DE102018127451A1 - Device and method for additive manufacturing of a component - Google Patents

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Johannes Kolb
Stefanus Stahl
Lukas Knorr
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum additiven Herstellen eines Bauteils (2), mit einem einen strahlungsdurchlässigen Boden (5) aufweisenden Behälter (4), in welchen ein flüssiges Grundmaterial (3) des Bauteils (2) einfüllbar ist, mit einer unterhalb des Bodens (5) angeordneten Strahlungsquelle (6), mittels welcher Strahlung (22) zum Polymerisieren des Grundmaterials (3) durch den Boden (5) in den Behälter (4) leitbar ist, und mit einer Fördereinrichtung (8), mittels welcher das durch Polymerisieren des flüssigen Grundmaterials (3) hergestellte Bauteil (2) nach oben aus dem Behälter (4) heraus förderbar ist, wobei eine zwischen der Strahlungsquelle (6) und dem Boden (5) angeordnete Maskierung (9) vorgesehen ist, deren geometrische Ausgestaltung einen Querschnitt des als Endlosprofil hergestellten Bauteils (2) vorgibt.The invention relates to a device (1) for additively producing a component (2), with a container (4) having a radiation-permeable bottom (5), into which a liquid base material (3) of the component (2) can be filled, with one below the bottom (5) arranged radiation source (6), by means of which radiation (22) for polymerizing the base material (3) through the bottom (5) in the container (4) can be conducted, and with a conveyor (8), by means of which the Component (2) produced by polymerizing the liquid base material (3) can be conveyed upward out of the container (4), a mask (9) arranged between the radiation source (6) and the bottom (5) being provided, the geometric configuration of which specifies a cross section of the component (2) produced as an endless profile.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a device and a method for additive manufacturing of a component according to the preambles of the independent claims.

Aus der EP 2 956 822 B1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für eine Herstellung eines dreidimensionalen Objekts bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Träger, welcher als Bauplattform bezeichnet werden kann und an welchem das dreidimensionale Objekt aus einer polymerisierbaren Flüssigkeit geformt wird. In dem Träger ist wenigstens ein Kanal ausgebildet, in welchem die polymerisierbare Flüssigkeit in einen Herstellbereich führbar ist. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Bauplatte, welche auch als Kasette bezeichnet werden kann und welche wiederum eine semipermeable Membran aufweist. Die semipermeable Membran und der Träger begrenzen den Herstellungsbereich, in welchem das dimensionale Objekt herstellbar ist. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Strahlungsquelle, welche dazu eingerichtet ist, den Herstellbereich zu durchstrahlen wodurch eine feste polymerisierte Region aus der polymerisierbaren Flüssigkeit gebildet wird. Über die semipermeable Membran ist ein Polymerisationsinhibitor in den Herstellbereich einleitbar um einen flüssigen Film der polymerisierbaren Flüssigkeit auf der Bauplatte zu ermöglichen, wodurch ein Ankleben des dreidimensionalen Objekts an der Bauplatte unterbunden werden kann. Die Lichtquelle umfasst ein mittels einer Steuereinrichtung ansteuerbares Musterformelement, mittels welchem von der Strahlungsquelle ausgesendete Strahlen fokussierbar sind um das dreidimensionale Objekt zu formen.From the EP 2 956 822 B1 a method and a device for producing a three-dimensional object are known. The device comprises a carrier, which can be referred to as a construction platform and on which the three-dimensional object is formed from a polymerizable liquid. At least one channel is formed in the carrier, in which the polymerizable liquid can be guided into a manufacturing area. The device further comprises a building board, which can also be referred to as a cassette and which in turn has a semipermeable membrane. The semipermeable membrane and the support limit the manufacturing area in which the dimensional object can be manufactured. The device further comprises a radiation source, which is set up to irradiate the manufacturing area, as a result of which a solid polymerized region is formed from the polymerizable liquid. A polymerization inhibitor can be introduced into the manufacturing area via the semipermeable membrane in order to enable a liquid film of the polymerizable liquid on the building board, as a result of which the three-dimensional object can be prevented from sticking to the building board. The light source comprises a pattern-shaped element which can be controlled by means of a control device and by means of which beams emitted by the radiation source can be focused in order to form the three-dimensional object.