102016219968A1 - A method of determining a relative powder bed density in a device for generatively producing a three-dimensional object - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bestimmung einer relativen Pulverbettdichte in einer Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials. Das Verfahren umfasst zumindest einen ersten Probekörper und die Schritte a) Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds mittels eines über das Baufeld fahrenden Beschichters, b) optionales Verdichten der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials, c) selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem Querschnitt des zumindest einen herzustellenden ersten Probekörpers entsprechen, mittels einer Verfestigungsvorrichtung und d) optionales Wiederholen der Schritte a) bis c), bis der zumindest eine erste Probekörper fertiggestellt ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren die Schritte: Bestimmen zumindest einer dem zumindest einen ersten Probekörper zugeordneten Längenabmessung senkrecht zu einem Schichtverlauf des pulverförmigen Aufbaumaterials und Vergleichen der zumindest einen ermittelten Längenabmessung mit zumindest einer entsprechenden Längenabmessung zumindest eines zweiten Probekörpers.The method according to the invention serves to determine a relative powder bed density in a device for producing at least one three-dimensional object by layer-wise application and selective solidification of a pulverulent construction material. The method comprises at least a first test specimen and the steps of a) applying a layer of powdered building material within a construction field by means of a coater moving over the construction field, b) optionally compacting the applied layer of building material, c) selectively solidifying the applied layer at locations which a cross-section of the at least one first specimen to be produced, by means of a solidification device and d) optionally repeating the steps a) to c) until the at least one first specimen is completed. Furthermore, the method comprises the steps of determining at least one length dimension associated with the at least one first specimen perpendicular to a layer course of the powdered building material and comparing the at least one determined length dimension with at least one corresponding length dimension of at least one second specimen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung einer relativen Pulverbettdichte in einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines Pulvers.The present invention relates to methods of determining a relative powder bed density in a device for generatively producing a three-dimensional object by layering and selectively solidifying a building material, preferably a powder.

Vorrichtungen und Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts werden beispielsweise beim Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Additive Manufacturing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen ”Selektives Lasersintern oder Laserschmelzen” bekannt. Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen von einem Querschnitt des herzustellenden Objekts entsprechenden Stellen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt.Devices and methods for generatively producing a three-dimensional object are used, for example, in rapid prototyping, rapid tooling or additive manufacturing. An example of such a method is known as "selective laser sintering or laser melting." At this time, a thin layer of powdery building material is repeatedly applied and the build material in each layer is selectively solidified by selectively irradiating portions corresponding to a cross section of the object to be manufactured with a laser beam.

Dabei spielt die Pulverbettdichte vor der Verfestigung im Hinblick auf die Qualität des herzustellenden oder hergestellten Objekts und die Prozessstabilität eine große Rolle. Die DE 10 2006 023 484 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdichten von pulverförmigem Aufbaumaterial, wobei das Aufbaumaterial vorzugsweise ein Mischpulver aus Neu- und Altmaterial ist.In this case, the powder bed density prior to solidification plays a major role in terms of the quality of the object to be produced or produced and the process stability. The DE 10 2006 023 484 A1 describes an apparatus and a method for compacting powdery building material, wherein the building material is preferably a mixed powder of new and used material.

Durch die in der DE 10 2006 023 484 A1 beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren kann durch Erhöhung der Pulverbettdichte sowohl die Auffrischrate, d. h. den Anteil des Neupulvers im Mischpulver, verringert, als auch ermöglicht werden, ein Pulver zu verwenden, welches wegen zu geringer Schmelzviskosität nicht oder nur bedingt für den Lasersinterprozess geeignet ist.By in the DE 10 2006 023 484 A1 described device and the method described can be by increasing the powder bed density both the refresh rate, ie the proportion of new powder in the powder mixed, reduced, as well as to allow to use a powder which is not or only partially suitable for the laser sintering process because of too low melt viscosity.

Die Pulverbettdichte wird darin wie folgt quantitativ ermittelt: Ein geschlossenes hohles dünnwandiges quaderförmiges Lasersinter-Bauteil wird derart belichtet, dass das beim Belichten eingeschlossene Volumen einen sich aus den Innenabmessungen des Behälters in den Richtungen xyz ergebenden Wert hat, wobei sich die z-Richtung senkrecht zum Pulververlauf erstreckt. Das so gebaute Teil wird von außen von anhaftenden Pulverresten befreit und gewogen. Anschließend wird das Teil aufgeschnitten und das im Inneren befindliche Pulver entleert, sowie das leere Teil wieder gewogen. Die Differenz der Massen entspricht der Masse des eingeschlossenen Pulvervolumens. Da das Pulvervolumen bekannt ist, lässt sich daraus die Dichte des Pulverbetts berechnen. Allerdings ist die absolute Dichtemessung aufgrund zahlreicher Unwägbarkeiten oft kompliziert.The powder bed density is quantified therein as follows: A closed hollow thin-walled cuboid laser sintered component is exposed such that the trapped volume has a value resulting from the inner dimensions of the container in the directions xyz, the z-direction being perpendicular to the Powder gradient extends. The thus-built part is freed from the outside of adhering powder residues and weighed. Then the part is cut open and the powder inside is emptied, and the empty part weighed again. The difference of the masses corresponds to the mass of the enclosed powder volume. Since the powder volume is known, the density of the powder bed can be calculated from this. However, the absolute density measurement is often complicated due to numerous imponderables.

Folglich besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein alternatives bzw. verbessertes Verfahren bzw. eine alternative bzw. verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen der Pulverbettdichte bereitzustellen.Accordingly, the object of the present invention is to provide an alternative or improved method or apparatus for determining the powder bed density.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 12 bzw. eine Steuereinheit gemäß Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann das Verfahren auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtungen weitergebildet sein oder umgekehrt, bzw. die Merkmale der Vorrichtungen können auch jeweils untereinander zur Weiterbildung genutzt werden. Merkmale verschiedener vorteilhafter Weiterbildungen und Ausführungsformen können ferner untereinander kombiniert werden.This object is achieved by a method according to claims 1 or 12 or a control unit according to claim 15. Further developments of the invention are specified in the subclaims. In this case, the method can also be developed by the features of the devices embodied below or in the subclaims, or vice versa, or the features of the devices can also be used in each case for further development. Features of various advantageous developments and embodiments can also be combined with each other.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bestimmung einer relativen Pulverbettdichte in einer Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials. Das Verfahren umfasst zumindest einen ersten Probekörper und die Schritte

• a) Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds mittels eines über das Baufeld fahrenden Beschichters,
• b) optionales Verdichten der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials,
• c) selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem Querschnitt des zumindest einen herzustellenden ersten Probekörpers entsprechen, mittels einer Verfestigungsvorrichtung und
• d) optionales Wiederholen der Schritte a) bis c), bis der zumindest eine erste Probekörper fertiggestellt ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren die Schritte: Bestimmen zumindest einer dem zumindest einen ersten Probekörper zugeordneten Längenabmessung senkrecht zu einem Schichtverlauf des pulverförmigen Aufbaumaterials und Vergleichen der zumindest einen ermittelten Längenabmessung mit zumindest einer entsprechenden Längenabmessung zumindest eines zweiten Probekörpers.

The method according to the invention serves to determine a relative powder bed density in a device for producing at least one three-dimensional object by layer-wise application and selective solidification of a pulverulent construction material. The method comprises at least a first specimen and the steps

• a) applying a layer of the powdery building material within a construction field by means of a moving over the site coater,
• b) optionally compacting the applied layer of the building material,
• c) selectively solidifying the applied layer at locations corresponding to a cross section of the at least one first specimen to be produced by means of a solidification device and
• d) optionally repeating steps a) to c) until the at least one first test specimen is completed. Furthermore, the method comprises the steps of determining at least one length dimension assigned to the at least one first specimen perpendicular to a layer course of the powdered building material and comparing the at least one determined length dimension to at least one corresponding length dimension of at least one second specimen.

Durch die relative Bestimmung der Pulverbettdichte kann beispielsweise im Vergleich zur quantitativen Bestimmung der Pulverbettdichte eine genauere Aussage über die Dichte getroffen werden. Die Genauigkeit kann im Falle exakt gleicher Baubedingungen des ersten und zweiten Probekörpers dadurch gegeben sein, dass die Temperaturabhängigkeit des Bauprozesses bei einer relativen Bestimmung der Pulverbettdichte gleichermaßen miteinfließt. The relative determination of the powder bed density makes it possible, for example, to make a more precise statement about the density in comparison to the quantitative determination of the powder bed density. The accuracy can be given in the case of exactly the same construction conditions of the first and second specimens that the temperature dependence of the construction process is included in a relative determination of the powder bed density alike.

Vorzugsweise wird der zumindest eine zweite Probekörper mittels eines pulverbasierten generativen Schichtbauverfahrens hergestellt, vorzugsweise unter Verwendung des gleichen pulverförmigen Aufbaumaterials wie zur Herstellung des zumindest einen ersten Probekörpers. Dies erleichtert den Abgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Probekörper erheblich, da den beiden Probekörpern dann – bildlich gesprochen analog zu einem gemeinsamen Koordinatensystem – bestimmte gemeinsame technische Ausgangsvoraussetzungen zugrunde liegen, aufgrund derer die Unterschiede beim Vergleich der beiden Probekörper dann besonders signifikant und auswertbar sind.Preferably, the at least one second specimen is produced by means of a powder-based generative layer construction method, preferably using the same pulverulent construction material as for producing the at least one first specimen. This considerably facilitates the alignment between the first and the second specimen, since the two specimens then - figuratively speaking analogous to a common coordinate system - are based on certain common technical starting conditions, on account of which the differences in the comparison of the two specimens are then particularly significant and evaluable.

Vorzugsweise wird zur Herstellung des ersten Probekörpers ein Verdichtungsschritt b) durchgeführt und zur Herstellung des zweiten Probekörpers kein Verdichtungsschritt b) durchgeführt.Preferably, a compaction step b) is carried out for the preparation of the first specimen and no compaction step b) is carried out for the preparation of the second specimen.

Dadurch kann beispielsweise die Effizienz einer Verdichtungsmethode im direkten Vergleich mit unverdichtetem Pulver verglichen werden.As a result, for example, the efficiency of a compaction method can be compared in direct comparison with uncompacted powder.

Alternativ werden zur Herstellung des ersten und des zweiten Probekörpers unterschiedliche Verdichtungsschritte b) durchgeführt.Alternatively, different compaction steps b) are carried out to produce the first and the second specimen.

Dadurch können beispielsweise die Effizienzen zweier verschiedener Verdichtungsmethoden im direkten Vergleich miteinander verglichen werden.As a result, for example, the efficiencies of two different compression methods can be compared in direct comparison.

Vorzugsweise wird oder werden der erste und/oder der zweite Probekörper vor Ermitteln der zumindest einen Längenabmessung aus der Vorrichtung heraus entnommen, was die Vermessbarkeit erheblich vereinfachen kann.Preferably, the first and / or the second test specimen is or are removed from the device before the at least one length dimension is determined, which can considerably simplify the measurability.

