DE102016225124A1 - Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, Herstellungsverfahren für dreidimensional geformte Objekte, Programm und Speichermedium - Google Patents

Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, Herstellungsverfahren für dreidimensional geformte Objekte, Programm und Speichermedium Download PDF

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Abstract

Das Verfahren zur dreidimensionalen Formgebung ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes (O) unter Verwendung einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung (20), die ein Gehäuse (21), das in seinem Inneren eine Prozesskammer (c) und mit der Prozesskammer (c) verbundene Führungskammern (gc) enthält, und in den Führungskammern hebe- und senkbar vorgesehene Bühnen (30) aufweist. Das Verfahren zur dreidimensionalen Formgebung umfasst einen Vorbereitungsschritt, in dem die Atmosphäre im Inneren des Gehäuses durch Edelgas ersetzt wird, und einen Formgebungsschritt, in dem auf den Bühnen das dreidimensional geformte Objekt geformt wird. Im Vorbereitungsschritt werden die Bühnen bis zu einer Position gesenkt, die unterhalb der Position der Bühnen zu Beginn des Formgebungsschrittes liegt.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung für die Herstellung von dreidimensional geformten Objekten unter Benutzung von hebe- und senkbaren Bühnen und ein Verfahren zur dreidimensionalen Formgebung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Programm und ein Speichermedium, die bei der Herstellung von dreidimensional geformten Objekten verwendet werden.
  • [Stand der Technik]
  • Als Mittel zur Umsetzung einer auf AM-Technologien (Additive Manufacturing) basierenden dreidimensionalen Formgebung haben 3D-Drucker genannte Vorrichtungen zur dreidimensionalen Formgebung große Bedeutung. Durch die Verwendung von Vorrichtungen zur dreidimensionalen Formgebung können Komponenten, die eine relativ komplizierte Struktur aufweisen, leicht und in kurzer Zeit hergestellt werden.
  • Die japanische Offenlegung Nr. P2013-526429A offenbart z. B. eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensional geformten Objekten durch schichtweise Verfestigung eines Pulverformstoffes. Bei dieser Vorrichtung wird auf eine in vertikaler Richtung bewegbare Formgebungsplattform (Bühne) eine Pulverschicht gegeben und ein Laserlicht auf die Pulverschicht gestrahlt, so dass sich das Pulver an den bestrahlten Stellen verfestigt. Dann wird die Formgebungsplattform gesenkt, eine neue Pulverschicht auf die Formgebungsplattform gegeben und ein Laserlicht auf die neue Pulverschicht gestrahlt. Durch die Wiederholung einer solchen Abfolge von Schritten wird ein dreidimensional geformtes Objekt hergestellt.
  • Weiterhin offenbart die japanische Offenlegung 2015-525290A ein Verfahren, bei dem ein metallischer Gegenstand mittels Laminatformtechnologie nicht unter Verwendung eines Laserlichts, sondern eines Elektronenstrahls hergestellt wird. Gewöhnlich wird das geformte Objekt spröde, wenn beim Sintern eine Oxidation des metallischen Materials erfolgt. Aber bei dem in der japanischen Offenlegung 2015-525290A offenbarten Verfahren kann dadurch, dass das Sintern unter Schutzgasatmosphäre wie Argon, Stickstoff o. ä. durchgeführt wird, eine Metalloxidation während des Sinterns verhindert werden.
  • Unter dem Gesichtspunkt der Gewährleistung einer wunschgemäßen Stabilität bei dem den Gegenstand der Herstellung darstellenden dreidimensional geformten Objekt ist es nicht wünschenswert, dass wie oben beschrieben das Material während der Formgebung oxidiert. Andererseits kann visuell nicht erkannt werden, ob im Inneren der Formgebungsvorrichtung Sauerstoff vorhanden ist. Daher wird in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ein Sauerstoffsensor vorgesehen, so dass während der Formgebung die Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer kontrolliert wird. Weiterhin wird dadurch, dass nicht nur während der Formgebung, sondern auch vor Beginn der Formgebung ein Reinigungsschritt ausgeführt wird, in dem der Prozesskammer Edelgas zugeführt wird, die Atmosphäre in der Prozesskammer durch Edelgas ersetzt.
  • Aber auch wenn vor der Formgebung die Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer ausreichend vermindert wurde, kam es vor, dass einhergehend mit dem Fortgang der Formgebung die Sauerstoffkonzentration anstieg und die Formgebung nicht fortgesetzt werden konnte. Eine Formgebung unter Verwendung einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung setzt voraus, dass vom Beginn der Formgebung bis zur Beendigung der Formgebung die Beteiligung eines Bedieners der Vorrichtung nicht erforderlich ist, sondern die Ausführung automatisch erfolgt. Folglich kann es vorkommen, dass der Bediener der Vorrichtung erst zur Zeit der geplanten Beendigung der Formgebung erfährt, dass die Formgebung wegen des Anstiegs der Sauerstoffkonzentration unterbrochen wurde. Folglich hat die Unterbrechung der Formgebung wegen des Anstiegs der Sauerstoffkonzentration nicht nur einen gravierenden Einfluss auf die Formgebungskosten, sondern auch auf Lieferfristen der Formgebung.
  • [Offenbarung der Erfindung]
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Punkte getätigt und hat die Aufgabe, durch Vermeidung eines plötzlichen Anstiegs der Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer während der Formgebung die stabile Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes zu ermöglichen.
  • Die Erfinder haben nach tiefgreifenden Untersuchungen Vermutungen bezüglich der Ursachen eines Anstiegs der Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer während der Formgebung angestellt und gelangten durch das Ergreifen von Maßnahmen gegen diese vermuteten Ursachen zur Lösung der obigen Aufgabe. Konkret haben die Erfinder zunächst als eine der Hauptursachen für den Anstieg der Sauerstoffkonzentration während der Formgebung ihr Augenmerk darauf gerichtet, dass der Sauerstoff durch den Reinigungsschritt vor der Formgebung nicht vollständig ersetzt wurde und in der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung rückständig sein könnte. Vor allem haben die Erfinder ihr Augenmerk darauf gerichtet, dass im Bereich der Rückseite der Bühnen in der Führungskammer Sauerstoff leicht punktuell zurückbleiben kann. Dabei haben die Erfinder als Hauptursache für einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration während der Formgebung erkannt, dass der Sauerstoff im Bereich der Rückseite der Bühnen sich einhergehend mit der Bewegung der Bühnen während der Formgebung ausbreitet und in die Prozesskammer einströmt. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Erkenntnis der Erfinder.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung
    handelt es sich um ein Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, die in Führungskammern im Inneren eines Gehäuses heb- und senkbar vorgesehene Bühnen aufweist,
    wobei ein Vorbereitungsschritt vorgesehen ist, in dem die Atmosphäre im Inneren des Gehäuses durch Edelgas ersetzt wird, in dem Vorbereitungsschritt die Bühnen bis zu einer Position gesenkt werden, die unterhalb der Position der Bühnen zu Beginn des Formgebungsschrittes liegt, und anschließend die Bühnen gehoben werden.
  • Im Vorbereitungsschritt des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung können die Bühnen auch bis zu einer Position gesenkt werden, die unterhalb der Position der Bühnen bei Beendigung der Formgebung des Formgebungsschrittes liegt.
  • Im Vorbereitungsschritt des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung können die Bühnen auch bis zu der tiefstmöglichen Position des bewegbaren Bereiches der Bühnen gesenkt werden.
  • Der Vorbereitungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur dreidimensionalen Formgebung kann auch der Reihe nach umfassen
    einen Schritt, in dem die Bühnen gesenkt werden,
    einen Schritt, in dem bei gesenkten Bühnen ins Innere des Gehäuses Edelgas zugeführt wird, und
    einen Schritt, in dem die Bühnen gehoben werden,
    wobei auch zumindest entweder während des Schrittes des Senkens der Bühnen oder des Schrittes des Hebens der Bühnen ins Innere des Gehäuses Edelgas zugeführt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur dreidimensionalen Formgebung handelt es sich um
    ein Herstellungsverfahren für dreidimensional geformte Objekte, umfassend
    einen Schritt, in dem eines der oben erwähnten erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführt wird, und
    einen Formgebungsschritt, in dem auf den Bühnen das dreidimensional geformte Objekt geformt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Programm handelt es sich um
    ein Programm zur Steuerung einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung,
    wobei dadurch, dass es durch ein Steuerungsteil der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführt wird, ein oben erwähntes erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung an der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Speichermedium handelt es sich um
    ein Speichermedium, auf dem das durch das Steuerungsteil der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführte Programm gespeichert ist,
    wobei dadurch, dass das Programm durch das Steuerungsteil ausgeführt wird, eines der oben erwähnten erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung an der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführt wird.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ist ausgestattet mit
    Führungskammern, die mit einer Prozesskammer, in der die Formgebung durchgeführt wird, verbunden sind,
    Bühnen, die in den Führungskammern beweglich vorgesehen sind, und
    Abstandshaltemitteln, die in den Führungskammern in dem Bereich der Seite, die, wenn die Bühnen als Basis genommen werden, der Seite der Prozesskammer entgegengesetzt ist, vorgesehen sind, und einhergehend mit der Bewegung der Bühnen verformbar sind.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung können die Abstandshaltemittel auch so vorgesehen werden, dass einhergehend mit der Bewegung der Bühnen der Raum, den sie im Inneren der Führungskammern einnehmen, verändert wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung können die Abstandshaltemittel auch so vorgesehen werden, dass sie ein röhrenförmiges oder beutelförmiges Abtrennungselement aufweisen, wobei dessen Innenraum und der Bereich im Inneren der Führungskammern luftdicht gehalten werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung kann auch ausgestattet sein mit einem Ausdehnungsmittel, das auf das Abtrennungselement so wirkt, dass der Innenraum des Abtrennungselementes ausgedehnt wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung kann das Ausdehnungsmittel eine Pumpe sein, die in den Innenraum des Abtrennungselementes eine Flüssigkeit ausstoßen kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung können auch mehrere Abtrennungselemente vorgesehen sein.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung können die mehreren Abtrennungselemente mindestens zwei verschiedene Größen aufweisen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung kann ein Verbindungsdurchgang vorgesehen werden, der durch eine die Führungskammern bildende Trennwand führt und den Innenraum des Abtrennungselementes und den Raum, der das Äußere von Prozesskammer und Führungskammern bildet, verbindet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung kann weiterhin ausgestattet sein mit einer Antriebskammer, die die Bühnen antreibende Antriebsvorrichtungen zumindest teilweise aufnimmt,
    wobei der Verbindungsdurchgang den Innenraum des Abtrennungselementes und die Antriebskammer verbindet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung kann weiterhin ausgestattet sein mit Antriebsvorrichtungen, die ein mit den Bühnen verbundenes Verbindungselement aufweisen und über das Verbindungselement die Bühnen antreiben,
    wobei das Verbindungselement vom Innenraum des Abtrennungselementes aus durch die die Führungskammern bildende Trennwand führt und sich bis ins Äußere der Führungskammern erstreckt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung kann zwischen der Trennwand und dem Verbindungselement auch ein Verbindungsdurchgang vorgesehen werden, der den Innenraum des Abtrennungselementes und den Raum, der das Äußere von Prozesskammer und Führungskammern bildet, verbindet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung kann das Abstandshaltemittel auch ein elastisch verformbarer elastischer Körper sein.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird ein plötzlicher Anstieg der Sauerstoffkonzentration im Inneren der Prozesskammer während der Formgebung effektiv verhindert, so dass die Formgebung stabil ausgeführt werden kann.