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils zu schaffen, welche ein besonders einfaches Bestrahlen einer durch Bestrahlung polymerisierbaren Flüssigkeit ermöglichen.The object of the present invention is to provide a device and a method for additively producing a component, which enable particularly simple irradiation of a liquid which can be polymerized by irradiation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.This object is achieved according to the invention by a device and a method for additively producing a component with the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the description.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum additiven Herstellen eines Bauteils. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter mit einemstrahlungsdurchlässigen Boden.In den Behälter ist ein flüssiges Grundmaterial des Bauteils einfüllbar. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine unterhalb des Bodens angeordnete Strahlungsquelle, mittels welcher Strahlung zum Polymerisieren des Grundmaterials durch den Boden in den Behälter leitbar ist. Über dies umfasst die Vorrichtung eine Fördereinrichtung, mittels welcher das durch Polymerisieren des flüssigen Grundmaterials hergestellte Bauteil nach oben aus dem Behälter heraus förderbar ist. Um eine Kontur des herzustellenden Bauteils besonders einfach vorgeben zu können, ist erfindungsgemäß eine zwischen der Strahlungsquelle und dem Boden angeordnete Maskierung vorgesehen, deren geometrische Ausgestaltung einen Querschnitt des als Endlosprofil hergestellten Bauteils vorgibt. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das Bauteil als Endlosbauteil herzustellen, wobei das Bauteil zumindest einen sich über dessen Längerstreckungsrichtung periodisch wiederholenden, insbesondere einen kontinuierlichen, insbesondere einen konstanten Querschnitt aufweist. Dieser konstante Querschnitt des Bauteils wird durch die geometrische Ausgestaltung der Maskierung vorgegeben. Die Maskierung weist zumindest einen opaken Bereich und zusätzlich mindestens eine Öffnung und/oder einen für die Strahlung transparenten Bereich auf. Der opake Bereich der Maskierung unterbindet ein Einleiten von Strahlung in den strahlungsdurchlässigen Boden, wohingegen die Öffnung beziehungsweise der wenigstens eine transparente Bereich der Maskierung ein Einleiten der Strahlung über den strahlungsdurchlässigen Boden in den Behälter ermöglicht. Die Maskierung gibt somit einen Bereich vor beziehungsweise grenzt einen Bereich ab, in welchem die Strahlung in den Behälter eindringt. In dem Bereich wird das flüssige Grundmaterial in Reaktion mit der Strahlung polymerisiert, wodurch das Bauteil hergestellt wird. Das Bauteil wird bei der Polymerisation des Grundmaterials insbesondere schichtweise hergestellt. Dabei wird das Bauteil kontinuierlich hergestellt. Bei dem schichtweisen Herstellen des Bauteils aus dem flüssigen Grundmaterial handelt es sich insbesondere um Stereolithographie. Mittels der Maskierung wird der konstante Querschnitt des als Endlosprofil hergestellten Bauteils vorgegeben. Die Maskierung ist insbesondere in ihrer geometrischen Ausgestaltung während der Herstellung des Bauteils statisch. Alternativ oder zusätzlich kann die Maskierung mehrere überdeckend angeordnete Maskierungselemente aufweisen, welche jeweils opake Bereiche und/oder transparente Bereiche und/oder Öffnungen aufweisen, und welche für ein Einstellen der Maskierung relativ zueinander in ihren jeweiligen Erstreckungsebenen verschiebbar sind. Die Maskierung ermöglicht, dass eine handelsübliche Strahlungsquelle zur Bereitstellung der Strahlung herangezogen werden kann. Eine Konturschärfe des durch Polymerisation des Grundmaterials hergestellten Bauteils wird durch einen jeweiligen Abstand der Maskierung zu der Strahlenquelle und/oder dem strahlungsdurchlässigen Boden vorgegeben. Die Maskierung ermöglicht ein besonders einfaches Vorgeben des Querschnitts des Bauteils.A first aspect of the invention relates to a device for the additive manufacturing of a component. The device comprises a container with a radiation-permeable bottom. A liquid base material of the component can be filled into the container. The device