Vorzugsweise werden die Schritte a) des Pulveraufbringens und b) des Verdichtens derart durchgeführt, dass die im Schritt c) zu verfestigende Schichtdicke des ersten Probekörpers genauso groß ist wie die im Schritt c) zu verfestigende Schichtdicke des zweiten Probekörpers. Auch diese Maßnahme dient u. a. der Bereitstellung einer verbesserten Basis für den Vergleich der beiden Probekörper.The steps a) of powder application and b) of compacting are preferably carried out such that the layer thickness of the first specimen to be consolidated in step c) is the same as the layer thickness of the second specimen to be consolidated in step c). This measure is u. a. the provision of an improved basis for comparing the two specimens.

Vorzugsweise erfolgen der Schritt a) des Pulveraufbringens und der Schritt b) des Verdichtens der aufgebrachten Schicht gleichzeitig.Preferably, the step a) of the powder application and the step b) of the compacting of the applied layer occur simultaneously.

Vorzugsweise ist der erste und der zweite Probekörper jeweils ein Plättchen, welches durch einmaliges Durchführen der Schritte a), b) und c) hergestellt wird. Vorzugsweise ist die zumindest eine zu bestimmende Längenabmessung eine Abmessung des Probekörpers senkrecht zur verfestigten Schicht.The first and the second test specimen are preferably each a platelet which is produced by carrying out steps a), b) and c) once. Preferably, the at least one length dimension to be determined is a dimension of the test specimen perpendicular to the solidified layer.

Alternativ werden der erste und der zweite Probekörper durch mindestens zweimaliges, bevorzugt vielmaliges, Durchführen der Schritte a), b) und c) hergestelltAlternatively, the first and the second specimens are produced by carrying out steps a), b) and c) at least twice, preferably many times

Dabei sind vorzugsweise der erste und der zweite Probekörper jeweils ein nach oben offener, mit unverfestigt gebliebenem Pulver gefüllter zylinderförmiger Behälter, wobei die beiden Probekörper die gleichen geometrischen Innenabmessungen aufweisen. Zum Bestimmen der zumindest einen einem Probekörper zugeordneten Längenabmessung wird vorzugsweise jeweils ein definierter Druck auf die unverfestigt gebliebene Pulveroberfläche des Probekörpers aufgebracht. Bevorzugt ist die daraus resultierende Höhenänderung der Pulveroberfläche die zumindest eine Längenabmessung.In this case, preferably, the first and the second specimen are each an upwardly open, filled with unverfestigt remained powder cylindrical container, wherein the two specimens have the same geometric inner dimensions. In order to determine the at least one length dimension assigned to a test specimen, a defined pressure is preferably applied in each case to the unconsolidated powder surface of the test specimen. Preferably, the resulting change in height of the powder surface is the at least one length dimension.

Dadurch kann das Verfahren maschinell durchgeführt werden und ist im Wesentlichen unabhängig von einer subjektiven Beurteilung durch eine ausführende Person.As a result, the method can be carried out by machine and is essentially independent of a subjective assessment by an executing person.

Alternativ ist der erste und der zweite Probekörper jeweils ein Objekt mit n Ausnehmungen, wobei n eine natürliche Zahl ist, und wobei jede Ausnehmung einen Nichtverfestigungsbereich einer vorgegebenen Längenabmessung umfasst, in welchem eine oder mehrere Schichten von der Verfestigung ausgenommen wurden und die den Probekörpern zugeordneten Längenabmessungen jene vorgegebenen Längenabmessungen der Nichtverfestigungsbereiche sind, wobei nur die Nichtverfestigungsbereiche berücksichtigt werden, die nach Fertigstellung der Probekörper sichtbar sind.Alternatively, the first and second specimens are each an object having n recesses, where n is a natural number, and wherein each recess comprises a non-solidification region of a given length dimension in which one or more layers have been excluded from solidification and the length dimensions associated with the specimens those predetermined Length dimensions of the non-solidification areas are those taking into account only the non-solidification areas visible after completion of the specimens.

Dadurch kann die relative Pulverbettdichte beispielsweise optisch ohne großen Aufwand des Abmessens beurteilt werden. Die Pulverbettdichte kann so auch mit dem bloßen Auge beurteilt werden.As a result, the relative powder bed density, for example, be assessed visually without much effort of the Abmessens. The powder bed density can thus be assessed with the naked eye.

Vorzugsweise ist der erste und der zweite Probekörper jeweils ein dreidimensionales Objekt mit n Nichtverfestigungsbereichen, wobei n ≥ 1 ist und wobei sich zumindest zwei, vorzugsweise alle n, Nichtverfestigungsbereiche in ihren vorgegebenen Längenabmessungen senkrecht zum Schichtverlauf des pulverförmigen Aufbaumaterials voneinander unterscheiden.Preferably, each of the first and second specimens is a three-dimensional object having n non-solidification areas, where n ≥ 1, and wherein at least two, preferably all n, non-solidification areas differ in their predetermined length dimensions perpendicular to the layer course of the powdered building material.

Dadurch kann die optische Beurteilung beispielsweise vereinfacht sein.As a result, the optical assessment can be simplified, for example.

Vorzugsweise werden an den Probekörpern, insbesondere an den Ausnehmungen, anhaftende Pulverkörner nach ihrer Fertigstellung entfernt, vorzugsweise durch Abstrahlen.Preferably, adhering powder grains are removed after their completion on the test specimens, in particular on the recesses, preferably by blasting.

Dies erhöht die Genauigkeit der Beurteilung.This increases the accuracy of the judgment.

Vorzugsweise werden zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von ersten Probekörpern und/oder zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von zweiten Probekörpern hergestellt und/oder zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von Längenabmessungen an den Probekörpern ermittelt und die Längenabmessungen des oder der ersten Probekörper(s) und die Längenabmessungen des oder der zweiten Probekörper(s) anhand einer geeigneten Kennziffer verglichen, wobei die Kennziffer vorzugsweise ein Mittelwert oder eine Häufigkeitsverteilung der Längenabmessungen ist.Preferably, at least two, preferably a plurality of first test specimens and / or at least two, preferably a plurality of second specimens are produced and / or at least two, preferably a plurality of length dimensions are determined on the test specimens and the length dimensions of the first specimen (s) and the length dimensions of the second specimen or specimens (s) are compared on the basis of a suitable index number, the index number preferably being an average value or a frequency distribution of the length dimensions.

Dadurch kann die relative Pulverbettdichte noch genauer bestimmt werden.As a result, the relative powder bed density can be determined even more accurately.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

• a) Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds mittels eines über das Baufeld fahrenden Beschichters,
• b) optionales Verdichten der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials,
• c) selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem Querschnitt des zumindest einen herzustellenden Objekts entsprechen, mittels einer Verfestigungsvorrichtung und
• d) optionales Wiederholen der Schritte a) bis c), bis das zumindest eine Objekt fertiggestellt ist, wobei das Aufbaumaterial derart verfestigt wird, dass zumindest ein erster Probekörper hergestellt wird und zur Bestimmung einer relativen Pulverbettdichte folgende Schritte durchgeführt werden: Bestimmen zumindest einer dem zumindest einen ersten Probekörper zugeordneten Längenabmessung senkrecht zu einem Schichtverlauf des pulverförmigen Aufbaumaterials und Vergleichen der zumindest einen ermittelten Längenabmessung mit zumindest einer entsprechenden Längenabmessung zumindest eines zweiten Probekörpers.

The method according to the invention serves to produce at least one three-dimensional object by layer-wise application and selective solidification of a pulverulent build-up material. The method comprises the following steps:

• a) applying a layer of the powdery building material within a construction field by means of a moving over the site coater,
• b) optionally compacting the applied layer of the building material,
• c) selectively solidifying the applied layer at locations corresponding to a cross section of the at least one object to be manufactured by means of a solidification device and
• d) optionally repeating steps a) to c) until the at least one object is completed, wherein the building material is solidified such that at least a first specimen is produced and the following steps are carried out to determine a relative powder bed density: determining at least one of the at least a length assigned to a first specimen perpendicular to a layer course of the powdered building material and comparing the at least one determined length dimension with at least one corresponding length dimension of at least one second specimen.

Vorzugsweise werden zumindest ein Objekt und zumindest ein erster und/oder zweiter Probekörper hergestellt.Preferably, at least one object and at least one first and / or second test specimen are produced.

Die erfindungsgemäße programmierbare Steuereinheit dient für eine Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials. Die Steuereinheit ist ausgebildet, die Vorrichtung so zu steuern, dass sie alle Schritte a) und c) sowie optional b) und/oder d) eines Verfahrens wie oben definiert ausführt.The programmable control unit according to the invention serves for a device for producing at least one three-dimensional object by layer-wise application and selective solidification of a pulverulent building material. The control unit is designed to control the device such that it carries out all steps a) and c) and optionally b) and / or d) of a method as defined above.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials. Die Vorrichtung weist einen über ein Baufeld bewegbaren Beschichter zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds auf, eine Verdichtungseinrichtung zum Verdichten der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials, wobei die Verdichtungseinrichtung optional integral mit dem Beschichter ausgebildet sein kann, und eine Verfestigungsvorrichtung zum selektiven Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem Querschnitt des zumindest einen herzustellenden Objekts entsprechen, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet und/oder gesteuert ist, die Schritte des Aufbringens und des selektiven Verfestigens zu wiederholen, bis das zumindest eine Objekt fertiggestellt ist, und wobei die Vorrichtung des Weitern die oben beschriebene erfindungsgemäße Steuereinheit umfasst.The device according to the invention is used to produce at least one three-dimensional object by layered application and selective solidification of a powdered building material. The apparatus comprises a field movable coater for applying a layer of building material within the building field, compacting means for compacting the applied layer of building material, the compacting means optionally optionally integrally formed with the coater, and solidifying means for selectively strengthening the applied ones Layer at locations that correspond to a cross-section of the at least one object to be produced, wherein the device is designed and / or controlled to repeat the steps of application and selective solidification until the at least one object is completed, and wherein the device further comprises the control unit according to the invention described above.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen, die nicht zwangsläufig als maßstäblich zu verstehen sind.Other features and advantages of the invention will become apparent from the description of embodiments with reference to the accompanying drawings, which are not necessarily to be understood as true to scale.