  • [Einfache Erläuterung der Zeichnungen]
  • 1 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Längsschnitt, der die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung zeigt.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur dreidimensionalen Formgebung zeigt.
  • 3 ist eine Zeichnung zur Erläuterung des Verfahrens zur dreidimensionalen Formgebung und ist ein Längsschnitt, der die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung zeigt.
  • 4 ist eine Zeichnung zur Erläuterung des Verfahrens zur dreidimensionalen Formgebung und ist ein Längsschnitt, der die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung zeigt.
  • 5 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Längsschnitt, der die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung zeigt.
  • 6 ist ein Längsschnitt, der die Hubeinheit der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung zeigt.
  • 7 ist eine 6 entsprechende Zeichnung und dient der Erläuterung eines abgewandelten Beispiels der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung.
  • 8 ist eine 6 entsprechende Zeichnung und dient der Erläuterung eines anderen abgewandelten Beispiels der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung.
  • 9 ist eine das Innere einer Führungskammer zeigende Querschnittszeichnung der Hubeinheit und ist eine Zeichnung zur Erläuterung eines weiteren abgewandelten Beispiels der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung.
  • 10 ist eine 9 entsprechende Zeichnung und dient der Erläuterung eines weiteren abgewandelten Beispiels der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung.
  • 11 ist eine 5 entsprechende Zeichnung und dient der Erläuterung eines weiteren abgewandelten Beispiels der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung.
  • [Ausführungsformen der Erfindung]
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die erste und die zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Ferner gibt es in den Zeichnungen Stellen, an denen zur Vereinfachung ein verkleinerter Maßstab vorliegt und die Größenverhältnisse von Länge und Breite o. ä. von denen des Originals abweichen und übertrieben werden. Weiterhin sind die in dieser detaillierten Beschreibung verwendeten Formen, geometrischen Bedingungen und die deren Ausmaß bestimmenden Fachausdrücke und Werte nicht an den exakten Sinn gebunden, sondern können so interpretiert werden, dass sie einen Bereich umfassen, in dem identische Funktionen erwartet werden können. Weiterhin sind in dieser detaillierten Beschreibung die Begriffe „oben” und „unten” basierend auf der vertikalen Richtung festgelegt, wenn die Richtung, in die die Schwerkraft wirkt, als Basis genommen wird.
  • <1. Ausführungsform>
  • 1 bis 4 sind Zeichnungen zur Erläuterung der ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt weist eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 ein Steuerungsteil 15 und eine Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 auf. Das Steuerungsteil 15 steuert die jeweiligen Strukturelemente der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20. Das Steuerungsteil 15 ist an Ein- und Ausgabegeräte angeschlossen, wie eine Tastatur 17, mit der ein Bediener o. ä. die Eingabe von Befehlen zur Kontrolle der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 o. ä. durchführt, und ein Bildschirm 18, der den Betriebszustand der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 visualisiert und anzeigt. Weiterhin verfügt das Steuerungsteil 15 über eine Zugriffsmöglichkeit auf ein Speichermedium 16, auf dem ein Programm usw. zur Realisierung der durch die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 ausgeführten Verrichtungen gespeichert ist. Das Speichermedium 16 kann aus einem Halbleiterspeicher wie einem ROM, RAM o. ä., einer Festplatte, einem diskförmigen Speichermedium wie einer DVD-ROM o. ä. oder einem anderen bekannten Speichermedium gebildet werden.
  • Die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 stellt basierend auf Steuerungssignalen vom Steuerungsteil 15 ein dreidimensional geformtes Objekt O her, indem Einzelschichten ul, die dadurch entstehen, dass ein Material in einem bestimmten Verfestigungsmuster verfestigt wird, übereinander geschichtet werden. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel stellt die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 das dreidimensional geformte Objekt O her, indem dadurch, dass auf Schichten eines Pulvermaterials pm mit einem bestimmten Muster Energie gestrahlt wird, aus gesintertem Material bestehende Einzelschichten ul der Reihe nach geformt werden. Hierbei können als Pulvermaterial pm, neben Titan, Stahl o. ä. Metallverbindungen enthaltendem Metallpulver, auch synthetisches Pulver aus Polyamid oder Polystyrol, PEEK, synthetisch überzogener Sand oder Keramikpulver verwendet werden.
  • Wie in 1 gezeigt weist die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 ein Gehäuse 21, eine in dem Gehäuse 21 vorgesehene Trennwand 22, in von durch die Trennwand 22 unterteilten Führungskammern gc vorgesehene Bühnen 30 und die Bühnen 30 antreibende Antriebsvorrichtungen 35 auf. Die Trennwand 22 unterteilt den Raum im Gehäuse 21 in eine Prozesskammer c, Führungskammern gc und eine Antriebskammer dc. Die in horizontaler Richtung nebeneinander aufgereihten drei Führungskammern gc sind unter der Prozesskammer c angeordnet. Die Bühnen 30 sind jeweils im Inneren jeder Führungskammer gc angeordnet. Die Antriebskammer dc ist unter den Führungskammern gc vorgesehen. Die Antriebsvorrichtungen 35 sind zumindest teilweise innerhalb der Antriebskammer dc angeordnet.
  • Die jeweiligen Bühnen 30 werden gleitend an den Seitenwandflächen der Trennwand 22, durch die die entsprechenden Führungskammern gc unterteilt sind, gehoben und gesenkt. Zwischen den Seitenwandflächen der Trennwand 22 und der entsprechenden Bühne 30 ist ein nicht dargestelltes Abdichtungselement vorgesehen und durch dieses Abdichtungselement wird der Spalt verschlossen. Das Abdichtungselement ist so aufgebaut, dass es das Pulvermaterial pm stoppt, so dass zwischen Führungskammer gc und Bühne 30 kein Pulvermaterial pm durchdringen kann. Ferner ist bevorzugt, dass das Abdichtungselement so aufgebaut ist, dass Sauerstoff o. ä. Gase nicht zwischen Trennwand 22 und Bühne 30 durchdringen können, aber es ist nicht unbedingt erforderlich, dass eine exakte Luftundurchlässigkeitswirkung vorliegt. Jede Führungskammer gc wird durch die entsprechende Bühne 30 in einen über der betreffenden Bühne 30 liegenden oberen Bereich ua an der Seite der Prozesskammer c und einen unter der betreffenden Hebebühne 30 liegenden unteren Bereich la an der der Seite der Prozesskammer c entgegengesetzten Seite unterteilt.
  • Durch jeweils eine Führungskammer gc und die in der betreffenden Führungskammer gc befindliche Bühne 30 wird eine Hubeinheit 25 gebildet. Die drei Hubeinheiten 25 sind eingeteilt in eine Spendereinheit 25a, eine Sammeleinheit 25b und eine zwischen Spendereinheit 25a und Sammeleinheit 25b vorgesehenen Bildungseinheit 25c. Die Spendereinheit 25a weist eine Spenderführungskammer (1. Führungskammer) gca und eine Spenderbühne 30a auf, die Bildungseinheit 25c weist eine Bildungsführungskammer (3. Führungskammer) gcc und eine Bildungsbühne 30c auf und die Sammeleinheit 25b weist eine Sammelführungskammer (2. Hebeführungskammer) gcb und eine Sammelbühne 30b auf.
  • Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind von rechts nach links auf 1 die Spendereinheit 25a, die Bildungseinheit 25c und die Sammeleinheit 25b der Reihe nach nebeneinander angeordnet. Zwischen der Spenderführungskammer gca und der Bildungsführungskammer gcc sowie zwischen der Sammelführungskammer gcb und der Bildungshebeführungskammer gcc ist jeweils eine Trennwand 22 vorgesehen. Die zueinander benachbart angeordneten Spenderführungskammer gca, Bildungsführungskammer gcc und Sammelführungskammer gcb sind durch die Trennwand 22 in einem voneinander getrennten Zustand vorgesehen. Weiterhin ist die Trennwand 22 bei dem in 1 gezeigten Beispiel auch zwischen den Führungskammern gc der jeweiligen Hubeinheiten 25 und der Antriebskammer dc vorgesehen. Die zueinander benachbart angeordneten Führungskammern gc und die Antriebskammer dc sind durch die Trennwand 22 in einem voneinander getrennten Zustand vorgesehen.