further comprises a radiation source arranged below the bottom, by means of which radiation for polymerizing the base material can be conducted through the bottom into the container. Via this, the device comprises a conveying device, by means of which the component produced by polymerizing the liquid base material can be conveyed upward out of the container. In order to be able to specify a contour of the component to be produced in a particularly simple manner, a mask is provided according to the invention between the radiation source and the floor, the geometric configuration of which specifies a cross section of the component produced as an endless profile. This means that the device is set up to produce the component as an endless component, the component having at least one cross-section that repeats periodically over its longitudinal extension direction, in particular a continuous, in particular a constant cross-section. This constant cross section of the component is predetermined by the geometric configuration of the mask. The mask has at least one opaque area and additionally at least one opening and / or an area transparent to the radiation. The opaque area of the masking prevents radiation from being introduced into the radiation-permeable bottom, whereas the opening or the at least one transparent area of the masking allows the radiation to be introduced into the container via the radiation-permeable bottom. The masking thus specifies an area or delimits an area in which the radiation penetrates into the container. In the area, the liquid base material is polymerized in response to the radiation, whereby the component is manufactured. The component is produced in particular in layers during the polymerization of the base material. The component is manufactured continuously. The layer-by-layer manufacture of the component from the liquid base material is in particular stereolithography. The constant cross section of the component produced as an endless profile is specified by means of the masking. In particular, the masking is static in its geometric configuration during the production of the component. Alternatively or additionally, the masking can have a plurality of masking elements arranged overlapping, each of which has opaque areas and / or transparent areas and / or openings, and which can be displaced relative to one another in their respective extension planes for adjusting the masking. The masking enables a commercially available radiation source to be used to provide the radiation. A sharpness of contour of the component produced by polymerization of the base material is predetermined by a respective distance of the mask from the radiation source and / or the radiation-permeable base. The masking enables a particularly simple specification of the cross section of the component.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Maskierung an dem Boden flächig anliegt. Hierbei liegt die Maskierung insbesondere an einer der Strahlungsquelle zugewandten Seite des Bodens an um einen besonders hohe Konturschärfe des Querschnitts des Bauteils zu ermöglichen. Somit ist die Maskierung zwischen dem Behälter und der Strahlungsquelle angeordnet. Insbesondere ist die Maskierung den strahlungsdurchlässigen Boden zumindest im Wesentlichen vollständig überdeckend angeordnet, wobei lediglich durch die wenigstens eine Öffnung der Maskierung und/oder den für Strahlung durchlässigen Bereich der Maskierung Strahlung in den strahlungsdurchlässigen Boden eindringen und durch diesen hindurch in das Grundmaterial eingeleitet werden kann. Das flächige Anliegen der Maskierung an dem Boden ermöglicht besonders scharfe Konturen des hergestellten Bauteils.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the masking on the The floor lies flat. Here, the masking lies in particular on a side of the base facing the radiation source in order to enable a particularly high contour definition of the cross section of the component. The mask is thus arranged between the container and the radiation source. In particular, the masking is arranged at least substantially completely overlapping the radiation-permeable bottom, wherein radiation can only penetrate into the radiation-permeable bottom through the at least one opening of the masking and / or the radiation-permeable region of the masking and can be introduced into the base material through this. The fact that the mask lies flat on the floor enables particularly sharp contours of the component produced.