1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Objekte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 1 : A schematic representation of an apparatus for producing three-dimensional objects according to an embodiment of the present invention

2: eine schematische perspektivische Seitenansicht des Pulverauftragens mit dem Beschichter und einer Verdichtungsklinge aus 1 2 : A schematic perspective side view of the powder application with the coater and a compaction blade made 1

3a)–c): eine schematische Darstellung des Querschnitts dreier Verdichterklingen die im Beispiel aus 2 zur Anwendung kommen können 3a) -C): a schematic representation of the cross section of three compressors sound in the example 2 can be used

4a), b): eine schematische Darstellung des Querschnitts von Plättchen gemäß einer ersten Ausführungsform in einem Pulverbett 4a) , b): a schematic representation of the cross section of platelets according to a first embodiment in a powder bed

5a), b): eine schematische Darstellung des Querschnitts von Schlitzen gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem gefertigten Bauteil 5a) , b): a schematic representation of the cross section of slots according to a second embodiment in a manufactured component

6: a)–c) eine schematische Darstellung des Querschnitts eines gefertigten Bauteils mit unverfestigtem Pulver im Inneren und Aufbringen einer Kompressibilitätskraft gemäß einer dritten Ausführungsform 6 a) -c) is a schematic representation of the cross section of a fabricated component with unconsolidated powder inside and applying a compressibility force according to a third embodiment

7: Allgemeine Übersicht über die Verfahrensschritte 7 : General overview of the process steps

Im Folgenden wird mit Bezug auf 1 als beispielhafte erfindungsgemäße Herstellvorrichtung eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4. Als Objekt 2 wird hier sowohl das zu bildende Bauteil, als auch ein Probekörper verstanden.The following is with reference to 1 as an exemplary manufacturing device according to the invention, a laser sintering or laser melting device 1 described for the inventive method. To build an object 2 it contains a process chamber 3 with a chamber wall 4 , As an object 2 is understood here both the component to be formed, as well as a specimen.

In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben hin offenen Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Des Weiteren ist in dem Behälter 5 ein darin in vertikaler Richtung V bewegbarer Träger 7 angeordnet, der das zu bildende Objekt 2 direkt oder indirekt trägt. Beispielsweise kann zwischen dem zu bildenden Objekt 2 und dem Träger 7 eine Grundplatte 8 in dem Behälter 5 angeordnet sein. Der Träger 7 wird in vertikaler Richtung so eingestellt, dass die jeweils zu verfestigende Schicht des Objekts in einer Arbeitsebene 9 liegt. Weiter ist ein Vorratsbehälter 10 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial 11 und ein in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 12 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 11 vorgesehen. Vorzugsweise erstreckt sich der Beschichter 12 quer zu seiner Bewegungsrichtung über den ganzen zu beschichtenden Bereich.In the process chamber 3 is an open-topped container 5 with a container wall 6 arranged. Furthermore, in the container 5 a carrier movable therein in the vertical direction V. 7 arranged, which is the object to be formed 2 directly or indirectly bears. For example, between the object to be formed 2 and the carrier 7 a base plate 8th in the container 5 be arranged. The carrier 7 is set in the vertical direction so that the respective layer to be consolidated of the object in a working plane 9 lies. Next is a reservoir 10 for a solidified by electromagnetic radiation powdery building material 11 and a coater movable in a horizontal direction H. 12 for applying the building material 11 intended. Preferably, the coater extends 12 transverse to its direction of movement over the entire area to be coated.

Das Aufbaumaterial 11 ist vorzugsweise ein Pulver. Insbesondere wird ein Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver verwendet. Bevorzugt wird ein Kunststoffpulver, beispielsweise ein Polymerpulver wie Polyamid, insbesondere Polyamid 12, oder Polystyrol verwendet. Das Pulver kann als Neu-, Alt- oder Mischpulver vorliegen.The construction material 11 is preferably a powder. In particular, a metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder is used. Preference is given to a plastic powder, for example a polymer powder such as polyamide, in particular polyamide 12 , or polystyrene used. The powder can be present as virgin, old or mixed powder.

Die Vorrichtung weist ferner einen Laser 13 auf. Der durch den Laser 13 erzeugte Laserstrahl 14 wird durch eine Ablenkeinrichtung 15 und durch eine Fokussiervorrichtung 16 auf ein Einkoppelfenster 17 gelenkt und von diesem in die Prozesskammer 3 hindurch gelassen und in einem vorbestimmten Punkt in der Arbeitsebene 9 fokussiert. Durch den Laserstrahl 14 wird die aufgebrachte Schicht des Aufbaumaterials an den Stellen, welche einem Querschnitt des herzustellenden Objekts entsprechen, selektiv verfestigt.The device further comprises a laser 13 on. The one by the laser 13 generated laser beam 14 is through a deflector 15 and by a focusing device 16 on a coupling window 17 steered and from this into the process chamber 3 passed through and at a predetermined point in the working plane 9 focused. Through the laser beam 14 the deposited layer of building material is selectively solidified at the locations corresponding to a cross section of the object to be manufactured.

Es ist ferner eine Steuereinheit 18 vorgesehen, über die die Bestandteile der Vorrichtung in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Eine erfindungsgemäße Steuereinheit 18 ist wie unten beschrieben ausgebildet.It is also a control unit 18 provided over which the components of the device are controlled in a coordinated manner to carry out the construction process. A control unit according to the invention 18 is formed as described below.

Die Lasersintervorrichtung 1 kann des Weiteren eine Verdichtungsvorrichtung zum Verdichten von pulverförmigen Aufbaumaterial 11 aufweisen. Diese kann beispielsweise wie in 2 gezeigt ausgebildet sein. Der Beschichter 12 weist zwei in einem Abstand zueinander und in einem Abstand oberhalb der Arbeitsebene angeordnete Backen 51, 52 auf, zwischen denen sich ein Pulvervorrat 20 befindet. Die Backen erstrecken sich über die gesamte Breite des Baufelds. An den einander zugewandten Innenseiten der Backen ist jeweils eine Klinge 60, 61 vorgesehen, die sich ebenfalls über die gesamte Baufeldbreite erstreckt und die an der Backe jeweils in Richtung der Arbeitsebene nach unten hervorsteht. Die Klingenunterseite weist von der Trägeroberfläche bzw. der zuletzt verfestigten Schicht einen Abstand d auf, der der Schichtdicke der gewünschten Schicht entspricht. An der der Arbeitsebene zugewandten Unterseite weisen die Klingen schräge Flächen 60c, 61c auf. Die schrägen Flächen bilden eine Auftragsfläche. Durch ihre Form kann die Klinge 60, 61 sowohl beschichten, als auch das Pulver verdichten und wird daher im Folgenden als Verdichterklinge bezeichnet. In 2 ist die dargestellte momentane Verfahrrichtung des Beschichters 12 mit B angegeben.The laser sintering device 1 may further include a compacting device for compacting powdery building material 11 exhibit. This can, for example, as in 2 be shown formed. The coater 12 has two at a distance from each other and at a distance above the working plane arranged baking 51 . 52 on, between which is a powder stock 20 located. The jaws extend over the entire width of the construction field. At the mutually facing inner sides of the jaws is in each case a blade 60 . 61 provided, which also extends over the entire construction field width and which protrudes downwards on the jaw in the direction of the working plane. The underside of the blade has a distance d from the carrier surface or the last solidified layer which corresponds to the layer thickness of the desired layer. At the underside facing the working plane, the blades have sloping surfaces 60c . 61c on. The sloping surfaces form an application surface. Due to their shape, the blade can 60 . 61 Both coating and compacting the powder and is therefore referred to below as a compressor blade. In 2 is the illustrated instantaneous travel direction of the coater 12 with B specified.

Beim Betrieb der Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 mit einer oben beschriebenen Verdichtungsvorrichtung wird zusätzlich das Aufbaumaterial 11 vor jedem Beschichtungsvorgang in dem Beschichter 12 in einer solchen Menge zugeführt, die ausreicht, eine Schicht des Pulvers aufzutragen. Anschließend fährt der Beschichter 12 über das Baufeld, wobei die Verdichterklinge 60 eine Schicht 21 mit der vorbestimmten Pulverschichtdicke d aufbringt. Diese Pulverschichtdicke d entspricht dem oben genannten voreingestellten, vorbestimmten Abstand zwischen der Unterseite der Klinge, in diesem Falle der Unterkante der Klinge 60, 61 und der Trägeroberfläche bzw. der zuletzt verfestigten Schicht.During operation of the laser sintering or laser melting device 1 with a compression device described above is additionally the building material 11 before each coating operation in the coater 12 in an amount sufficient to apply a layer of the powder. Then the coater moves 12 over the construction field, with the compressor blade 60 a layer 21 with the predetermined powder layer thickness d applies. This powder layer thickness d corresponds to the above-mentioned preset, predetermined distance between the underside of the blade, in this case the lower edge of the blade 60 . 61 and the carrier surface or the last solidified layer.

Durch die in Beschichtungsrichtung B schräg angestellte Fläche 60c wird auf das zu verteilende Pulver, das sich in der vor der Verdichterklinge 60 befindlichen Pulversäule befindet, eine Kraft, die in die Arbeitsebene hineingerichtet ist, ausgeübt. Damit wird das Pulver 20 beim Aufbringen der Schicht komprimiert. Auftragen der Pulverschicht und Kompression können so im Wesentlichen gleichzeitig stattfinden. Eine aufgetragene und verdichtete Pulverschicht entspricht in ihrer Höhe bzw. Dicke der oben genannten vorbestimmten Dicke d, welche beispielsweise 0,10 mm, 0,12 mm oder 0,15 mm hoch bzw. dick sein kann.Due to the inclined in the coating direction B surface 60c is applied to the powder to be distributed in the front of the compressor blade 60 located powder column, a force which is directed into the working plane exerted. This will be the powder 20 compressed when applying the layer. Applying the powder layer and compression can thus take place substantially simultaneously. An applied and compacted powder layer corresponds in height or thickness to the above-mentioned predetermined thickness d, which may for example be 0.10 mm, 0.12 mm or 0.15 mm thick.

Anschließend wird mit dem Laserstrahl der Querschnitt des Objekts 3 in der jeweiligen Schicht bestrahlt und das Pulver somit verfestigt. Danach wird der Beschichter 5 wieder mit Pulver befüllt und wird in einer Richtung entgegen der in 2 gezeigten Richtung B bewegt. Dabei wirkt die zweite Verdichterklinge 61, die spiegelsymmetrisch zu der ersten Verdichterklinge 60 ausgebildet ist, als Beschichter und trägt eine neue Pulverschicht auf die zuletzt verfestigte Schicht bzw. das den verfestigten Bereich umgebende Pulver auf.Subsequently, with the laser beam, the cross section of the object 3 irradiated in the respective layer and thus solidifies the powder. After that, the coater 5 again filled with powder and is in a direction opposite to in 2 shown direction B moves. The second compressor blade acts 61 , which is mirror-symmetrical to the first compressor blade 60 is formed as a coater and applies a new powder layer on the last solidified layer or the powder surrounding the solidified area.

Alternativ zu den Klingen der oben beschriebenen Verdichtungsvorrichtung kann die Verdichtungsvorrichtung auch andersartig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Klinge als Flachklinge F mit einer der Pulveroberfläche im Wesentlichen parallelen Fläche 60c' (3a), als Radiusklinge R mit einer abgerundeten Oberfläche 60c'' (3b) oder Dachklinge D mit zwei schräg aufeinander zulaufende Flächen 60c'' und 60c''' (3c) ausgebildet sein. Alternativ kann die Verdichtungsvorrichtung auch beispielsweise als Rolle bzw. als Walze ausgebildet sein. Die Verdichtung läuft im Wesentlichen analog zum oben Beschriebenen ab. Sie kann im Wesentlichen zeitgleich oder nach dem Auftragen erfolgen. Vorzugsweise laufen Auftragen und Verdichten gleichzeitig ab.As an alternative to the blades of the compression device described above, the compression device may also be designed differently. For example, the blade can be used as a flat blade F with a surface substantially parallel to the powder surface 60c ' ( 3a ), as a radius blade R with a rounded surface 60c '' ( 3b ) or roof blade D with two obliquely converging surfaces 60c '' and 60c ''' ( 3c ) be formed. Alternatively, the compression device may also be designed, for example, as a roller or as a roller. The compression essentially proceeds analogously to what has been described above. It can essentially be done at the same time or after the application. Preferably, application and compression take place simultaneously.