  • Die Bühnen 30 werden durch die Antriebsvorrichtungen 35 angetrieben. Für jede Bühne 30 (Spenderbühne 30a, Sammelbühne 30b und Bildungsbühne 30c) sind separate Antriebsvorrichtungen 35 (Spenderantriebsvorrichtung 35a, Sammelantriebsvorrichtung 35b und Bildungsantriebsvorrichtung 35c) vorgesehen. Jede Antriebsvorrichtung 35 hebt und senkt gesteuert durch das Steuerungsteil 15 die entsprechende Bühne 30. Weiterhin können Spenderbühne 30a, Sammelbühne 30b und Bildungsbühne 30c miteinander gekoppelt gehoben und gesenkt werden.
  • Die Spendereinheit 25a (Spenderführungskammer gca und Spenderbühne 30a) bildet einen Raum für die Speicherung von Pulvermaterial pm und das für die Formgebung des dreidimensional geformten Objektes O verwendete Pulvermaterial pm wird auf die Spenderbühne 30a geladen. Die Bildungseinheit 25c (Bildungsführungskammer gcc und Bildungsbühne 30c) ist der Ort, an dem das dreidimensional geformte Objekt O geformt wird, wobei das auf die Bildungsbühne 30c geladene Pulvermaterial pm durch Bestrahlung mit Energie gesintert wird und wiederholt Einzelschichten ul des dreidimensional geformten Objektes O gebildet werden. Die Sammeleinheit 25b (Sammelführungskammer gcb und Sammelbühne 30b) bildet einen Raum für das Sammeln des überschüssigen Teils von Pulvermaterial pm, das der Bildungsführungskammer gcc zugeführt wurde, wobei das überschüssige Pulvermaterial pm auf der Sammelbühne 30b angehäuft wird.
  • In der Prozesskammer c ist eine über Spenderbühne 30a, Bildungsbühne 30c und Sammelbühne 30b in waagerechter Richtung hin und her bewegbare Auftragungsvorrichtung 40 vorgesehen. Durch die waagerechte Bewegung dieser Auftragungsvorrichtung 40 wird von der Spenderführungskammer gca zu der Bildungsführungskammer gcc Pulvermaterial pm zugeführt und weiterhin der überschüssige Teil des Pulvermaterials pm von oberhalb der Bildungsführungskammer gcc zur Sammelführungskammer gcb herausgeschoben. D. h., um der Bildungsführungskammer gcc die erforderliche Menge an Pulvermaterial pm zuzuführen, wird zunächst die Spenderbühne 30a angehoben, die Bildungsbühne 30c gesenkt und die Sammelbühne 30b gesenkt. Dann bewegt sich die über der Spenderbühne 30a angeordnete Auftragungsvorrichtung 40 waagerecht in die über der Bildungsführungskammer gcc und Sammelführungskammer gcb gelegene Richtung. Dadurch wird die oberste Schicht des auf der Spenderbühne 30a befindlichen Pulvermaterials pm in Richtung Bildungsführungskammer gcc gedrückt und der Bildungsführungskammer gcc wird noch mehr Pulvermaterial pm zugeführt. Weiterhin wird der überschüssige Teil des Pulvermaterials pm, der nicht in die Bildungsführungskammer gcc gepasst hat, in Richtung der Sammelführungskammer gcb gedrückt und gesammelt.
  • In der Prozesskammer c sind weiterhin ein Gaszuführungsteil 41, ein Gasablassteil 42, eine Bestrahlungsvorrichtung 44 und ein Sauerstoffsensor 45 angeordnet.
  • Das Gaszuführungsteil 41 führt der Prozesskammer c ein Edelgas wie Argongas, Stickstoffgas usw. zu. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist als Gaszuführungsteil 41 eine über der Bildungseinheit 25c (Bildungsführungskammer gcc und Bildungsbühne 30c) angeordnete Düse 41a vorgesehen. Die Düse 41a sprüht Edelgas so in den Raum über der Bildungseinheit, dass auf das auf der Bildungsbühne 30c angeordnete Pulvermaterial pm und das dreidimensional geformte Objekt O kein wesentlicher Einfluss ausgeübt wird. Im Übrigen gibt es hinsichtlich des konkreten Aufbaus und der Installationsposition des Gaszuführungsteils 41 keine besonderen Beschränkungen, sofern Edelgas zugeführt werden kann.
  • Das Gasablassteil 42 ist mit der Prozesskammer c verbunden und erfüllt die Funktion, Gas aus der Prozesskammer c in das Äußere des Gehäuses 21 abzulassen. Das Gasablassteil 42 kann ein einfaches Rohr sein und es kann auch ein Rohr sein, das nur in Richtung des Auslasses ein Passieren des Gases ermöglicht. Weiterhin kann das Gasablassteil 42 eine Abgasfunktion aufweisen, indem von der Prozesskammer c aktiv Gas angesaugt wird. Während das Gaszuführungsteil 41 der Prozesskammer c Edelgas zuführt, wird von dem Gasablassteil 42 die Atmosphäre des Inneren der Prozesskammer c ausgelassen, wodurch die Atmosphäre im Inneren der Prozesskammer c durch Edelgas ersetzt werden kann.
  • Die Bestrahlungsvorrichtung 44 ist als eine Vorrichtung aufgebaut, die auf das Pulvermaterial pm Energie strahlt. Bei dem dargestellten Beispiel weist die Bestrahlungsvorrichtung 44 eine Energiequelle, die ein Laserlicht, einen Elektronenstrahl o. ä. ausstrahlt, und eine Abtastvorrichtung auf, die die Route der ausgestrahlten Energie reguliert. Als den Lichtweg regulierende Abtastvorrichtung kann ein Galvanometerspiegel oder MEMS verwendet werden.
  • Der Sauerstoffsensor 45 ist im Inneren der Prozesskammer c angeordnet und weist die Sauerstoffkonzentration nach. Im Übrigen ist die Installationsposition des Sauerstoffsensors 45 zwar nicht besonders eingeschränkt, es ist jedoch bevorzugt, wenn die Installationsposition des Sauerstoffsensors 45 basierend auf dem Wichteverhältnis zwischen dem von dem Gaszuführungsteil 41 zugeführten Edelgas und Sauerstoff bestimmt wird. Wenn z. B. die Wichte vom Sauerstoff geringer ist als die des Edelgases, wird bevorzugt, dass der Sauerstoffsensor 45 an einer relativ hohen Position innerhalb der Prozesskammer c installiert wird, und wenn die Wichte vom Sauerstoff höher ist als die des Edelgases, wird bevorzugt, dass der Sauerstoffsensor 45 an einer relativ niedrigen Position innerhalb der Prozesskammer c installiert wird.
  • Der Betrieb der einzelnen Teile der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 wird durch das Steuerungsteil 15 gesteuert. Z. B. steuert das Steuerungsteil 15 unter Verwendung der Hubvorrichtung 35 das Heben und Senken der Bühnen 30, die waagerechte Bewegung der Auftragungsvorrichtung 40, die Ausstrahlung von Energie durch die Bestrahlungsvorrichtung 44 und die Zufuhr von Edelgas von dem Gaszuführungsteil 41. Weiterhin empfängt das Steuerungsteil 15 das Nachweisergebnis von dem Sauerstoffsensor 45, und wenn der Sauerstoffsensor 45 eine einen bestimmten Schwellenwert überschreitende Sauerstoffkonzentration festgestellt hat, werden die Arbeiten der Formgebung des dreidimensional geformten Objektes O durch die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 unterbrochen und dem Bediener wird über eine Anzeige oder einen Warnton ein Fehler gemeldet.
  • Im Folgenden werden das Steuerungsverfahren der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 und das Verfahren der Herstellung des dreidimensional geformten Objektes O unter Verwendung der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 erläutert. Die im Folgenden erläuterten Steuerungsverfahren der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 und Verfahren der Herstellung des dreidimensional geformten Objektes O werden dadurch ausgeführt, dass das Steuerungsteil 15 ein vorab auf dem Speichermedium 16 aufgezeichnetes Programm einliest.
  • Das Steuerungsverfahren der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung und das Verfahren der Herstellung des dreidimensional geformten Objektes weisen einen Vorbereitungsschritt auf, in dem die Atmosphäre im Gehäuse 21 durch Edelgas ersetzt wird. Weiterhin weist das Herstellungsverfahren für dreidimensional geformte Objekte einen nach dem Vorbereitungsschritt auszuführenden Formgebungsschritt auf, in dem das dreidimensional geformte Objekt O geformt wird.
  • In dem Vorbereitungsschritt, in dem die Atmosphäre im Gehäuse 21 durch Edelgas ersetzt wird, wird Edelgas von dem Gaszuführungsteil 41 in die Prozesskammer c zugeführt. Das Gas in der Prozesskammer c wird einhergehend mit der Zuführung des Edelgases von dem Gasablassteil 42 aus der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 nach außen abgelassen. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Düse 41a des Gaszuführungsteils 41 in der Nähe der Bildungseinheit 25c angeordnet. Folglich erfolgt bei dem dargestellten Beispiel das Ersetzen durch Edelgas ausgehend von der Atmosphäre des Bereiches innerhalb der Prozesskammer c, in dem die Verarbeitung des Pulvermaterials pm durchgeführt wird. Wenn die durch den Sauerstoffsensor 45 nachgewiesene Sauerstoffkonzentration eine vorab eingestellte Norm erreicht hat, wird der Schritt des Ersetzens durch Edelgas beendet.
  • Nachdem der Schritt des Ersetzens durch Edelgas beendet wurde, wird dann der Schritt der Formgebung des dreidimensional geformten Objektes O ausgeführt. In diesem Schritt wird das dreidimensional geformte Objekt O als Anhäufung von Einzelschichten ul hergestellt, indem der Reihe nach Einzelschichten ul (Querschnittsschichten), die durch Aufteilung des dreidimensional geformten Objektes O in mehrere Teile entlang einer Richtung entstehen, hergestellt werden.