Die Maskierung kann mit besonders hoher Präzision hergestellt werden, unter anderem durch Ätzen, Laserstrahlschneiden, selektives Lasern, Wasserstrahlschneiden, Siebdruck, Plotten etc., wodurch sich im Unterschied zur Verwendung von pixelbasierten Einrichtungen zur digitalen Lichtverarbeitung, welche auch als „digital light processing“ bezeichnet wird, keine Formabweichung in einer XY-Ebene, insbesondere der Ebene der Maskierung, ergibt. Die mittels der Vorrichtung hergestellten Bauteile würden also keine eckigen Oberflächen aufweisen, sondern tatsächlich runde. Hierdurch könnte der von einem digitalen Lichtstreuungs-Verfahren bekannte Moire-Effekt umgangen werden.The masking can be produced with particularly high precision, including by etching, laser beam cutting, selective lasering, water jet cutting, screen printing, plotting, etc., which is different from the use of pixel-based devices for digital light processing, which is also referred to as "digital light processing" there is no shape deviation in an XY plane, in particular the masking plane. The components produced by means of the device would therefore have no square surfaces, but actually round ones. This could circumvent the moiré effect known from a digital light scattering method.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für eine Inhibition der Polymerisation des Grundmaterials unmittelbar auf dem Boden der Boden und/oder die Maskierung für einen Polymerisationsinhibitor durchlässig sind. Das bedeutet, dass die Maskierung und/oder der Boden semipermeabel und somit für den Polymerisationsinhibitor permeabel und für das Grundmaterial impermeabel ausgebildet sind. Das bedeutet, dass über die Maskierung und/oder den Boden der Polymerisationsinhibitor, bei welchem es sich insbesondere um Sauerstoff handelt, in das in den Behälter eingeführte flüssige Grundmaterial eindringt, bei welchem es sich insbesondere um ein Kunstharz handelt. Das Eindringen des Polymerisationsinhibitors über den strahlungsdurchlässigen Boden in den Behälter führt zu einem Gradienten des Polymerisationsinhibitors in dem in dem Behälter aufgenommenen flüssigen Grundmaterial. Der Polymerisationsinhibitor inhibiert eine Polymerisation des Grundmaterials, wobei ein Grad der Inhibition von einer jeweiligen Konzentration des Polymerisationsinhibitors in dem flüssigen Grundmaterial abhängt. Das Eindringen des Polymerisationsinhibitors über den strahlungsdurchlässigen Boden führt zu einer unpolymerisierbaren flüssigen Schicht des Grundmaterials unmittelbar auf dem Boden. Eine Anhaftung des durch Polymerisation des Grundmaterials hergestellten Bauteils an dem Boden kann aufgrund der hinsichtlich der Polymerisation inhibierten Schicht des Grundmaterials unterbunden werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the bottom and / or the masking for a polymerization inhibitor are permeable for inhibiting the polymerization of the base material directly on the bottom. This means that the masking and / or the bottom are semi-permeable and thus permeable to the polymerization inhibitor and impermeable to the base material. This means that the masking and / or the bottom of the polymerization inhibitor, which is in particular oxygen, penetrates into the liquid base material introduced into the container, which is in particular a synthetic resin. The penetration of the polymerization inhibitor into the container via the radiation-transmissive base leads to a gradient of the polymerization inhibitor in the liquid base material accommodated in the container. The polymerization inhibitor inhibits polymerization of the base material, a degree of inhibition depending on a particular concentration of the polymerization inhibitor in the liquid base material. The penetration of the polymerization inhibitor through the radiation-transmissive floor leads to an unpolymerizable liquid layer of the base material directly on the floor. Adhesion of the component produced by polymerization of the base material to the floor can be prevented due to the layer of the base material that is inhibited with respect to the polymerization.

Es hat sich in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn die Fördereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Bauteil kontinuierlich endlos zu fördern. Mittels der Fördereinrichtung ist das Bauteil kontinuierlich nach oben aus dem Behälter heraus förderbar, wobei die Fördereinrichtung beim Fördern des Bauteils relativ zum Behälter positionsfest ist. Die positionsfeste Anordnung der Fördereinrichtung relativ zum Behälter vermeidet eine Limitierung einer Förderhöhe des Bauteils, welche insbesondere bei einem Fördern des Bauteils durch Greifen eines Endes des Bauteils und Herausziehen des Bauteils an dem gegriffenen Ende aus dem Behälter auftreten kann. Somit ermöglicht die Fördereinrichtung das Herstellen des endlosen Bauteils, welches für eine Weiterverarbeitung in jeweilige Teilbauteile unterteilbar ist. Mittels einzelner Förderelemente der Fördereinrichtung könnte das Bauteil ungleichmäßig gefördert werden, wodurch eine Krümmung in dem Bauteil einstellbar ist. Eine mittels der Fördereinrichtung umgesetzte inhomogene Abzugsgeschwindigkeit des Bauteils aus dem Behälter ermöglicht eine Fertigung von gekrümmten Bauteilen beziehungsweise Profilen.In a further embodiment of the invention, it has proven to be advantageous if the conveying device is set up to continuously convey the component continuously. The component can be conveyed continuously upwards out of the container by means of the