Eine unterschiedliche Dichte des Pulverbettes vor Verfestigung kann sich aber auch aus der Wahl unterschiedlicher Pulver oder unterschiedlichen Pulvermaterials ergeben. Im Falle des gleichen Pulvers kann beispielsweise ein Altpulver im Vergleich zum entsprechenden Neu- oder Mischpulver eine geringere Pulverdichte aufweisen.However, a different density of the powder bed before solidification can also result from the choice of different powders or different powder material. In the case of the same powder, for example, a used powder may have a lower powder density in comparison with the corresponding new or mixed powder.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Eindringtiefe des Energiestrahls bei unverfestigtem Pulver von geringer Verdichtung im Vergleich zu unverfestigtem Pulver von höherer Verdichtung erhöht ist. Die relative Erhöhung der Pulverbettdichte, z. B. mittels der oben beschriebenen Klingen kann so durch die im Folgenden beschriebenen Verfahren bestimmt werden.Investigations have shown that the penetration depth of the energy beam with unconsolidated powder of low compaction is increased compared to unconsolidated powder of higher compaction. The relative increase in powder bed density, e.g. B. by means of the blades described above can be determined by the methods described below.

Zur besseren Veranschaulichung werden alle hier vorliegenden Ausführungsformen und Bespiele so beschrieben, dass der mindestens eine erste Probekörper P1 nach dem optionalen Verdichten des Pulverbettes eine höhere Pulverbettdichte aufweist als der mindestens eine zweite Probekörper P2 nach dem andersartigen Verdichtungsschritt bzw. ohne den Verdichtungsschritt. Selbstverständlich kann es sich aber auch umgekehrt verhalten. Entsprechend sind die jeweils ersten Probekörper P1, welche im Vergleich zu einem jeweils zweiten Probekörper P2 aus einem Pulver mit einer höheren Verdichtung generiert werden, in den 4a), 5a) und 6a), die jeweils zweiten Probekörper P2, welche aus einem Pulver mit einer geringeren Verdichtung generiert werden, in den 4b), 5b) und 6b) dargestellt. Eine allgemeine Übersicht der Verfahrensschritte (VS) zeigt 7.For better illustration, all embodiments and examples presented here are described in such a way that the at least one first specimen P1 after the optional compaction of the powder bed has a higher powder density than the at least one second specimen P2 after the different compaction step or without the compaction step. Of course, it can also behave the other way round. Correspondingly, the respective first specimens P1, which are generated from a powder having a higher compression in comparison to a respective second specimen P2, are in the 4a) . 5a) and 6a) , each second specimen P2, which are generated from a powder with a lower compression, in the 4b) . 5b) and 6b) shown. A general overview of the process steps (VS) shows 7 ,

In einer ersten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird z. B. in einer oben beschriebenen Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung wird wie aus 4a) ersichtlich als herzustellendes Objekt mindestens ein erster Probekörper P1 aus einem Aufbaumaterial, vorzugsweise einem Pulver, hergestellt (siehe auch 7, VS1–VS3). Hierzu wird mindestens eine Pulverschicht auf das Baufeld aufgebracht (7, VS1) und verdichtet (7, VS2), z. B. durch die oben beschriebenen Verdichtungsvorrichtungen. Vorzugsweise finden das Aufbringen der Pulverschicht und das Verdichten des Pulvers gleichzeitig statt. Die komprimierte Pulverschicht weist eine vorbestimmte, zu verfestigende Dicke d auf. In a first embodiment of the present method z. B. in a laser sintering or laser melting apparatus as described above will be like 4a) can be seen as an object to be manufactured at least a first specimen P1 from a building material, preferably a powder prepared (see also 7 VS1-VS3). For this purpose, at least one powder layer is applied to the construction field ( 7 , VS1) and condensed ( 7 , VS2), z. B. by the compression devices described above. Preferably, the application of the powder layer and the compacting of the powder take place simultaneously. The compressed powder layer has a predetermined thickness d to be solidified.

Anschließend wird der mindestens eine erste Probekörper P1 in Form eines Plättchens P1', z. B. eines rechteckigen Plättchens, nach dem oben beschriebenen Verfahren durch selektives Verfestigen an Stellen, welche dem Querschnitt des herzustellenden Plättchens entsprechen, gefertigt (7, VS3). Der Bauprozess findet vorzugsweise unter dem Fachmann geläufigen Standardbedingungen statt. Vorzugsweise wird lediglich eine einzige Schicht belichtet (7, VS3). Das Plättchen P1' liegt dann, wie aus 4a) ersichtlich, inmitten von unverfestigtem Pulvermaterial vor und weist eine zum Pulververlauf senkrecht verlaufende Abmessung, die Dicke d1 auf. Vorzugsweise werden mehrere erste Probekörper, z. B. 2 bis 50 gleichzeitig oder nacheinander, d. h. durch Wiederholen der oben genannten Schritte hergestellt.Subsequently, the at least one first specimen P1 in the form of a small plate P1 ', z. B. a rectangular plate, by the method described above by selectively solidifying at locations which correspond to the cross section of the platelet to be produced manufactured ( 7 , VS3). The construction process preferably takes place under standard conditions known to those skilled in the art. Preferably, only a single layer is exposed ( 7 , VS3). The plate P1 'is then as out 4a) can be seen in the middle of unconsolidated powder material and has a perpendicular to the powder flow dimension, the thickness d1. Preferably, a plurality of first specimens, for. B. 2 to 50 simultaneously or sequentially, that is prepared by repeating the above steps.

Im Anschluss wird mindestens ein zweiter Probekörper P2 durch den oben beschriebenen Prozess in derselben oder einer vergleichbaren Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung vorzugsweise unter Verwendung des gleichen Pulvers wiederholt (4b, 7, VS1–VS3). Vorzugsweise entsprechen alle Baubedingungen, wie z. B. Bautemperatur und Bauzeit, denen des Herstellungsprozesses des oben genannten ersten Probekörpers. Vorzugsweise entspricht auch die vorbestimmte, zu verfestigende Pulverschichtdicke d der vorbestimmten Pulverschichtdicke d im Herstellungsprozesses des oben genannten ersten Probekörpers durch entsprechende Einstellung des Beschichters und/oder der Verdichtungsvorrichtung. Anstelle der oben verwendeten Verdichtungsvorrichtung wird entweder eine andere Verdichtungsvorrichtung oder keine Verdichtungsvorrichtung verwendet.Subsequently, at least one second specimen P2 is repeated by the process described above in the same or a comparable laser sintering or laser melting apparatus, preferably using the same powder ( 4b . 7 VS1-VS3). Preferably, all construction conditions, such. As building temperature and construction time, those of the manufacturing process of the above first specimen. The predetermined powder layer thickness d to be solidified likewise preferably corresponds to the predetermined powder layer thickness d in the production process of the abovementioned first test specimen by appropriate adjustment of the coater and / or the compacting device. Instead of the compression device used above, either a different compression device or no compression device is used.

Die aufgebrachte Pulverschicht weist vor Verfestigung unabhängig von dem optionalen bzw. andersartigen Verdichtungsschritt die gleiche oben genannte Dicke d auf. Nach Herstellung des zweiten Probekörpers P2 in Form eines Plättchens P2' durch Belichten an selektiven Stellen (7, VS3), z. B. eines rechteckigen Plättchens, weist dieses eine zum Pulververlauf senkrecht verlaufende Länge, die Dicke d2 auf und liegt wie aus 4b) ersichtlich inmitten von unverfestigtem Pulvermaterial vor. Vorzugsweise werden mehrere zweite Probekörper, z. B. 2 bis 50 gleichzeitig oder nacheinander hergestellt. Die Plättchen werden nach Fertigstellung vorzugsweise gereinigt beispielsweise durch Strahlen mit Glaskugeln oder durch Reinigung mit einem Pinsel.The applied powder layer before solidification, regardless of the optional or different compression step has the same thickness d mentioned above. After preparation of the second specimen P2 in the form of a small plate P2 'by exposure at selective sites ( 7 VS3), z. B. a rectangular plate, this has a perpendicular to the powder flow length, the thickness d2 and is as out 4b) apparently in the midst of unconsolidated powder material. Preferably, a plurality of second specimens, for. B. 2 to 50 produced simultaneously or sequentially. The platelets are preferably cleaned after completion, for example by blasting with glass beads or by cleaning with a brush.

Die senkrecht zum Schichtverlauf verlaufenden Längen, die Dicken der oben genannten ersten und zweiten Probekörper d1 und d2, werden anschließend vermessen (7, VS4), beispielsweise mit einer Bügelmessschraube, vorzugsweise nach Entfernen der Probekörper aus der Maschine. Nach Ermittlung der Messwerte werden die Dicken d1 und d2 des ersten Probekörpers P1' und des zweiten Probekörpers P2' miteinander verglichen (S5). Im Falle mehrerer erster und/oder zweiter Probekörper wird eine geeignete Kennziffer gewählt, welche vorzugsweise ein Mittelwert oder eine Häufigkeitsverteilung der jeweiligen Dicke d1 bzw. d2 ist.The lengths perpendicular to the course of the layer, the thicknesses of the above-mentioned first and second specimens d1 and d2, are then measured ( 7 , VS4), for example with an outside micrometer, preferably after removal of the specimens from the machine. After determining the measured values, the thicknesses d1 and d2 of the first specimen P1 'and the second specimen P2' are compared with each other (S5). In the case of a plurality of first and / or second specimens, a suitable index number is selected, which is preferably an average value or a frequency distribution of the respective thickness d1 or d2.

Wie aus 4a) und b) ersichtlich weist ein Plättchen P1', welches aus einem zuvor verdichteten Pulver gefertigt wurde, im Vergleich zu einem Plättchen P2' ohne Verdichtungsschritt eine geringere Dicke auf.How out 4a) and b) a platelet P1 'made of a previously compacted powder has a smaller thickness compared to a platelet P2' without a densification step.