  • Bei dem Schritt der Formgebung des dreidimensional geformten Objektes O ist der konkrete Betrieb der jeweiligen Strukturelemente der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 wie folgt: zunächst wird, angetrieben durch die Spenderantriebsvorrichtung 35a, die Spenderbühne 30a angehoben, und weiterhin wird, angetrieben durch die Bildungsantriebsvorrichtung 35c, die Bildungsbühne 30c gesenkt. Ferner wird das Pulvermaterial pm vor der Verwendung auf der Spenderbühne 30a aufbewahrt. Dann bewegt sich die Auftragungsvorrichtung 40 in waagerechter Richtung und eine bestimmte Menge an Pulvermaterial pm wird von oberhalb der Spenderbühne 30a abgestreift. Das durch die Auftragungsvorrichtung 40 abgestreifte Pulvermaterial pm wird der Oberfläche der Bildungsbühne 30c zugeführt und der überschüssige Teil des Pulvermaterials pm wird auf der Oberfläche der im Inneren der Sammelführungskammer gcb befindlichen Sammelbühne 30b gesammelt. Auf diese Art und Weise wird auf der Bildungsbühne 30c eine Schicht des Pulvermaterials pm gebildet.
  • Dann bestrahlt die Bestrahlungsvorrichtung 44 mit einem den Steuerungssignalen von dem Steuerungsteil 15 entsprechenden bestimmten Muster die auf der Bildungsbühne 30c befindliche Schicht aus Pulvermaterial pm mit Energie (z. B. Laserlicht oder Elektronenstrahl). In den Bereichen, die innerhalb der auf der Bildungsbühne 30c befindlichen Schicht aus Pulvermaterial pm mit Energie bestrahlt wurden, wird das Pulvermaterial pm geschmolzen und verbunden. Auf diese Art und Weise wird eine Einzelschicht ul gebildet, bei der Pulvermaterial pm in einem bestimmten Muster (zweidimensionale Form) verfestigt ist. Danach werden die Sammelbühne 30b und die Bildungsbühne 30c um ein bestimmtes Maß gesenkt und die Spenderbühne 30a um ein bestimmtes Maß angehoben. Von diesem Zustand aus beginnt erneut der Betrieb der Auftragungsvorrichtung 40 und wie oben beschrieben wird die nächste Einzelschicht ul gebildet. Dadurch, dass die der Reihe nach gebildeten Einzelschichten ul miteinander schmelzverbunden werden, kann das dreidimensional geformte Objekt O aus einem Stück gebildet werden.
  • Ferner wird bezüglich des Hubmaßes der Spenderbühne 30a, des Senkmaßes der Bildungsbühne 30c und des Senkmaßes der Sammelbühne 30b bevorzugt, dass diese in geeigneter Weise so bestimmt werden, dass etwas mehr Pulvermaterial pm von der Spenderführungskammer gca der Oberfläche der Bildungsbühne 30c zugeführt wird, als die der Oberfläche der Bildungsbühne 30c zuzuführende notwendige Menge, und der überschüssige Teil an Pulvermaterial pm, der nicht in die Bildungsführungskammer gcc gepasst hat, in der Sammelführungskammer gcb aufgenommen wird. Weiterhin wird bevorzugt, dass das Senkmaß der Bildungsbühne 30c basierend auf der Schichtdicke des Pulvermaterials pm, das durch die Bestrahlung mit Laserlicht gesintert wird, bestimmt wird. Z. B. kann gleichzeitig, während die Sammelbühne 30b und die Bildungsbühne 30c um 0,1 mm gesenkt werden, die Spenderbühne 30a um 0,2 mm angehoben werden.
  • Der oben beschriebene Schritt der Formgebung des dreidimensional geformten Objektes O wird z. B. über mehrere Stunden bis mehrere Dutzend Stunden ausgeführt. Währenddessen misst der Sauerstoffsensor 45 die Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer c. Aber als die Erfinder die dreidimensionale Formgebung tatsächlich ausgeführt haben, ist es vorgekommen, dass während des Schrittes der dreidimensionalen Formgebung die Sauerstoffkonzentration im Inneren der Prozesskammer c den Normwert überschritten hat. Eine Formgebung in einer Atmosphäre, deren Sauerstoffkonzentration den Normwert überschreitet, führt dazu, dass die Oxidation des dreidimensional geformten Objektes O während der Formgebung beschleunigt wird. Wenn die Oxidation des dreidimensional geformten Objektes O während der Formgebung fortschreitet, kann es vorkommen, dass die Verbindung zwischen den Einzelschichten ul unzureichend ist. Folglich stoppt die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 gewöhnlich die dreidimensionale Formgebung, wenn der durch den Sauerstoffsensor 45 nachgewiesene Wert der Sauerstoffkonzentration den Normwert übersteigt. Ein Anstieg der Sauerstoffkonzentration im Formgebungsschritt behindert eine stabile Formgebung und führt zu einem Anstieg der Formgebungskosten und zu einer Verzögerung der Lieferfristen der Formgebung.
  • Andererseits haben die Erfinder im Ergebnis wiederholter unverdrossener Untersuchungen nachgewiesen, dass eine Hauptursache für das Hervorrufen eines Anstiegs der Sauerstoffkonzentration während der Formgebung darin besteht, dass Sauerstoff in dem Gehäuse 21, ohne im Schritt des Ersetzens durch Edelgas ersetzt zu werden, in der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 zurückbleibt. Insbesondere in den Führungskammern gc im Bereich la der Rückseite der Bühnen 30 (unterer Bereich in den Führungskammern gc) kann es leicht vorkommen, dass Sauerstoff nicht ersetzt wird und zurückbleibt. Der im unteren Bereich la (Bereich der Rückseite der Bühnen) in den Führungskammern gc rückständige Sauerstoff wird einhergehend mit der Bewegung der Bühnen 30 während der Formgebung aus dem unteren Bereich la herausgedrückt und breitet sich zum Inneren der Prozesskammer c hin aus. Dieses Einströmen von rückständigem Sauerstoff in die Prozesskammer c ist eine der Hauptursachen für einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration während der Formgebung.
  • Andererseits werden in der ersten Ausführungsform im Vorbereitungsschritt, in dem die Atmosphäre im Gehäuse 21 durch Edelgas ersetzt wird, die jeweiligen Bühnen 30 bis zu einer Position gesenkt, die unterhalb der Position der entsprechenden Bühnen 30 zu Beginn des Formgebungsschrittes liegt, und anschließend werden die Bühnen angehoben. Dadurch, dass auf diese Art und Weise das Ersetzen ausgeführt wird, während die Bühnen 30 gesenkt sind, wird das Volumen des die Rückseite der Bühnen 30 bildenden Bereiches (unterer Bereich) la kleiner, so dass die Sauerstoffmenge, die in dem Bereich la zurückbleiben kann, verringert wird. Dadurch kann effektiv verhindert werden, dass während der Formgebung die Sauerstoffkonzentration im Inneren der Prozesskammer c ansteigt und durch ein Signal von dem Sauerstoffsensor 45 die Formgebung unterbrochen wird, so dass die Formgebung stabil ausgeführt werden kann.
  • Ferner ist es unter dem Gesichtspunkt einer Verminderung der Sauerstoffmenge, die in dem die Rückseite der Bühnen 30 bildenden Bereich (unterer Bereich) la zurückbleiben kann, noch bevorzugter, dass im Vorbereitungsschritt die jeweiligen Bühnen 30 bis zu einer Position gesenkt werden, die unterhalb der Position der entsprechenden Bühnen 30 bei Beendigung der Formgebung des Formgebungsschrittes liegt, und weiterhin noch bevorzugter, dass die jeweiligen Bühnen 30 bis zu der am tiefsten gelegenen Position innerhalb der Bewegungsmöglichkeit der entsprechenden Bühnen 30 gesenkt werden.
  • Wie in 2 gezeigt kann der Vorbereitungsschritt, in dem die Atmosphäre im Inneren des Gehäuses 21 durch Edelgas ersetzt wird, so gestaltet werden, dass er einen Schritt S1, in dem die Bühnen 30 gesenkt werden, einen Schritt S2, in dem bei gesenkten Bühnen 30 ins Innere des Gehäuses 21 Edelgas zugeführt wird, und einen Schritt S3, in dem die Bühnen 30 angehoben werden, aufweist.
  • 3 zeigt den Zustand, in dem der Schritt S1 des Senkens der Bühnen 30 beendet wurde. Während des Schrittes S1, in dem die Bühnen 30 gesenkt werden, kann auch von dem Gaszuführungsteil 41 ins Innere des Gehäuses 21 Edelgas zugeführt werden. In diesem Falle kann das Ersetzen durch Edelgas noch schneller durchgeführt werden. Ferner wurden in 3 die Bühnen 30 bis zu der am tiefsten gelegenen Position innerhalb der Bewegungsmöglichkeit der Bühnen 30 gesenkt.
  • 4 zeigt den Zustand, in dem der Schritt S3 des Anhebens der Bühnen 30 beendet wurde. In diesem Zustand beginnt der Formgebungsprozess. Während des Schrittes S3, in dem die Bühnen 30 angehoben werden, kann auch von dem Gaszuführungsteil 41 ins Innere des Gehäuses 21 Edelgas zugeführt werden. In diesem Fall wird in den die Rückseite der Bühnen 30 bildenden Bereich (unterer Bereich) la im Inneren der Führungskammern gc Edelgas hineingezogen, so dass ein Zurückbleiben von Sauerstoff effektiv verhindert werden kann.