conveyor, the conveyor being fixed in position relative to the container when the component is being conveyed. The positionally fixed arrangement of the conveying device relative to the container avoids a limitation of a conveying height of the component, which can occur in particular when the component is conveyed by gripping one end of the component and pulling the component out of the container at the gripped end. The conveying device thus enables the production of the endless component, which can be subdivided into respective partial components for further processing. The component could be conveyed unevenly by means of individual conveyor elements of the conveyor device, as a result of which a curvature in the component can be set. An inhomogeneous withdrawal speed of the component from the container, which is implemented by means of the conveying device, enables curved components or profiles to be produced.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils, bei welchem zum Herstellen des Bauteils ein flüssiges Grundmaterial, welches in einem einen strahlungsdurchlässigen Boden aufweisenden Behälter eingefüllt ist, durch Bestrahlung mit von einer Strahlungsquelle bereitgestellter, über den Boden in den Behälter eingeleiteter Strahlung schichtweise polymerisiert wird. Bei dem Verfahren wird des Weiteren mittels einer Fördereinrichtung das durch Polymerisieren des flüssigen Grundmaterials hergestellte Bauteil nach oben aus dem Behälter heraus gefördert. Um ein besonders einfaches Bestrahlen des flüssigen Grundmaterials mit der Strahlung zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strahlung durch eine zwischen der Strahlungsquelle und dem Boden angeordnete Maskierung konturiert wird, deren geometrische Ausgestaltung einen Querschnitt des als Endlosprofil hergestellten Bauteils vorgibt. Das bedeutet, dass die von der Strahlungsquelle ausgesandte Strahlung mittels der Maskierung in ihrer Kontur eingestellt wird, bevor die Strahlung in dem Behälter das flüssige Grundmaterial polymerisiert. Die Maskierung ermöglicht insbesondere ein besonders einfaches Fokussieren der Strahlung um das Bauteil mit einer besonders hohen Konturschärfe herzustellen. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht weiter beschrieben.The invention further relates to a method for the additive manufacturing of a component, in which for the manufacture of the component a liquid base material, which is filled in a container having a radiation-permeable base, by irradiation with radiation provided by a radiation source and introduced into the container via the base is polymerized in layers. In the method, the component produced by polymerizing the liquid base material is also conveyed upwards out of the container by means of a conveying device. In order to enable a particularly simple irradiation of the liquid base material with the radiation, it is provided according to the invention that the radiation is contoured by a mask arranged between the radiation source and the floor, the geometric configuration of which specifies a cross section of the component produced as an endless profile. This means that the radiation emitted by the radiation source is adjusted in its contour by means of the mask before the radiation in the container polymerizes the liquid base material. The masking enables, in particular, particularly simple focusing of the radiation in order to produce the component with a particularly high contour sharpness. Advantages and advantageous developments of the device according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous developments of the method according to the invention and vice versa. For this The reasons for the advantages and advantageous developments of the method according to the invention are not further described here.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing.

Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum additiven Herstellen eines Bauteils im Stereolithographieverfahren mit einem Behälter, in welchem ein flüssiges Grundmaterial aufgenommen ist, aus welchem durch Bestrahlung aufgrund von Polymerisation des Grundmaterials das Bauteil hergestellt wird.The only FIG. 1 shows a schematic sectional view of a device for additively producing a component in the stereolithography process with a container in which a liquid base material is received, from which the component is produced by irradiation due to polymerization of the base material.

In der einzigen Fig. ist eine Vorrichtung 1 zum additiven Herstellen eines Bauteils 2 dargestellt. Vorliegend wird das Bauteil 2 im Stereolithographieverfahren hergestellt. Zum Herstellen des Bauteils 2 wird ein flüssiges Grundmaterial 3, vorliegend ein Kunstharz, durch Strahlung 7 polymerisiert. In Folge der Polymerisierung des Grundmaterials 3 härtet das Grundmaterial 3 lokal im bestrahlten Bereich aus, wodurch das Bauteil 2 schichtweise hergestellt wird. Bei dem Bauteil 2 handelt es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeugbauteil.In the single figure is a device 1 for additive manufacturing of a component 2nd shown. The component is present 2nd produced in the stereolithography process. To manufacture the component 2nd becomes a liquid base material 3rd , in the present case a synthetic resin, by radiation 7 polymerized. As a result of the polymerization of the base material 3rd hardens the base material 3rd locally in the irradiated area, resulting in the component 2nd is produced in layers. With the component 2nd it is in particular a motor vehicle component.