Der oder die zweiten Probekörper P2 können auch vor oder gleichzeitig zu dem ersten Probekörper P1 innerhalb eines Herstellungsprozesses hergestellt werden. Der zweite Probekörper P2 kann aber auch als Referenzkörper unabhängig von dem ersten Probekörper P1, d. h. in einem früheren Herstellungsprozess hergestellt sein. Die Bestimmung der senkrecht zum Schichtverlauf verlaufenden Dicke d1 bzw. d₂ muss nicht zeitgleich mit der des ersten Probekörpers P1 erfolgen. Sie kann auch einmalig als Referenzwert erfolgen und beispielsweise notiert und für später hergestellte erste oder weitere Probekörper herangezogen werden. Des Weiteren kann der Vergleich auch indirekt erfolgen, beispielsweise durch Ermittlung eines Quotienten aus Plättchendicke in Relation zu der voreingestellten Pulverschichtdicke vor Verfestigung und anschließendem Vergleich der Quotienten.The second specimen or specimens P2 can also be produced before or simultaneously with the first specimen P1 within a manufacturing process. However, the second specimen P2 can also be produced as a reference body independently of the first specimen P1, ie in an earlier manufacturing process. The determination of the direction perpendicular to the layer progression thickness d1 and _d2 need not coincide with that of the first specimen P1 done. It can also be done once as a reference value and, for example, noted and used for later produced first or further specimens. Furthermore, the comparison can also be made indirectly, for example by determining a quotient of platelet thickness in relation to the preset powder layer thickness before solidification and subsequent comparison of the quotients.

Wie oben erwähnt kann sich eine unterschiedliche Pulverbettdichte auch unabhängig von dem optionalen Verdichtungsschritt aus der Wahl eines unterschiedlichen Pulvers oder eines unterschiedlichen Pulvermaterials ergeben. So können beispielsweise ein mindestens erster Probekörper P1 aus einem Neu- oder Mischpulver und ein mindestens zweiter Probekörper P2 aus einem entsprechenden Altpulver wie oben erläutert hergestellt sein.As mentioned above, a different powder bed density can also result from the choice of a different powder or a different powder material, independent of the optional compaction step. Thus, for example, an at least first test body P1 made from a new or mixed powder and an at least second test body P2 from a corresponding waste powder can be prepared as explained above.

Beispiel 1 example 1

Jeweils sechs Plättchen pro Herstellungsbedingung (unterschiedliche Klingen, unterschiedliches Pulvermaterial) wurden in einer Lasersintermaschine nach dem oben beschriebenen Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt. Die Bautemperatur betrug 170°C.Six platelets per manufacturing condition (different blades, different powder material) were prepared in a laser sintering machine according to the above-described method according to the first embodiment. The building temperature was 170 ° C.

Hierzu wurde ein PA2200 Misch- oder Altpulver verwendet. PA2200 ist der Handelsname des von der Anmelderin vertriebenen PA12-Pulvers. Zuerst wurden Pulverleerschichten, d. h. nicht belichtete Pulverschichten, mit einer Gesamtdicke von 6 mm aufgetragen. Jede einzelne Pulverschicht war 0,12 mm dick und wurde zeitglich mit dem Auftragen mittels einer Dach-, Radius- oder Flachklinge verdichtet. Die voreingestellten Schichtdicken waren mit und ohne Verdichtungsschritt vor dem Verfestigen mit 0,12 mm jeweils gleich groß. Dann erfolgte jeweils eine zu belichtende Pulverschicht, welche entsprechend den jeweiligen Leerschichten aufgetragen wurde. Im Anschluss wurde die jeweils eine Pulverschicht selektiv in x- und y-Richtung belichtet, so dass ein rechteckiges Plättchen hergestellt wurde. Die Plättchen wurden nach der Herstellung aus der Lasersintermaschine entfernt und in ihrer senkrecht zur Pulverauftragung verlaufenden Dicken vermessen. Aus den ermittelten Werten einer jeden Herstellungsbedingung (jeweilige Klinge, jeweiliges Pulvermaterial) wurde der Mittelwert, sowie die Standardabweichung – im Diagramm 1 durch jeweils einen senkrechten Strich dargestellt – bestimmt.For this a PA2200 mixed or old powder was used. PA2200 is the trade name of Applicant's distributed PA12 powder. First, powder blankets, i. H. unexposed powder layers, applied with a total thickness of 6 mm. Each individual powder layer was 0.12 mm thick and was compacted in time with the application of a roof, radius or flat blade. The preset layer thicknesses were the same in each case with and without compression step before solidification with 0.12 mm. Then, in each case a powder layer to be exposed, which was applied according to the respective vacant layers. Subsequently, each of a powder layer was selectively exposed in the x and y direction, so that a rectangular plate was produced. The plates were removed after production from the laser sintering machine and measured in their running perpendicular to the Powder application thicknesses. From the determined values of each production condition (respective blade, respective powder material), the mean value, and the standard deviation - represented in the diagram 1 by a vertical line in each case - was determined.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und teilweise in Diagramm 1 zusammengefasst. Plättchen, welche mit einem Verdichtungsschritt höherer Effizienz hergestellt wurden (Dachklinge > Radiusklinge > Flachklinge), weisen eine vergleichsweise geringere Dicke auf (Dachklinge < Radiusklinge < Flachklinge). Plättchen, welche mit einem vergleichsweise frischerem Pulvermaterial hergestellt wurden, weisen eine vergleichsweise geringere Dicke auf (Mischpulver < Altpulver). Tabelle 1 Klingenart Dachklinge Radiusklinge Flachklinge Plättchendicke [mm] Mischpulver 0,215 0,221 0,226 Altpulver 0,283 0,321 0,321 Diagramm 1

The results are summarized in Table 1 and partially in Diagram 1. Flakes made with a higher efficiency compaction step (roof blade> radius blade> flat blade) have a comparatively smaller thickness (roof blade <radius blade <flat blade). Platelets which have been produced with a comparatively fresher powder material have a comparatively smaller thickness (mixed powder <old powder). Table 1 Klingenart roof blade radius blade flat blade Plate thickness [mm] mixed powder 0.215 0.221 0.226 old powder 0.283 0.321 0.321 Diagram 1

In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird wie aus 5 ersichtlich ein andersartiger erster und zweiter Probekörper P1'', P2'' mittels des oben beschriebenen Verfahrens und Aufbaumaterials hergestellt. Identische Verfahrensschritte und Vorrichtungen/Materialien werden deshalb nicht wiederholt.In a second embodiment of the present invention is as 5 a different first and second specimen P1 '', P2 '' made by means of the method and construction material described above. Identical process steps and devices / materials are therefore not repeated.

Im Folgenden beruht die unterschiedliche Pulverbettdichte auf der Verwendung unterschiedlicher Verdichtungsvorrichtungen. Wie oben erwähnt kann eine unterschiedliche Pulverbettdichte jedoch auch unabhängig von einem Verdichtungsschritt vom Alter des Pulvermaterials abhängen. In the following, the different powder bed density is based on the use of different compaction devices. However, as noted above, a different powder bed density may also depend on the age of the powder material, independent of a densification step.

Zur Herstellung des ersten und zweiten Probekörpers, P1'' und P2'' werden die oben beschriebenen Schritte des Aufbringens von Aufbaumaterial (7, VS1), des optionalen Verdichtens (7, VS2, VS2') und des selektiven Verfestigens (7, VS3) für jeweils jeden Probekörper mindestens dreimal, vorzugsweise vielmalig (7, d)) durchgeführt. Dabei werden in dem ersten P1 und in dem zweiten Probekörper P2 eine oder mehrere Pulverschichten einer vorbestimmten Längenabmessung selektiv von der Verfestigung ausgenommen. Die Pulverschichten sind vorzugsweise so von der Verfestigung ausgenommen, dass sich der Nichtverfestigungsbereich entweder über die gesamte Breite oder über die gesamte Länge des Probekörpers erstreckt (x- oder y-Richtung). Die Anzahl dieser Nichtverfestigungsbereiche entspricht einer natürlichen Zahl n, wobei die Null ausgeschlossen ist. So entstehen nach Verfestigung ein erster und ein zweiter Probekörper gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Ausnehmungen S, s, welche beispielsweise als Schlitze ausgebildet sein können. Sie können jedoch auch andersartig, z. B. in Form von Nuten ausgebildet sein. Der Probekörper gemäß der zweiten Ausführungsform kann beispielsweise als Block in Form eines Würfels oder Quaders ausgebildet sein.For the preparation of the first and second specimens, P1 "and P2", the above-described steps of applying building material ( 7 , VS1), optional compacting ( 7 , VS2, VS2 ') and selective solidification ( 7 , VS3) for each specimen at least three times, preferably many times ( 7 , d)). In this case, one or more powder layers of a predetermined length dimension are selectively excluded from the solidification in the first P1 and in the second sample P2. The powder layers are preferably excluded from solidification such that the non-solidification region extends either over the entire width or over the entire length of the specimen (x or y direction). The number of non-solidification areas corresponds to a natural number n, where zero is excluded. Thus, after solidification, a first and a second specimen according to the second embodiment of the present invention with recesses S, s, which may be formed, for example, as slots. However, you can also different, z. B. be formed in the form of grooves. The specimen according to the second embodiment may be formed, for example, as a block in the form of a cube or cuboid.

Je nach Anzahl der von der Verfestigung ausgenommenen Pulverschichten können die Nichtverfestigungsbereiche unterschiedlich groß sein. Beispielsweise können 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Pulverschichten in einem vorbestimmten Bereich von der Verfestigung ausgenommen sein.Depending on the number of powder layers excluded from the consolidation, the non-solidification areas may vary in size. For example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more powder layers may be excluded from solidification in a predetermined range.

Eine Pulverschicht kann beispielsweise 0,12 mm dick sein, so dass die Abmessungen der Nichtverfestigungsbereiche in x-Richtung (senkrecht zum Pulververlauf) 0,12 mm, 0,24 mm, 0,36 mm, 0,48 mm, 0,60 mm und mehr betragen können. Die Reihenfolge, Anzahl, Größe und Position der Nichtverfestigungsbereiche kann dabei unter Berücksichtigung des oben Beschriebenen beliebig gewählt sein. Es ist jedoch zweckmäßig, sie in dem ersten und zweiten Probekörper gleich zu wählen. Anhaftende Pulverkörner werden vorzugsweise nach Fertigstellung des oder der Probekörper entfernt, insbesondere durch Abstrahlen.For example, a powder layer may be 0.12 mm thick such that the dimensions of the non-solidification regions in the x-direction (perpendicular to the powder profile) are 0.12 mm, 0.24 mm, 0.36 mm, 0.48 mm, 0.60 mm and more. The order, number, size and position of the non-solidification areas can be chosen arbitrarily taking into account the above. It is convenient, however, to choose them equally in the first and second specimens. Adherent powder grains are preferably removed after completion of the specimen or specimens, in particular by blasting.

Nach Fertigstellung des oder der Probekörper wird die senkrecht zum Schichtverlauf verlaufende Abmessung der Ausnehmung(en), d. h. die Höhe h bestimmt (7, VS4). Insbesondere wird die Anzahl der kleinsten Ausnehmungen im jeweiligen Probekörper optisch bestimmt (7, VS4). Z. B. so, dass der jeweilige Probekörper gegen das Licht gehoben und die Anzahl der sichtbaren kleinsten Ausnehmungen mit dem Auge ermittelt wird. Die Anzahl stellt dann die zu vergleichende Kennziffer dar (7, VS5). Zusätzlich oder alternativ kann die senkrecht zum Schichtverlauf verlaufende Höhe der Ausnehmungen vermessen werden. Vorzugsweise wird die Anzahl der kleinsten Ausnehmungen in Kombination mit der Höhe der Ausnehmungen bestimmt.After completion of the specimen or bodies, the dimension of the recess (s) perpendicular to the course of the layer, ie the height h, is determined ( 7 , VS4). In particular, the number of the smallest recesses in the respective specimen is optically determined ( 7 , VS4). For example, so that the respective specimen is raised against the light and the number of visible smallest recesses is determined by eye. The number then represents the code to be compared ( 7 , VS5). Additionally or alternatively, the perpendicular to the layer running height of the recesses can be measured. Preferably, the number of the smallest recesses in combination with the height of the recesses is determined.