  • Vorstehend wurde unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die erste Ausführungsform erläutert, aber es ist möglich, bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform Abwandlungen vorzunehmen. Z. B. wurde bei dem oben beschriebenen Verfahren zur dreidimensionalen Formgebung als ein Beispiel ein Verfahren angeführt, bei dem dadurch, dass auf eine Schicht aus Pulvermaterial Licht mit einem bestimmten Muster gestrahlt wurde, aus gesintertem Material bestehende Einzelschichten der Reihe nach aufgeschichtet wurden (Methode der Schmelzverbindung eines Pulverbetts), aber die erste Ausführungsform kann weiterhin z. B. auch bei einem Formgebungsverfahren, bei dem ein durch Erhitzen im geschmolzenen Zustand befindliches Harz durch eine Düse extrudiert und aufgeschichtet wird (Verfahren der Materialextrusion), einem Verfahren der Schichtformgebung, bei dem ein flüssiges Bindemittel durch eine Düse ausgespritzt wird und das Pulvermaterial verbindet (Verfahren des Ausspritzens eines Bindemittels), einem Verfahren der Schichtformgebung, bei dem ein flüssiges Material ausgespritzt wird und selektiv abgelagert wird (Materialausspritzung), einem Formgebungsverfahren, bei dem, während ein metallisches Material zugeführt wird, mit einem Laser o. ä. Wärmeenergie zugeführt wird, so dass es schmilzt und sich anhäuft (Methode der Anhäufung mit gerichteter Energie) usw. angewandt werden.
  • <2. Ausführungsform>
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die zweite Ausführungsform erläutert. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass im Bereich innerhalb der Führungskammer, der ausgehend von der Bühne die der Seite der Prozesskammer entgegengesetzte Seite darstellt, ein einhergehend mit der Bewegung der Bühne verformbares Abstandshaltemittel vorgesehen ist. Die zweite Ausführungsform kann in den übrigen Punkten mit der ersten Ausführungsform identisch sein. Ferner werden bei den folgenden Erläuterungen bezüglich der zweiten Ausführungsform und bei den Zeichnungen, auf die in den folgenden Erläuterungen Bezug genommen wird, für Strukturen, Elemente o. ä., die mit den der ersten Ausführungsform entsprechenden Strukturen, Elementen o. ä. identisch sind, die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform verwendet und eine wiederholte Erläuterung ausgelassen.
  • 5 und 6 sind Zeichnungen zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform. Wie in 5 gezeigt, weist die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 das Steuerungsteil 15 und die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 auf. Das Steuerungsteil 15 steuert die jeweiligen Strukturelemente der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 und kann hinsichtlich Aufbau, Funktion, Wirkung und Steuerung identisch mit der ersten Ausführungsform sein.
  • Die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 stellt basierend auf Steuerungssignalen vom Steuerungsteil 15 ein dreidimensional geformtes Objekt O her, indem Einzelschichten ul, die dadurch entstehen, dass ein Material in einem bestimmten Verfestigungsmuster verfestigt wird, übereinander geschichtet werden. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel stellt die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 das dreidimensional geformte Objekt O her, indem dadurch, dass auf Schichten eines Pulvermaterials pm mit einem bestimmten Muster Energie gestrahlt wird, aus gesintertem Material bestehende Einzelschichten ul der Reihe nach geformt werden. Hierbei kann das Pulvermaterial pm identisch mit dem bei der ersten Ausführungsform erläuterten Pulvermaterial sein.
  • Wie in 5 gezeigt, weist die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 das Gehäuse 21, die Trennwand 22, im Inneren der Führungskammern gc (Spenderführungskammer gca, Sammelführungskammer gcb und Bildungsführungskammer gcc) vorgesehene Bühnen 30 (Spenderbühne 30a, Sammelbühne 30b und Bildungsbühne 30c) und Antriebsvorrichtungen 35 (Spenderantriebsvorrichtung 35a, Sammelantriebsvorrichtung 35b und Bildungsantriebsvorrichtung 35c) auf. Durch jeweils eine Führungskammer gc und die im Inneren der betreffenden Führungskammer gc befindliche Bühne 30 wird eine Hubeinheit 25 (Spendereinheit 25a, Sammeleinheit 25b und Bildungseinheit 25c) gebildet. Die Trennwand 22 unterteilt den Raum im Inneren des Gehäuses 21 in eine Prozesskammer c, Führungskammern gc und eine Antriebskammer dc. In der Prozesskammer c sind die Auftragungsvorrichtung 40, das Gaszuführungsteil 41, das Gasablassteil 42, die Bestrahlungsvorrichtung 44 und der Sauerstoffsensor 45 angeordnet. Aufbau, Funktion, Wirkung usw. der jeweiligen Strukturelemente der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20, der Prozesskammer c, der Führungskammern gc und der Antriebskammer dc, können identisch mit denen der ersten Ausführungsform sein.
  • Die Antriebsvorrichtung 35 wird nun detaillierter erläutert. Die Antriebsvorrichtung 35 weist einen Antriebsvorrichtungshauptkörper 36 und ein durch den Antriebsvorrichtungshauptkörper in Achsrichtung angetriebenes Verbindungselement 37 auf. Das Verbindungselement 37 führt durch die die Führungskammern gc bildende Trennwand 22 und erstreckt sich bis ins Äußere der Führungskammern. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Antriebsvorrichtungshauptkörper 36 in der Antriebskammer dc angeordnet und das Verbindungselement 37 führt durch die Trennwand 22 und erstreckt sich von der Führungskammer gc zu der Antriebskammer. Das Verbindungselement 37 ist mit der Bühne 30 verbunden, so dass der Antriebsvorrichtungshauptkörper 36 über das Verbindungselement 37 die Bühne 30 antreibt. Als Antriebsvorrichtung 25 kann z. B. eine Vorrichtung, die einen Schrittmotor oder eine ähnliche Antriebsquelle und einen mit der Antriebsquelle verbundenen Kugelrollspindelmechanismus umfasst, ein hydraulischer Zylinder o. ä. angeführt werden. Ferner kann der Aufbau einer solchen Antriebsvorrichtung 35 auch bei der ersten Ausführungsform angewandt werden.
  • Übrigens ist im Inneren der Führungskammer gc in dem Bereich la der Seite, die ausgehend von der Bühne der Seite der Prozesskammer c entgegengesetzt ist (unterer Bereich), ein Abstandshaltemittel 50 vorgesehen. Ferner ist bei dem in 5 gezeigten Beispiel im unteren Bereich la innerhalb jeder Führungskammer gc jeweils ein Abstandshaltemittel 50 vorgesehen. Die drei Abstandshaltemittel 50 können miteinander identisch aufgebaut sein.
  • Das Abstandshaltemittel 50 ist in der Führungskammer gc im Bereich der Rückseite der Bühne vorgesehen, bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel im unteren Bereich la in der Führungskammer gc. Das Abstandshaltemittel 50 kann dadurch, dass es im unteren Bereich la in der Führungskammer Raum einnimmt, die Menge eines Gases (z. B. Oxidation verursachender Sauerstoff), das im Inneren dieses unteren Bereiches la zurückbleiben kann, verringern. Weiterhin ist das Abstandshaltemittel 50 einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 verformbar. Dadurch hemmt das Abstandshaltemittel 50, während es im unteren Bereich la in der Führungskammer gc angeordnet ist, nicht die Bewegung der Bühne 30. Folglich kann das Abstandshaltemittel 50 im Inneren der Führungskammer gc innerhalb des Bewegungsbereiches der Bühne 30 angeordnet werden. Ferner kann insbesondere bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 der durch das Abstandshaltemittel 50 eingenommene Raum verändert werden. D. h. das Abstandshaltemittel 50 kann sich innerhalb der Führungskammer gc ausdehnen und zusammenziehen.
  • Bei dem in 5 und 6 gezeigten Beispiel weist das Abstandshaltemittel 50 ein in der Führungskammer gc angeordnetes Abtrennungselement 51 auf. Das Abtrennungselement 51 ist ein eine Öffnung 51b aufweisendes beutelförmiges Element, das einen Innenraum 51a umgrenzt. Bei dem Abtrennungselement 51 ist dessen Innenraum 51a zu der Umgebung luftdicht abgeschlossen. D. h. das Abtrennungselement 51 isoliert seinen Innenraum 51a und die Umgebung, so dass der Innenraum 51a dicht verschlossen ist.
  • Das in 6 gezeigte Abtrennungselement 51 ist mit der Peripherie seiner Öffnung 51b an der Bodenfläche der Führungskammer gc luftdicht befestigt. Andererseits wird an der die Führungskammer gc bildenden Trennwand 22 ein Verbindungsdurchgang 23 gebildet. Ein Ende des Verbindungsdurchgangs 23 ist zu dem Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 gerichtet geöffnet. Das andere Ende des Verbindungsdurchgangs 23 ist zu der Antriebskammer dc hin geöffnet. D. h. der Verbindungsdurchgang 23 verbindet den Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 und die Antriebskammer dc. Folglich kann sich über den Verbindungsdurchgang 23 Luft im Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 und in der Antriebskammer dc bewegen. Dadurch kann sich das Abtrennungselement 51, dessen Innenraum 51a zum übrigen Raum der Führungskammer gc luftdicht gehalten wird, im Inneren der Führungskammer gc ausdehnen und zusammenziehen. Ferner ist die Antriebskammer dc, wie in 5 gezeigt, über ein Filtermaterial 58 mit dem Äußeren des Gehäuses 21 verbunden. Durch das Einsetzen des Filtermaterials 58 wird die Atmosphäre im Inneren der Antriebskammer dc sauber gehalten.
  • Weiterhin erstreckt sich bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel das durch die Trennwand 22 führende, sich von der Antriebskammer dc in die Führungskammer gc erstreckende Verbindungselement 37 der Antriebsvorrichtung 35 bis in das Abtrennungselement 51. Das Verbindungselement 37 führt durch die der Öffnung 51b des Abtrennungselementes 51 gegenüber liegende Fläche (Bodenfläche des Beutels) und ist mit der Bühne 30 verbunden. Das Verbindungselement 37 führt luftdicht durch das Abtrennungselement 51, wobei bevorzugt ist, dass es an der Durchführungsstelle gegenüber dem Abtrennungselement 51 gleitfähig ist.