Wie schematisch in 5 dargestellt werden Ausnehmungen s in einem zweiten Probekörper P2'', welcher aus Pulver mit geringerer Verdichtung hergestellt ist, aufgrund der hohen Eindringtiefe des Energiestrahls eher mit aufgeschmolzen als Ausnehmungen in einem ersten Probekörper P1'' mit vergleichsweise höherer Pulverdichte. Folglich ist auch die Anzahl der kleinsten Ausnehmungen in einem ersten Probekörper P1'', welcher aus verdichtetem Pulver hergestellt ist, größer im Vergleich zu einem zweiten Probekörper P2'', welcher aus nichtverdichtetem Pulver hergestellt ist. Gleichzeitig ist die Höhe der Ausnehmung in einem zweiten Probekörper, welcher aus einem Pulver mit vergleichsweise geringerer Pulverbettdichte hergestellt wurde, im Vergleich zu der jeweils korrespondierenden Ausnehmung in einem ersten Probekörper, welcher aus einem Pulver mit vergleichsweise höherer Pulverbettdichte hergestellt wurde, geringer.As schematically in 5 are recesses s in a second specimen P2 '', which is made of powder with lower compression, due to the high penetration depth of the energy beam rather melted with than recesses in a first specimen P1 '' with comparatively higher powder density. Consequently, the number of the smallest recesses in a first specimen P1 "made of compacted powder is also larger compared to a second specimen P2" made of non-compacted powder. At the same time, the height of the recess in a second specimen made of a powder having a comparatively lower powder bed density is lower as compared with the corresponding recess in a first specimen made of powder having a comparatively higher powder bed density.

Beispiel 2Example 2

Jeweils 12 Probekörper pro Verdichtungsvorrichtung (in zwei z-Lagen jeweils sechs Probekörper in einem Bereich mit gleicher Pulverbetttemperatur) wurden in einer Lasersintermaschine nach dem oben beschriebenen Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt. Die Bautemperatur betrug 170°C.In each case 12 specimens per compacting device (in each case six specimens in a z-layers in a region with the same powder bed temperature) were produced in a laser sintering machine according to the method described above according to the second embodiment. The building temperature was 170 ° C.

Hierzu wurde ein PA2200 Pulver verwendet. Zuerst wurden Pulverleerschichten, d. h. nicht belichtete Pulverschichten, mit einer Gesamtdicke von 6 mm aufgetragen. Jede einzelne Pulverschicht war 0,12 mm dick und wurde zeitglich mit dem Auftragen mittels einer Dach-, Radius- oder Flachklinge verdichtet. Die Schichtdicken waren mit und ohne Verdichtungsschritt vor dem Verfestigen mit 0,12 mm jeweils gleich groß. Dann erfolgten die zu belichtenden Pulverschichten, welche entsprechend den jeweiligen Leerschichten aufgetragen wurden. Selektiv wurden jeweils zwölf Bereiche von 3, 4, oder 5 Pulverschichten, entsprechend 0,36 mm, 0,48 mm und 0,60 mm, und einer vorbestimmten Längenabmessung nicht verfestigt. Die Probekörper wurden dann aus der Lasersintermaschine entfernt. Anhaftende Pulverkörner wurden mittels Abstrahlen entfernt. Die Anzahl der zwölf kleinsten geöffneten Ausnehmungen, hier in Form von Schlitzen, wurde durch gegen das Licht halten der Probekörper optisch bestimmt.For this a PA2200 powder was used. First, powder blank layers, ie unexposed powder layers, with a total thickness of 6 mm were applied. Each individual powder layer was 0.12 mm thick and was compacted in time with the application of a roof, radius or flat blade. The layer thicknesses were in each case the same size with and without compression step before solidification with 0.12 mm. Then, the powder layers to be exposed, which were applied according to the respective vacant layers. In each case, twelve areas of 3, 4, or 5 powder layers, corresponding to 0.36 mm, 0, were selectively selected. 48 mm and 0.60 mm, and a predetermined length dimension is not solidified. The specimens were then removed from the laser sintering machine. Adherent powder grains were removed by blasting. The number of the twelve smallest open recesses, here in the form of slots, was optically determined by keeping the specimen against the light.

Die Ergebnisse sind in Diagramm 2 zusammengefasst. Probekörper, welche mit einem Verdichtungsschritt höherer Effizienz hergestellt wurden (Dachklinge > Radiusklinge > Flachklinge), weisen eine vergleichsweise größere Anzahl an kleinsten Ausnehmungen aus (Dachklinge > Radiusklinge > Flachklinge). Beispielsweise können die zwölf kleinsten Schlitze gezählt werden. Im gezeigten Beispiel wiesen Probekörper, welche im Herstellungsprozess mittels einer Dachklinge verdichtet wurden, als die zwölf kleinsten Schlitze noch sieben offene Schlitze auf, welche vor Verfestigung der Höhe 0,36 mm und 5 offene Schlitze auf, welche vor Verfestigung der Höhe 0,48 mm entsprachen. Hingegen wiesen Probekörper, welche im Herstellungsprozess mittels einer Radiusklinge verdichtet wurden, als die zwölf kleinste Schlitze nur noch einen offene Schlitz, welche vor Verfestigung der Höhe 0,36 mm entsprach und elf offene Schlitze auf, welche vor Verfestigung der Höhe 0,48 mm entsprachen. Probekörper, welche im Herstellungsprozess mittels einer Flachklinge verdichtet wurden, wiesen hingegen als die zwölf kleinsten Schlitze nur noch zwölf offene Schlitze auf, welche vor Verfestigung der Höhe 0,48 mm entsprachen. Diagramm 2

The results are summarized in Diagram 2. Test specimens which have been produced with a higher efficiency compaction step (roof blade> radius blade> flat blade) have a comparatively larger number of smallest recesses (roof blade> radius blade> flat blade). For example, the twelve smallest slots can be counted. In the example shown, test specimens which were compacted in the manufacturing process by means of a roof blade, the twelve smallest slots still seven open slots, which before solidifying the height of 0.36 mm and 5 open slots, which before solidification of the height 0.48 mm corresponded. On the other hand, specimens compacted in the manufacturing process by means of a radius blade had as the twelve smallest slits only one open slit which before solidification of the height corresponded to 0.36 mm and eleven open slits which corresponded before solidification of the height 0.48 mm , However, test specimens which were compacted in the manufacturing process by means of a flat blade had as the twelve smallest slits only twelve open slits, which corresponded before solidification of the height 0.48 mm. Diagram 2

In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wie aus 6 ersichtlich ein weiterer erster P1''' und zweiter Probekörper P2''' mittels des oben beschriebenen Verfahrens und Aufbaumaterials hergestellt. Identische Verfahrensschritte und Vorrichtungen/Materialien werden deshalb nicht wiederholt.In a third embodiment of the method according to the invention is as from 6 can be seen another first P1 '''and second sample P2''' prepared by the method and construction material described above. Identical process steps and devices / materials are therefore not repeated.

Zur Herstellung des ersten P1''' und zweiten Probekörpers P2''' werden die oben beschriebenen Schritte des Aufbringens von Aufbaumaterial (7, VS1), des optionalen Verdichtens (7, VS2) und des selektiven Verfestigens (7, VS3) für jeweils jeden Probekörper mindestens zweimal, vorzugsweise vielmalig durchgeführt (7, d)). Dabei wird ein innen hohler, mit unverfestigtem Pulver gefüllter Probekörper P1''', P2''' mit einer Seitenwandung hergestellt, welcher auf der Oberseite offen und durch einen Boden auf der Unterseite geschlossen ist. Der so hergestellte Probekörper ist somit ein Behälter. Vorzugsweise ist der Probekörper ein nach oben offener Zylinder Er kann aber auch andersartig geformt sein, z. B. in Form eines nach oben offenen Würfels oder Quaders. Wichtig ist dabei, dass keine Deckschichten auf die letzte belichtete Fläche aufgelegt werden, so dass der Probekörper mit der Pulverbettoberfläche unangetastet entnommen und vermessen werden kann. Wie schematisch in 6 dargestellt, werden der erste P1''' und der zweite Probekörper P2''' so hergestellt, dass sie jeweils die gleichen Innenabmessungen aufweisen. Folglich weisen sie auch eine gleich große Pulveroberfläche A1 und A2 auf.For the preparation of the first P1 '''and second test piece P2''', the above-described steps of applying building material ( 7 , VS1), optional compacting ( 7 , VS2) and selective solidification ( 7 , VS3) for each test specimen at least twice, preferably many times ( 7 , d)). In this case, a test tube P1 ''',P2'"filled with unconsolidated powder inside is produced with a side wall which is open on the upper side and closed by a bottom on the underside. The test piece thus produced is thus a container. Preferably, the specimen is an upwardly open cylinder He can also be shaped differently, z. B. in the form of an upwardly open cube or cuboid. It is important that no cover layers are applied to the last exposed surface so that the test piece can be removed and measured intact with the powder bed surface. As schematically in 6 As shown, the first P1 '''and the second sample P2''' are made to have the same inner dimensions, respectively. Consequently, they also have an equal size powder surface A1 and A2.

Nach Fertigstellung der Probekörper P1''', P2''' wird jeweils eine erste Höhe der Pulveroberfläche relativ zur Seitenwandung des jeweiligen Probekörpers bestimmt. Anschließend wird eine definierte, jeweils gleich große Kraft K mittels einer Kompressionsvorrichtung auf die Pulveroberfläche ausgeübt, beispielsweise mittels eines Kompressionsstempels oder einer Kompressionsplatte mit der Fläche A (schematisch in 6c gezeigt). Diese Kraft verläuft senkrecht zur Pulveroberfläche und drückt diese gleichmäßig nach unten, d. h. in Richtung Boden. Das Vermessen der ersten Höhe sowie das Ausüben der Kraft K erfolgt vorzugsweise nach Entfernen der Probekörpers aus der Maschine. Beispielsweise wird die Kompression in einem Pulverrheometer ausgeführt. After completion of the test pieces P1 ''',P2''', a first height of the powder surface is determined in each case relative to the side wall of the respective test piece. Subsequently, a defined, in each case the same size force K is exerted by means of a compression device on the powder surface, for example by means of a compression punch or a compression plate with the surface A (schematically in FIG 6c shown). This force is perpendicular to the powder surface and pushes it evenly downwards, ie towards the ground. The measurement of the first height and the exertion of the force K is preferably carried out after removal of the specimen from the machine. For example, the compression is carried out in a powder rheometer.

Nach Ausüben der Kraft K wird jeweils eine zweite Höhe der Pulveroberfläche relativ zur jeweiligen Seitenwandung vermessen, sowie die Höhendifferenz Δh zwischen dem ersten und dem zweiten Messergebnis ermittelt (schematisch in 6c gezeigt, 7, VS4). Die Höhendifferenz ist somit eine dem jeweiligen Probekörper zugeordnete, senkrecht zum Schichtverlauf verlaufende Längenabmessung. Sie entspricht der Strecke, welche das Kompressionsmittel durch die Kompression des Pulvers zurücklegt. Die Verdichtung ist beispielsweise als prozentuale Kompressibilität definiert, wobei die Höhendifferenz (x%) in Relation zu der jeweiligen Höhe der Pulveroberfläche vor Ausübung der Kraft K (100%) gesetzt ist.After exerting the force K, in each case a second height of the powder surface relative to the respective side wall is measured, and the height difference Δh between the first and the second measurement result is determined (schematically in FIG 6c shown, 7 , VS4). The height difference is thus associated with the respective specimen, running perpendicular to the layer length dimension. It corresponds to the distance the compression agent travels through the compression of the powder. The compaction is defined, for example, as a percentage of compressibility, wherein the height difference (x%) is set in relation to the respective height of the powder surface before the application of the force K (100%).

Im Vergleich zu einem ersten Probekörper P1''', welcher aus einem Pulver mit vergleichsweise höherer Pulverbettdichte hergestellt wurde, ist Δh in einem zweiten Probekörper P2''', welcher aus Pulver mit geringerer Pulverbettdichte hergestellt wurde, größer (7, VS5). Als ”maximaler” Referenzwert kann beispielsweise ein so hergestellter Zylinder hergestellt aus und befüllt mit homogenisiertem, unverdichtetem Pulver agieren.Compared to a first specimen P1 ''', which was produced from a powder with a comparatively higher powder bed density, Δh is larger in a second specimen P2''', which was produced from powder of lower powder density. 7 , VS5). As a "maximum" reference value, for example, a cylinder produced in this way can be produced from and filled with homogenized, uncompacted powder.

Beispiel 3Example 3

Jeweils sechs Probekörper pro Versuchsbedingung (unterschiedliche Klingen) in Form eines nach oben offenen Zylinders mit jeweils gleich großen Innenabmessungen wurden in einer Lasersintermaschine nach dem oben beschriebenen Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens hergestellt. Die Bautemperatur betrug 170°C.In each case six specimens per test condition (different blades) in the form of an upwardly open cylinder, each with the same size inside dimensions were prepared in a laser sintering machine according to the above-described method according to the third embodiment of the present method. The building temperature was 170 ° C.

Hierzu wurde ein PA2200 Mischpulver (50% Neu-, 50% Altpulver) verwendet. Zuerst wurden Pulverleerschichten, d. h. nicht belichtete Pulverschichten, mit einer Gesamtdicke von 6 mm aufgetragen. Jede einzelne Pulverschicht war 0,12 mm dick und wurde zeitglich mit dem Auftragen mittels einer Dach-, Radius- oder Flachklinge verdichtet. Die Schichtdicken waren mit und ohne Verdichtungsschritt vor dem Verfestigen mit 0, 12 mm jeweils gleich groß. Dann erfolgten die zu belichtenden Pulverschichten, welche entsprechend den jeweiligen Leerschichten aufgetragen wurden. Des Weiteren wurden sechs Probekörper aus dem gleichen, jedoch homogenisierten und unverdichteten Mischpulver hergestellt. Die Probekörper waren nach Herstellung 25,2 mm hoch (Außenmaß). Die Höhe der Pulverzylinder betrug 12,6 mm (Innenmaß).For this a PA2200 mixing powder (50% new, 50% old powder) was used. First, powder blankets, i. H. unexposed powder layers, applied with a total thickness of 6 mm. Each individual powder layer was 0.12 mm thick and was compacted in time with the application of a roof, radius or flat blade. The layer thicknesses were in each case the same size with and without compression step before solidification with 0.12 mm. Then, the powder layers to be exposed, which were applied according to the respective vacant layers. Furthermore, six specimens were prepared from the same but homogenized and uncompacted mixed powder. The specimens were after production 25.2 mm high (external dimension). The height of the powder cylinder was 12.6 mm (inside dimension).

Die Probekörper wurden anschließend aus der Lasersintermaschine entfernt. Das nichtverfestigte Pulver im Innenbereich der Probekörper verblieb darin. Die Höhe der Pulveroberfläche relativ zum jeweiligen Probekörper wurde wie oben beschrieben bestimmt. Hierzu wurde ein Pulverrheometer, beispielsweise ein Freemann FT 4 Pulverrheometer, mit einem Kompressionsstempel verwendet.The specimens were then removed from the laser sintering machine. The non-solidified powder inside the specimen remained therein. The height of the powder surface relative to the respective specimen was determined as described above. For this purpose, a powder rheometer, for example a Freemann FT 4 powder rheometer, was used with a compression punch.

Anschließend wurde mit dem Stempel ein gleichmäßiger Druck (Kraft K) von 0,5; 2; 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16 oder 18 kPa auf die jeweilige Pulveroberfläche A ausgeübt (Normalspannung). Wie oben beschrieben wurden die Höhendifferenzen Δh zwischen dem jeweiligen ersten und dem zweiten Messergebnis ermittelt und mit den Höhendifferenzen der anderen Probekörper verglichen. Die Höhendifferenzen sind hier als in Relation zur Höhe vor Ausübung der Kraft K (100%) ausgedrückt.Subsequently, with the punch a uniform pressure (force K) of 0.5; 2; 4; 6; 8th; 10; 12; 14; 16 or 18 kPa applied to the respective powder surface A (normal tension). As described above, the height differences .DELTA.h between the respective first and second measurement results were determined and compared with the height differences of the other samples. The height differences are here expressed in relation to the amount before exercise of the force K (100%).

Die Ergebnisse sind in Diagramm 3 zusammengefasst. Probekörper, welche mit einem Verdichtungsschritt höherer Effizienz hergestellt wurden (Dachklinge > Radiusklinge > Flachklinge > unverdichtet), weisen eine vergleichsweise kleinere Höhendifferenz auf (Dachklinge < Radiusklinge < Flachklinge < unverdichtet). Diagramm 3

The results are summarized in Diagram 3. Test specimens which were produced with a higher efficiency compaction step (roof blade> radius blade> flat blade> uncompacted) have a comparatively smaller height difference (roof blade <radius blade <flat blade <uncompacted). Diagram 3

Eine erfindungsgemäße Steuereinheit ist des Weiteren so programmierbar, dass sie die erfindungsgemäßen Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung so steuert, dass mindestens die Schritte des Aufbringens von Pulvermaterial, sowie des selektiven Verfestigens zum Herstellen eines ersten erfindungsgemäßen Probekörpers ausgeführt werden. Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Steuereinheit so programmiert, dass mindestens die Schritte des Aufbringens von Pulvermaterial, sowie des selektiven Verfestigens zum Herstellen eines ersten erfindungsgemäßen Probekörpers ausgeführt werden. Insbesondere ist eine erfindungsgemäße Steuereinheit so programmiert, dass mindestens die Schritte des Aufbringens von Pulvermaterial, des optionalen Verdichtens sowie des selektiven Verfestigens zum Herstellen eines ersten erfindungsgemäßen Probekörpers ausgeführt werden und diese Schritte gegebenenfalls wiederholt werden.A control unit according to the invention is further programmable so that it controls the laser sintering or laser melting device according to the invention so that at least the steps of applying powder material, as well as the selective solidification for producing a first sample according to the invention are performed. Preferably, a control unit according to the invention is programmed so that at least the steps of applying powder material, as well as the selective solidification for producing a first sample according to the invention are carried out. In particular, a control unit according to the invention is programmed such that at least the steps of applying powder material, optionally compressing and selectively solidifying for producing a first specimen according to the invention are carried out and these steps are optionally repeated.

Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials angewendet werden.Although the present invention has been described with reference to a laser sintering or laser melting apparatus, it is not limited to laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods of generatively producing a three-dimensional object by layering and selectively strengthening a building material.

Der Belichter kann beispielsweise einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie z. B. Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), oder eine Zeile dieser Laser umfassen. Allgemein kann als Belichter jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- oder Teilchenstrahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial zu verfestigen. Statt des Ablenkens eines Strahls kann auch das Belichten mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter angewendet werden. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Maske verwendet werden, oder auf das High-Speed-Sintern (HSS), bei dem auf dem Aufbaumaterial selektiv ein Material aufgebracht wird, das die Strahlungsabsorption an den entsprechenden Stellen erhöht (Absorptionssintern) oder verringert (Inhibitionssintern), und dann unselektiv großflächig oder mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter belichtet wird, kann die Erfindung angewendet werden.The imagesetter may, for example, one or more gas or solid state lasers or any other type of laser such. As laser diodes, in particular VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) or VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), or include a row of these lasers. In general, any device with which energy can be selectively applied to a layer of the building material as wave or particle radiation can be used as the imagesetter. Instead of a laser, for example, another light source, an electron beam or any other energy or radiation source can be used, which is suitable to solidify the building material. Instead of deflecting a beam, it is also possible to use exposure with a movable line imagesetter. Also, selective mask sintering using an extended light source and a mask, or high-speed sintering (HSS), which selectively applies to the build material a material that increases the radiation absorption at the respective sites (absorption sintering) ) or decreased (inhibition sintering), and then exposed unselectively over a large area or with a movable line imagesetter, the invention can be applied.

Anstelle des Einbringens von Energie kann das selektive Verfestigen des aufgetragenen Aufbaumaterials auch durch 3D-Drucken erfolgen, beispielsweise durch Aufbringen eines Klebers. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf das generative Herstellen eines Objekts mittels schichtweisen Auftragens und selektiven Verfestigens eines Aufbaumaterials unabhängig von der Art und Weise, in der das Aufbaumaterial verfestigt wird.Instead of introducing energy, the selective solidification of the applied build-up material can also be done by 3D printing, for example by applying an adhesive. In general, the invention relates to the generative production of an object by means of layered application and selective solidification of a building material, regardless of the manner in which the building material is solidified.