  • Das Abtrennungselement 51 kann aus einem luftdichten Material, z. B. einem Harzmaterial aus flexiblem PVC o. ä., oder Gummi hergestellt werden. Namentlich wird das in den Zeichnungen gezeigte Abtrennungselement 51 durch einen Balg aus Harz oder Gummi geformt.
  • Weiterhin weist die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 ein Mittel auf, das auf das betreffende Abtrennungselement so wirkt, dass das Volumen des Abtrennungselementes 51 verändert wird. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel ist ein Ausdehnungsmittel 52 vorgesehen, das auf das Abtrennungselement 51 so wirkt, dass der Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 ausgedehnt wird. Das Ausdehnungsmittel 52 wirkt so, dass es das Abtrennungselement 51 unabhängig von der Position der Bühne 30 ausdehnen lässt. Durch ein solches Ausdehnungsmittel 52 wird unterstützt, dass das Abtrennungselement 51 im Inneren der Führungskammer gc einen großen Raum einnimmt. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel besteht das Ausdehnungsmittel 52 aus einer Kompressionsfeder. Allerdings ist das Ausdehnungsmittel 52 nicht auf eine Kompressionsfeder beschränkt, sondern es können verschiedene den Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 ausdehnende Teile, Komponenten, Bestandteile, z. B. poröse Substanzen wie Schaumstoff, Urethan o. ä., Hydrogel-Schaum o. ä. Klumpen eines makromolekularen Materials bzw. ein Beutel, der dieses makromolekulare Material enthält, als Ausdehnungsmittel 52 verwendet werden.
  • Ferner wird bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel das Abtrennungselement 51 beutelförmig gebildet, aber es ist auch möglich, das Abtrennungselement röhrenförmig zu bilden, den Rand der oberen Öffnung der Röhrenform luftdicht an der Rückfläche der Bühne 30 zu befestigen und den Rand der unteren Öffnung der Schlauchform luftdicht an der Bodenfläche der Führungskammer gc zu befestigen. Durch ein solches Beispiel wird, unabhängig von der Position der Bühne 30, das Abtrennungselement 51 in einem um ein bestimmtes Maß ausgedehnten Zustand gehalten, so dass folglich das Ausdehnungsmittel 52 eliminiert werden kann.
  • Im Folgenden wird das Verfahren der dreidimensionalen Formgebung unter Verwendung der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 oder anders gesagt das Herstellungsverfahren des dreidimensional geformten Objektes O unter Verwendung der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 erläutert. Das im Folgenden erläuterte Verfahren der dreidimensionalen Formgebung wird dadurch ausgeführt, dass das Steuerungsteil 15 ein im Voraus auf dem Speichermedium 16 gespeichertes Programm einliest.
  • Das Verfahren der dreidimensionalen Formgebung umfasst einen Schritt, in dem die Atmosphäre im Gehäuse 21 durch Edelgas ersetzt wird, und einen im Anschluss ausgeführten Schritt, in dem das dreidimensional geformte Objekt O geformt wird.
  • In dem Schritt, in dem die Atmosphäre im Gehäuse 21 durch Edelgas ersetzt wird, wird von dem Gaszuführungsteil 41 Edelgas in die Prozesskammer c geführt. Das in der Prozesskammer c befindliche Gas wird einhergehend mit der Zufuhr des Edelgases von dem Gasablassteil 42 in das Äußere der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 abgelassen. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel ist die Düse 41a des Gaszuführungsteils 41 in der Nähe der Bildungseinheit 25c angeordnet. Folglich erfolgt bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel innerhalb der Prozesskammer c das Ersetzen durch Edelgas ausgehend von der Atmosphäre des Bereiches, in dem die Verarbeitung des Pulvermaterials pm durchgeführt wird. Wenn die durch den Sauerstoffsensor 45 nachgewiesene Sauerstoffkonzentration eine vorab eingestellte Norm erreicht hat, wird der Schritt des Ersetzens durch Edelgas beendet.
  • Nachdem der Schritt des Ersetzens durch Edelgas beendet wurde, wird der Schritt der Formgebung des dreidimensional geformten Objektes O ausgeführt. In diesem Schritt wird dadurch, dass Einzelschichten ul (Querschnittsschichten), die durch Aufteilung des dreidimensional geformten Objektes O in mehrere Teile entlang einer Richtung entstehen, der Reihe nach hergestellt werden, das dreidimensional geformte Objekt O als Anhäufung von Einzelschichten ul hergestellt.
  • Bei dem Schritt der Formgebung ist der konkrete Betrieb der jeweiligen Strukturelemente der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 wie folgt: zunächst wird, angetrieben durch die Spenderantriebsvorrichtung 35a, die Spenderbühne 30a angehoben und weiterhin, angetrieben durch die Bildungsantriebsvorrichtung 35c, die Bildungsbühne 30c gesenkt. Ferner wird das Pulvermaterial pm vor der Verwendung auf der Spenderbühne 30a aufbewahrt. Dann bewegt sich die Auftragungsvorrichtung 40 in waagerechter Richtung und eine bestimmte Menge an Pulvermaterial pm wird von oberhalb der Spenderbühne 30a abgestreift. Das durch die Auftragungsvorrichtung 40 abgestreifte Pulvermaterial pm wird der Oberfläche der Bildungsbühne 30c zugeführt und der überschüssige Teil des Pulvermaterials pm wird auf der Oberfläche der in der Sammelführungskammer gcb befindlichen Sammelbühne 30b gesammelt. Auf diese Art und Weise wird auf der Bildungsbühne 30c eine Schicht des Pulvermaterials pm gebildet.
  • Dann bestrahlt die Bestrahlungsvorrichtung 44 mit einem den Steuerungssignalen von dem Steuerungsteil 15 entsprechenden bestimmten Muster die auf der Bildungsbühne 30c befindliche Schicht aus Pulvermaterial pm mit Energie (z. B. Laserlicht oder Elektronenstrahl). In den Bereichen, die innerhalb der auf der Bildungsbühne 30c befindlichen Schicht aus Pulvermaterial pm mit Energie bestrahlt wurden, wird das Pulvermaterial pm geschmolzen und verbunden. Auf diese Art und Weise wird eine Einzelschicht ul gebildet, bei der Pulvermaterial pm in einem bestimmten Muster (zweidimensionale Form) verfestigt wird. Danach werden die Sammelbühne 30b und die Bildungsbühne 30c um ein bestimmtes Maß gesenkt und die Spenderbühne 30a um ein bestimmtes Maß angehoben. Von diesem Zustand aus beginnt erneut der Betrieb der Auftragungsvorrichtung 40 und wie oben beschrieben wird die nächste Einzelschicht ul gebildet. Dadurch, dass die der Reihe nach gebildeten Einzelschichten ul miteinander schmelzverbunden werden, kann das dreidimensional geformte Objekt O aus einem Stück gebildet werden.
  • Ferner wird bezüglich des Hubmaßes der Spenderbühne 30a, des Senkmaßes der Bildungsbühne 30c und des Senkmaßes der Sammelbühne 30b bevorzugt, dass diese in geeigneter Weise so bestimmt werden, dass etwas mehr Pulvermaterial pm von der Spenderführungskammer gca der Oberfläche der Bildungsbühne 30c zugeführt wird, als die der Oberfläche der Bildungsbühne 30c zuzuführende notwendige Menge, und der überschüssige Teil an Pulvermaterial pm, der nicht in die Bildungsführungskammer gcc gepasst hat, in der Sammelführungskammer gcb aufgenommen wird. Weiterhin wird bevorzugt, dass das Senkmaß der Bildungsbühne 30c basierend auf der Schichtdicke des Pulvermaterials pm, das durch die Bestrahlung mit Laserlicht gesintert wird, bestimmt wird. Z. B. kann bei einem Mal, während die Sammelbühne 30b und die Bildungsbühne 30c um 0,1 mm gesenkt werden, die Spenderbühne 30a um 0,2 mm angehoben werden.
  • Der oben beschriebene Schritt der Formgebung des dreidimensional geformten Objektes O wird z. B. über mehrere Stunden bis mehrere Duzend Stunden ausgeführt. Währenddessen misst der Sauerstoffsensor 45 die Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer c. Als die Erfinder jedoch die dreidimensionale Formgebung tatsächlich ausgeführt haben, ist es vorgekommen, dass während des Schrittes der dreidimensionalen Formgebung die Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer c den Normwert überschritten hat. Eine Formgebung in einer Atmosphäre, deren Sauerstoffkonzentration den Normwert überschreitet, führt dazu, dass die Oxidation des dreidimensional geformten Objektes O während der Formgebung beschleunigt wird. Wenn die Oxidation des dreidimensional geformten Objektes O während der Formgebung fortschreitet, kann es vorkommen, dass die Verbindung zwischen den Einzelschichten ul unzureichend ist. Folglich stoppt die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 gewöhnlich die dreidimensionale Formgebung, wenn der durch den Sauerstoffsensor 45 nachgewiesene Wert der Sauerstoffkonzentration den Normwert übersteigt. Ein Anstieg der Sauerstoffkonzentration im Formgebungsschritt behindert eine stabile Formgebung und führt zu einem Anstieg der Formgebungskosten und zu einer Verzögerung der Lieferfristen der Formgebung.
  • Andererseits haben die Erfinder im Ergebnis wiederholter unverdrossener Untersuchungen nachgewiesen, dass eine Hauptursache für das Hervorrufen eines Anstiegs der Sauerstoffkonzentration während der Formgebung darin besteht, dass Sauerstoff im Gehäuse 21, ohne im Schritt des Ersetzens durch Edelgas ersetzt zu werden, in der Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 zurückbleibt. Insbesondere im Bereich la der Rückseite der Bühne 30 im Inneren der Führungskammer gc (unterer Bereich in der Führungskammer gc) kann es leicht vorkommen, dass Sauerstoff nicht ersetzt wird und zurückbleibt. Dieser im unteren Bereich la (Bereich der Rückseite der Bühne) in der Führungskammer gc rückständige Sauerstoff wird einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 während der Formgebung aus dem unteren Bereich la herausgedrückt und breitet sich zum Inneren der Prozesskammer c hin aus. Dieses Einströmen von rückständigem Sauerstoff in die Prozesskammer c ist eine der Hauptursachen für einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration während der Formgebung.