Als Aufbaumaterial können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Pulver, insbesondere Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver.As a building material, various materials may be used, preferably powder, in particular metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102006023484 A1 [0003, 0004] DE 102006023484 A1 [0003, 0004]

Claims (16)

Verfahren zur Bestimmung einer relativen Pulverbettdichte in einer Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, wobei das Verfahren die Herstellung zumindest eines ersten Probekörpers umfasst mit den Schritten a) Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds mittels eines über das Baufeld fahrenden Beschichters, b) optionales Verdichten der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials, c) selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem Querschnitt des zumindest einen herzustellenden ersten Probekörpers entsprechen, mittels einer Verfestigungsvorrichtung und d) optionales Wiederholen der Schritte a) bis c), bis der zumindest eine erste Probekörper fertiggestellt ist, wobei das Verfahren weiter die Schritte umfasst: Bestimmen zumindest einer dem zumindest einen ersten Probekörper zugeordneten Längenabmessung senkrecht zu einem Schichtverlauf des pulverförmigen Aufbaumaterials und Vergleichen der zumindest einen ermittelten Längenabmessung mit zumindest einer entsprechenden Längenabmessung zumindest eines zweiten Probekörpers.Method for determining a relative powder bed density in a device for producing at least one three-dimensional object by layer-wise application and selective solidification of a pulverulent construction material, the method comprising producing at least a first specimen comprising the steps a) applying a layer of the powdery building material within a construction field by means of a moving over the site coater, b) optionally compacting the applied layer of the building material, c) selectively solidifying the applied layer at locations corresponding to a cross section of the at least one first specimen to be produced by means of a solidification device and d) optionally repeating steps a) to c) until the at least one first test specimen is completed, the method further comprising the steps of: Determining at least one of the at least one first specimen associated length dimension perpendicular to a layer course of the powdered building material and Comparing the at least one determined length dimension with at least one corresponding length dimension of at least one second test piece. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine zweite Probekörper mittels eines pulverbasierten generativen Schichtbauverfahrens hergestellt wird, vorzugsweise unter Verwendung des gleichen pulverförmigen Aufbaumaterials wie zur Herstellung des zumindest einen ersten Probekörpers.The method of claim 1, wherein the at least one second specimen is produced by means of a powder-based generative layer construction method, preferably using the same powdery building material as for producing the at least one first specimen. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Herstellung des ersten Probekörpers ein Verdichtungsschritt b) durchgeführt wird und zur Herstellung des zweiten Probekörpers kein Verdichtungsschritt b) durchgeführt wird oder wobei zur Herstellung des ersten und des zweiten Probekörpers unterschiedliche Verdichtungsschritte b) durchgeführt werden.The method of claim 1 or 2, wherein for the preparation of the first specimen, a compaction step b) is performed and for the preparation of the second specimen no compaction step b) is performed or wherein for the preparation of the first and the second specimen different compression steps b) are performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und/oder der zweite Probekörper vor Ermitteln der zumindest einen Längenabmessung aus der Vorrichtung heraus entnommen wird oder werden.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the first and / or the second specimen is removed before determining the at least one length dimension from the device out or. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schritte a) des Pulveraufbringens und b) des Verdichtens derart durchgeführt werden, dass die im Schritt c) zu verfestigende Schichtdicke des ersten Probekörpers genauso groß ist wie die im Schritt c) zu verfestigende Schichtdicke des zweiten Probekörpers.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the steps a) of the powder application and b) of the compacting are performed such that the thickness of the first specimen to be consolidated in step c) is the same as the thickness of the layer to be consolidated in step c) second specimen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Probekörper jeweils ein Plättchen ist, welches durch einmaliges Durchführen der Schritte a), b) und c) hergestellt wird, und die zumindest eine zu bestimmende Längenabmessung eine Abmessung des Probekörpers senkrecht zur verfestigten Schicht ist.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the first and the second specimen is in each case a small plate, which is prepared by performing steps a), b) and c), and the at least one length dimension to be determined a dimension of the specimen perpendicular to the solidified layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Probekörper durch mindestens zweimaliges, bevorzugt vielmaliges, Durchführen der Schritte a), b) und c) hergestellt werden.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the first and the second specimen by at least twice, preferably many times, performing the steps a), b) and c) are prepared. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste und der zweite Probekörper jeweils ein nach oben offener, mit unverfestigt gebliebenem Pulver gefüllter Behälter, vorzugsweise ein zylinderförmige Behälter, sind, wobei die beiden Probekörper die gleichen geometrischen Innenabmessungen aufweisen und zum Bestimmen der zumindest einen einem Probekörper zugeordneten Längenabmessung jeweils ein definierter Druck auf die unverfestigt gebliebene Pulveroberfläche des Probekörpers aufgebracht wird und die zumindest eine Längenabmessung die daraus resultierende Höhenänderung der Pulveroberfläche ist.The method of claim 7, wherein the first and second specimens are each an upwardly open container filled with unconsolidated powder, preferably a cylindrical container, wherein the two specimens have the same geometric inner dimensions and in order to determine the at least one length dimension assigned to a test specimen, in each case a defined pressure is applied to the unconsolidated powder surface of the test specimen and the at least one length dimension is the resulting change in height of the powder surface. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste und der zweite Probekörper jeweils ein Objekt mit n Ausnehmungen ist, wobei n eine natürliche Zahl ist, und wobei jede Ausnehmung einen Nichtverfestigungsbereich einer vorgegebenen Längenabmessung umfasst in welchem eine oder mehrere Schichten von der Verfestigung ausgenommen wurden und die den Probekörpern zugeordneten Längenabmessungen jene vorgegebenen Längenabmessungen der Nichtverfestigungsbereiche sind, wobei bevorzugt nur die Nichtverfestigungsbereiche berücksichtigt werden, die nach Fertigstellung der Probekörper sichtbar sind.The method of claim 7, wherein the first and second specimens are each an object with n recesses, where n is a natural number, and each recess comprising a non-solidification region of a predetermined length dimension in which one or more layers have been excluded from solidification, and the length dimensions assigned to the specimens are those given length dimensions of the non-solidification areas, whereby preference is given to only those non-solidification areas which are visible after completion of the specimens. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Probekörper jeweils ein dreidimensionales Objekt mit n Nichtverfestigungsbereichen ist, wobei n ≥ 1 ist und wobei sich zumindest zwei, vorzugsweise alle n, Nichtverfestigungsbereiche in ihren vorgegebenen Längenabmessungen senkrecht zum Schichtverlauf des pulverförmigen Aufbaumaterials voneinander unterscheiden.The method of claim 9, wherein the first and second specimens are each a three-dimensional object having n non-solidification areas, where n ≥ 1, and wherein at least two, preferably all n, Nichtverfestigungsbereiche differ in their predetermined length dimensions perpendicular to the layer of the powdered building material from each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von ersten Probekörpern und/oder zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von zweiten Probekörpern hergestellt werden und/oder zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von Längenabmessungen an den Probekörpern ermittelt werden und die Längenabmessungen des oder der ersten Probekörper(s) und die Längenabmessungen des oder der zweiten Probekörper(s) anhand einer geeigneten Kennziffer verglichen werden, wobei die Kennziffer vorzugsweise ein Mittelwert oder eine Häufigkeitsverteilung der Längenabmessungen ist.Method according to one of claims 1 to 10, wherein at least two, preferably a plurality of first specimens and / or at least two, preferably a plurality of second specimens are prepared and / or at least two, preferably a plurality of length dimensions are determined on the specimens and the length dimensions of the first specimen (s) and the length dimensions of the second specimen or specimens (s) are compared on the basis of a suitable index number, the index number preferably being an average value or a frequency distribution of the length dimensions. Verfahren zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, mit den Schritten: a) Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds mittels eines über das Baufeld fahrenden Beschichters, b) optionales Verdichten der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials, c) selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem Querschnitt des zumindest einen herzustellenden Objekts entsprechen, mittels einer Verfestigungsvorrichtung und d) optionales Wiederholen der Schritte a) bis c), bis das zumindest eine Objekt fertiggestellt ist, wobei das Aufbaumaterial derart verfestigt wird, dass zumindest ein erster Probekörper hergestellt wird und zur Bestimmung einer relativen Pulverbettdichte folgende Schritte durchgeführt werden: Bestimmen zumindest einer dem zumindest einen ersten Probekörper zugeordneten Längenabmessung senkrecht zu einem Schichtverlauf des pulverförmigen Aufbaumaterials und Vergleichen der zumindest einen ermittelten Längenabmessung mit zumindest einer entsprechenden Längenabmessung zumindest eines zweiten Probekörpers.Method for producing at least one three-dimensional object by layer-wise application and selective solidification of a pulverulent building material, with the steps: a) applying a layer of the powdery building material within a construction field by means of a moving over the site coater, b) optionally compacting the applied layer of the building material, c) selectively solidifying the applied layer at locations corresponding to a cross section of the at least one object to be manufactured by means of a solidification device and d) optionally repeating steps a) to c) until the at least one object is completed, wherein the building material is solidified such that at least a first specimen is produced and the following steps are carried out to determine a relative powder bed density: Determining at least one of the at least one first specimen associated length dimension perpendicular to a layer course of the powdered building material and Comparing the at least one determined length dimension with at least one corresponding length dimension of at least one second test piece. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zumindest ein Objekt und zumindest ein erster und/oder zweiter Probekörper hergestellt werden.The method of claim 12, wherein at least one object and at least one first and / or second specimen are produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Vergleichen der ermittelten Längenabmessungen indirekt erfolgt, vorzugsweise durch Vergleichen eines Quotienten gebildet aus der dem ersten Probekörper zugeordneten ermittelten Längenabmessung und mindestens einer zu verfestigenden Schichtdicke mit einem entsprechenden Quotienten des zumindest einen zweiten Probekörpers und/oder Objekts.Method according to one of claims 1 to 13, wherein the comparison of the determined length dimensions is carried out indirectly, preferably by comparing a quotient formed from the first specimen assigned length dimension determined and at least one layer thickness to be solidified with a corresponding quotient of the at least one second specimen and / or object. Programmierbare Steuereinheit für eine Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, die Vorrichtung so zu steuern, dass sie alle Schritte a) und c) sowie optional b) und/oder d) mindestens eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausführt.Programmable control unit for a device for producing at least one three-dimensional object by layering and selectively solidifying a powdery building material, wherein the control unit is designed to control the device so that it has all steps a) and c) and optionally b) and / or d ) carries out at least one of the methods according to one of claims 1 to 14. Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials mit einem über ein Baufeld bewegbaren Beschichter zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds, optional einer Verdichtungseinrichtung zum Verdichten der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials, wobei die Verdichtungseinrichtung optional integral mit dem Beschichter ausgebildet sein kann, und einer Verfestigungsvorrichtung zum selektiven Verfestigen der aufgebrachten Schicht an Stellen, die einem Querschnitt des zumindest einen herzustellenden Objekts entsprechen, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet und/oder gesteuert ist, die Schritte des Aufbringens und des selektiven Verfestigens zu wiederholen, bis das zumindest eine Objekt fertiggestellt ist, und wobei die Vorrichtung weiter eine Steuereinheit gemäß Anspruch 15 umfasst und/oder mit einer solchen Steuereinheit signaltechnisch verbunden ist.Apparatus for producing at least one three-dimensional object by layering and selectively solidifying a powdered building material a coater movable over a building field for applying a layer of the building material within the building field, optionally a compacting device for compacting the applied layer of the building material, wherein the compacting device may optionally be formed integrally with the coater, and a solidifying device for selectively solidifying the applied layer at locations corresponding to a cross-section of the at least one object to be manufactured, wherein the apparatus is adapted and / or controlled to repeat the steps of applying and selectively solidifying until the at least one object is completed, and wherein the device further comprises a control unit according to claim 15 and / or is signal-technically connected to such a control unit.

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