  • Daher weist bei der zweiten Ausführungsform die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 ein Abstandshaltemittel 50 auf, das in der Führungskammer gc in dem Bereich la der Seite vorgesehen ist, die ausgehend von der Bühne 30 der Seite der Prozesskammer c entgegengesetzt ist. Dieses Abstandshaltemittel 50 nimmt im Inneren des Bereiches la, der in der Führungskammer gc durch die die Führungskammer gc bildende Trennwand 22 und die Bühne 30 abgetrennt ist, einen bestimmten Raum ein. Anders gesagt kann das Abstandshaltemittel 50 im Inneren der Führungskammer gc das Volumen des die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereiches verringern. Dadurch kann die Sauerstoffmenge, die in dem die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich (unterer Bereich) la zurückbleiben kann, vermindert werden. Da weiterhin das Abstandshaltemittel 50 sich einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 verformt, kann verhindert werden, dass die Bewegung der Bühne 30 gestört wird. Folglich kann effektiv verhindert werden, dass einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 aus dem in der Führungskammer gc die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich la rückständiger Sauerstoff in die Prozesskammer c einströmt. Dadurch kann effektiv verhindert werden, dass während der Formgebung die Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer c ansteigt und durch ein Signal von dem Sauerstoffsensor 45 die Formgebung unterbrochen wird, so dass die Formgebung stabil ausgeführt werden kann.
  • Weiterhin wird bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform bezüglich des Abstandshaltemittels 50 einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 der Raum, den das Abstandshaltemittel 50 im Inneren der Führungskammer gc einnimmt, verändert. Folglich kann effektiv verhindert werden, dass einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 aus dem in der Führungskammer gc die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich la Gas in die Prozesskammer c einströmt. Auch wenn in der Führungskammer gc an der Rückseite der Bühne 30 Sauerstoff zurückbleibt, kann effektiv verhindert werden, dass dieser Sauerstoff in die Prozesskammer c einströmt. Dadurch kann in der Prozesskammer c ein Zustand mit wenig Sauerstoff stabil gehalten werden, so dass die Formgebung stabil fortgesetzt werden kann.
  • Weiterhin weist bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform das Abstandshaltemittel 50 ein röhrenförmiges oder beutelförmiges Abtrennungselement 51 auf, durch das sein Innenraum 51a und das Innere der Führungskammer gc luftdicht gehalten werden. Dieses Abtrennungselement 51 kann mittels eines Beutelmaterials aus einem luftdichten Material, einem Balg o. ä. einfach und kostengünstig gebildet werden. Folglich kann durch die Verwendung des einfachen und kostengünstigen Abtrennungselementes 51 der durch das Abstandshaltemittel 50 in der Führungskammer gc eingenommene Raum verändert werden. D. h. durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau kann die Formgebung stabil ausgeführt werden.
  • Weiterhin weist bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 das Ausdehnungsmittel 52 auf, das auf das Abtrennungselement 51 so wirkt, dass der Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 ausgedehnt wird. Für das Ausdehnungsmittel 52 kann ein einfacher und kostengünstiger Aufbau angewandt werden, wie z. B. eine Kompressionsfeder, ein Gummi, ein Makromolekül, das eine elastische Kraft entfalten kann, o. ä. elastische Körper, im Inneren des Abtrennungselementes 51 luftdicht verschlossenes komprimierbares Gas usw. Durch die Verwendung dieses Ausdehnungsmittels 52 kann der durch den Abstandshalter 50 im Inneren der Führungskammer gc eingenommene Raum aktiv verändert werden, so dass die Formgebung noch stabiler ausgeführt werden kann. Weiterhin kann dadurch, dass das Ausdehnungsmittel 52 aktiv vorgesehen wird, die Befestigung des Abtrennungselementes 51 erleichtert werden, so dass es z. B. nicht notwendig ist, das Abtrennungselement 51 sowohl an der Bühne 30 als auch an der Trennwand 22 zu befestigen.
  • Weiterhin ist bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der Verbindungsdurchgang 23 vorgesehen, der durch die die Führungskammer gc bildende Trennwand 22 führt und den Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 und den Raum, der das Äußere von Prozesskammer c und Führungskammer gc bildet, verbindet. D. h. durch einen einfachen Aufbau kann, während der Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 in der Führungskammer gc von anderen Räumen luftdicht getrennt ist, der durch das Abstandshaltemittel 50 in der Führungskammer gc eingenommene Raum verändert werden. D. h. durch einen einfachen Aufbau kann die Formgebung stabil ausgeführt werden.
  • Weiterhin weist bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 eine Antriebskammer dc auf, die zumindest teilweise die die Bühnen 30 antreibenden Antriebsvorrichtungen 35 enthält, wobei der Verbindungsdurchgang 23 den Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 und die Antriebskammer dc verbindet. Gewöhnlich wird an der Antriebskammer dc an einer mit dem Äußeren der Vorrichtung verbundenen Position das Filtermaterial 58 o. ä. angeordnet, sodass das Innere der Antriebskammer dc in gewissem Maße in einem sauberen Zustand gehalten wird. Folglich kann effektiv verhindert werden, dass über den Verbindungsdurchgang 23 Verunreinigungen o. ä. von der Antriebskammer dc in den Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 eindringen. Dadurch wird es möglich, den Betrieb des Abtrennungselementes und der Bühnen zu stabilisieren.
  • Weiterhin weist bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung 10 die Antriebsvorrichtungen 35 auf, die mit den Bühnen 30 verbundene Verbindungselemente 37 aufweisen und über die Verbindungselemente 37 die Bühnen 30 antreiben, wobei die Verbindungselemente 37 sich von dem Innenraum 51a der Abtrennungselemente 51 aus durch die die Führungskammern gc bildende Trennwand 22 bis in das Äußere der Führungskammern gc hinaus erstrecken. Folglich sind die beweglichen Verbindungselemente 37 durch die Abtrennungselemente 51 von den durch die Prozesskammer c verlaufenden Führungskammern gc luftdicht getrennt. Dadurch kann effektiv verhindert werden, dass durch die Antriebsvorrichtungen 35 verursachte Verunreinigungen o. ä. in die Prozesskammer c gelangen, so dass die Formgebung stabil ausgeführt werden kann.
  • Ferner ist es möglich, bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform verschiedene Veränderungen vorzunehmen. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein abgewandeltes Beispiel erläutert. Bei den folgenden Erläuterungen und bei den Zeichnungen, auf die in den folgenden Erläuterungen Bezug genommen wird, werden bezüglich von Teilen, die ebenso aufgebaut sein können wie in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, die gleichen Bezugszeichen, die bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform für die entsprechenden Stellen verwendet wurden, verwendet und eine wiederholte Erläuterung ausgelassen.
  • Zunächst wird bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, an der Trennwand 22 der Verbindungsdurchgang 23 gebildet, wobei ein Beispiel gezeigt wird, bei dem der Verbindungsdurchgang 23 die Führungskammer gc und die Antriebskammer dc verbindet. Hierbei kann wie in 7 gezeigt, der Verbindungsdurchgang 23 auch zwischen der Trennwand 22 und dem Verbindungselement 37 der Antriebsvorrichtung 35 gebildet werden. D. h. bei dem in 7 gezeigten Beispiel, wird die Öffnung, durch die das Verbindungselement 37 der Antriebsvorrichtung 35 durch die Trennwand 22 führt, als Führungskammer gc und Antriebskammer dc verbindender Verbindungsdurchgang 23 verwendet. Durch das Beispiel von 7 wird es möglich, durch einen einfachen Aufbau den durch das Abstandshaltemittel 50 in der Führungskammer gc eingenommenen Raum zu verändern, während der Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 von anderen Räumen innerhalb der Führungskammer gc luftdicht getrennt ist. D. h. durch einen einfachen Aufbau kann die Formgebung stabil ausgeführt werden. Weiterhin ist es als anderes abgewandeltes Beispiel auch möglich, dass der Verbindungsdurchgang 23 die Führungskammer gc und den Außenraum des Gehäuses 21 verbindet.
  • Weiterhin wurde bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ein Beispiel gezeigt, bei dem das Ausdehnungsmittel 52 aus einem flexiblen Körper, namentlich aus einer Kompressionsfeder besteht, es besteht jedoch keine Beschränkung auf dieses Beispiel. Wie in 8 gezeigt, ist es auch möglich, dass das Ausdehnungsmittel 52 eine über ein elektromagnetisches Selektionsventil 55 an den Verbindungsdurchgang 23 angeschlossene Pumpe 53 ist. Das elektromagnetische Selektionsventil 55 lässt basierend auf Signalen von dem Steuerungsteil 15 beim Anheben der Bühne 30 die Pumpe 53 mit dem Verbindungsdurchgang 23 in Verbindung treten und treibt die Pumpe 53 an. Dadurch, dass von der Pumpe 53 z. B. ein Gas in das Abtrennungselement 51 zugeführt wird, kann das Abtrennungselement 51 ausgedehnt werden. Beim Senken der Bühne 30 öffnet das elektromagnetische Selektionsventil 55 basierend auf Signalen von dem Steuerungsteil 15 den Verbindungsdurchgang 23 in der Antriebskammer dc, wodurch das in dem Abtrennungselement 51 befindliche Gas in die Antriebskammer dc ausgegeben wird. Da dabei auf die Bühne 30 keine Reaktionskraft von dem Ausdehnungsmittel 52 wirkt, kann das Senken der Bühne 30 stabil und reibungslos durchgeführt werden.
  • Als ein anderes abgewandeltes Beispiel ist es im Übrigen auch möglich, dass die Maschine zur dreidimensionalen Formgebung 20 zusätzlich zu dem Ausdehnungsmittel 52 oder an Stelle des Ausdehnungsmittels 52 ein Kontraktionsmittel 54 aufweist, das auf das Abtrennungselement 51 so wirkt, dass der Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 kontrahiert wird. Z. B. ist es auch möglich, dass die in 9 gezeigte Pumpe 53 als Kontraktionsmittel 54 fungiert und beim Senken der Bühne 30 über den Verbindungsdurchgang 23 aus dem Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 Gas heraussaugt. Bei diesem Beispiel kann wie bei der in 5 und 6 gezeigten Ausführungsform auch das aus einem flexiblen Körper im Innenraum 51a des Abtrennungselementes 51 bestehende Ausdehnungsmittel 52 vorgesehen werden, wobei der obere Teil des Abtrennungselementes 51 auch an der Rückseite (Unterseite) der Bühne 30 fixiert werden kann. Durch dieses abgewandelte Beispiel kann dadurch, dass beim Senken der Bühne 30 der in der Führungskammer gc durch das Abstandshaltemittel 50 eingenommene Raum aktiv reduziert wird, die Gasmenge, die vom unteren Bereich la der Führungskammer gc in die Prozesskammer c einströmt, effektiv vermindert werden.
  • Weiterhin wurde bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Abtrennungselement 51 in der Führungskammer gc angeordnet ist, aber hierauf besteht keine Beschränkung. Z. B. können wie in 9 gezeigt mehrere Abtrennungselemente in einer Führungskammer gc vorgesehen werden. Durch die mehreren Abtrennungselemente 51 kann der die Rückseite der Bühne 30 bildende Bereich la in der Führungskammer gc noch mehr und noch effektiver ausgefüllt werden. Weiterhin können wie in 10 gezeigt, auch mehrere Abtrennungselemente 51 in mindestens zwei verschiedenen Größen enthalten sein, wobei durch die mehreren verschieden großen Abtrennungselemente 51 das Innere der Führungskammer gc noch effektiver durch das Abstandshaltemittel 50 ausgefüllt werden kann. Durch diese abgewandelten Beispiele können die rückständige Sauerstoffmenge in dem die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich la in der Führungskammer gc sowie die Gasmenge, die von dem die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich la in der Führungskammer gc einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 in die Prozesskammer c einströmt, effektiv verringert werden. Dadurch kann die Formgebung noch stabiler ausgeführt werden.
  • Weiterhin wurde bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ein Beispiel gezeigt, bei dem das Abstandshaltemittel 50 einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 verformbar ist und das Abtrennungselement 51, dessen Innenraum 51a luftdicht gehalten wird, aufweist, aber es besteht keine Beschränkung auf dieses Beispiel. Wie in 11 gezeigt kann das Abstandshaltemittel 50 auch ein elastisch verformbarer elastischer Körper 56 sein. Für den elastischen Körper 56 können verschiedene elastisch verformbare Elemente, Teile, Komponenten usw. verwendet werden. Der elastische Körper 56 kann auch ein elastischer Körper sein, der eine elastische Kraft entfalten kann und gleichzeitig sein Volumen ändern kann, z. B. Klumpen aus Hydrogel-Schaum o. ä. makromolekularen Material bzw. ein Beutel, der dieses makromolekulare Material enthält, wobei durch dieses Beispiel, während ein Abstandshaltemittel 50 mit einfachem Aufbau verwendet wird, die rückständige Sauerstoffmenge in dem die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich la in der Führungskammer gc sowie die Gasmenge, die von dem die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich la in der Führungskammer gc einhergehend mit der Bewegung der Bühne 30 in die Prozesskammer c einströmt, effektiv vermindert werden können. Weiterhin kann der elastische Körper 56 auch ein elastischer Körper sein, der sein Volumen nicht verändert, z. B. ein poröser Körper aus Schaumstoff, Urethan o. ä., wobei auch durch dieses Beispiel die rückständige Sauerstoffmenge in dem die Rückseite der Bühne 30 bildenden Bereich la in der Führungskammer gc vermindert werden kann und die Formgebung noch stabiler ausgeführt werden kann.
  • Weiterhin wurde bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ein Beispiel gezeigt, bei dem in jeder der mehreren Führungskammern gc ein Abstandshaltemittel 50 vorgesehen ist, aber hierauf besteht keine Beschränkung, sondern es ist auch möglich, die Formgebung zu stabilisieren, indem in einer oder mehreren der mehreren Führungskammern gc ein Abstandshaltemittel 50 vorgesehen wird.
  • Ferner wurden vorstehend einige abgewandelte Beispiele der zweiten Ausführungsform erläutert, wobei selbstverständlich auch mehrere abgewandelte Beispiele in geeigneter Kombination angewendet werden können.
  • <Kombination aus erster Ausführungsform und zweiter Ausführungsform>
  • Bei der zweiten Ausführungsform kann auch der bei der ersten Ausführungsform erläuterte Vorbereitungsschritt, namentlich der Betrieb der Bühnen während des Vorbereitungsschritts, angewandt werden. Weiterhin kann bei der ersten Ausführungsform auch die bei der zweiten Ausführungsform erläuterte Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, namentlich das Abstandshaltemittel, angewandt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013-526429 A [0003]
    • JP 2015-525290 A [0004, 0004]

Claims (14)

  1. Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, die in Führungskammern im Inneren eines Gehäuses heb- und senkbar vorgesehene Bühnen aufweist, wobei das Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung einen Vorbereitungsschritt aufweist, in dem die Atmosphäre im Inneren des Gehäuses durch Edelgas ersetzt wird, und in dem Vorbereitungsschritt die Bühnen bis zu einer Position gesenkt werden, die unterhalb der Position der Bühnen zu Beginn des Formgebungsschrittes liegt, der nach dem Vorbereitungsschritt ausgeführt wird, und anschließend die Bühnen gehoben werden.
  2. Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach Anspruch 1, wobei in dem Vorbereitungsschritt die Bühnen bis zu einer Position gesenkt werden, die unterhalb der Position der Bühnen bei Beendigung der Formgebung des Formgebungsschrittes liegt.
  3. Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Vorbereitungsschritt die Bühnen bis zu der tiefstmöglichen Position des bewegbaren Bereiches der Bühnen gesenkt werden.
  4. Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Vorbereitungsschritt der Reihe nach umfasst einen Schritt, in dem die Bühnen gesenkt werden, einen Schritt, in dem bei gesenkten Bühnen ins Innere des Gehäuses Edelgas zugeführt wird, und einen Schritt, in dem die Bühnen gehoben werden, wobei zumindest entweder während des Schrittes des Senkens der Bühnen oder des Schrittes des Hebens der Bühnen ins Innere des Gehäuses Edelgas zugeführt wird.
  5. Herstellungsverfahren für dreidimensional geformte Objekte, wobei das Herstellungsverfahren für dreidimensional geformte Objekte einen Schritt, in dem eines der in den Ansprüchen 1 bis 4 angegebenen Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführt wird, und einen Formgebungsschritt, in dem auf der Bühne ein dreidimensional geformtes Objekt geformt wird, umfasst.
  6. Programm zur Steuerung einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, wobei das Programm dadurch, dass es durch das Steuerungsteil der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführt wird, eines der in Anspruch 1 bis 4 aufgeführten Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung durch die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausführen lässt.
  7. Speichermedium, auf dem das durch das Steuerungsteil der Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausgeführte Programm gespeichert ist, wobei das Speichermedium dadurch, dass das Programm durch das Steuerungsteil ausgeführt wird, eines der in Anspruch 1 bis 4 angegebenen Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung durch die Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung ausführen lässt.
  8. Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung, ausgestattet mit Führungskammern, die mit einer Prozesskammer, in der die Formgebung durchgeführt wird, verbunden sind, Bühnen, die in den Führungskammern beweglich vorgesehen sind, und Abstandshaltemitteln, die in den Führungskammern in dem Bereich der Seite, die ausgehend von den Bühnen der Seite der Prozesskammer entgegengesetzt ist, vorgesehen sind und einhergehend mit der Bewegung der Bühnen verformbar sind.
  9. Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach Anspruch 8, wobei einhergehend mit der Bewegung der Bühnen der durch die Abstandshaltemittel im Inneren der Führungskammern eingenommene Raum verändert wird.
  10. Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach Anspruch 9, wobei die Abstandshaltemittel ein röhrenförmiges oder beutelförmiges Abtrennungselement aufweisen, wobei dessen Innenraum und der Bereich in den Führungskammern luftdicht gehalten werden.
  11. Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach Anspruch 10, die ferner ausgestattet ist mit einem Ausdehnungsmittel, das auf das Abtrennungselement so wirkt, dass der Innenraum des Abtrennungselementes ausgedehnt wird.
  12. Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach Anspruch 10 oder 11, wobei Verbindungsdurchgänge vorgesehen werden, die durch die die Führungskammern bildende Trennwand führen und den Innenraum der Abtrennungselemente und den Raum, der das Äußere der Prozesskammer und der Führungskammern bildet, verbindet.
  13. Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, die weiterhin ausgestattet ist mit Antriebsvorrichtungen, die mit den Bühnen verbundene Verbindungselemente aufweisen und über die Verbindungselemente die Bühnen antreiben, wobei ein Verbindungselement vom Innenraum des Abtrennungselementes aus durch die die Führungskammer bildende Trennwand führt und sich bis ins Äußere der Führungskammer erstreckt, zwischen Trennwand und Verbindungselement ein Verbindungsdurchgang vorgesehen wird, der den Innenraum des Abtrennungselementes und den Raum, der das Äußere der Prozesskammer und der Führungskammer bildet, verbindet.
  14. Vorrichtung zur dreidimensionalen Formgebung nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem Abstandshaltemittel um einen elastisch verformbaren elastischen Körper handelt.
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