Die Vorrichtung 1 zum Herstellen des Bauteils 2 umfasst vorliegend einen Behälter 4, in welchem das flüssige Grundmaterial 3 aufnehmbar ist. Der Behälter 4 weist einen Boden 5 auf, auf welchem das Grundmaterial 3 nach dessen Einfüllen in den Behälter 4 aufliegt. Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine unterhalb des Bodens 5 angeordnete Strahlungsquelle 6 auf, für deren Strahlung 7 der Boden 5 durchlässig ist. Bei der Strahlungsquelle 6 handelt es sich vorliegend um eine Lichtquelle, mittels welcher als Strahlung 7 Licht bereitstellbar ist. Die von der Strahlungsquelle 6 ausgestrahlte Strahlung 7 kann durch den strahlungsdurchlässigen Boden 5 des Behälters 4 in das in den Behälter 4 eingefüllte Grundmaterial 3 eingeleitet werden. Bei Kontakt mit der Strahlung 7 polymerisiert das flüssige Grundmaterial 3, wodurch das Bauteil 2 schichtweise gebildet wird. Um das Bauteil 2 nach oben aus dem Behälter 4 fördern zu können, umfasst die Vorrichtung 1 eine Fördereinrichtung 8, mittels welcher das durch Polymerisieren des flüssigen Grundmaterials 3 hergestellte Bauteil 2 nach oben und somit entgegen der Schwerkraft aus dem Behälter 4 heraus förderbar ist. Um ein Herstellen eines Endlosbauteils mittels der Vorrichtung 1 zu ermöglichen, ist die Fördereinrichtung 8 dazu eingerichtet, das Bauteil 2 kontinuierlich endlos zu fördern. Mittels der Fördereinrichtung 8 wird das hergestellte Bauteil 2 nach oben aus dem Behälter 4 gefördert um eine Endlosherstellung des Bauteils 2 zu ermöglichen.The device 1 to manufacture the component 2nd in the present case comprises a container 4th in which the liquid base material 3rd is recordable. The container 4th has a bottom 5 on which the base material 3rd after filling it into the container 4th lies on. The device 1 also has one below the floor 5 arranged radiation source 6 on, for their radiation 7 the floor 5 is permeable. At the radiation source 6 in the present case it is a light source, by means of which radiation 7 Light can be provided. That from the radiation source 6 radiated radiation 7 can through the radiation-permeable bottom 5 of the container 4th in that in the container 4th filled basic material 3rd be initiated. When in contact with the radiation 7 polymerizes the liquid base material 3rd , causing the component 2nd is formed in layers. To the component 2nd up out of the container 4th To be able to promote includes the device 1 a conveyor 8th , by means of which by polymerizing the liquid base material 3rd manufactured component 2nd upwards and thus against gravity from the container 4th is eligible for funding. To manufacture an endless component by means of the device 1 is to be made possible by the conveyor 8th set up the component 2nd to promote continuously endlessly. By means of the conveyor 8th becomes the manufactured component 2nd up out of the container 4th funded by an endless production of the component 2nd to enable.

Um eine besonders hohe Konturenschärfe des Bauteils 2 erreichen zu können und gleichzeitig besonders einfach mittels der Strahlungsquelle 6 die Strahlung 7 bereitstellen zu können, umfasst die Vorrichtung 1 eine Maskierung 9. Die Maskierung 9 wirkt wie eine Blende für die Strahlung 7. Vorliegend ist die Maskierung 9 flächig an dem Boden 5 an einer dem Grundmaterial 3 abgewandten Seite des Behälters 4 angeordnet. Somit ist die Maskierung 9 zwischen dem Behälter 4 und der Strahlungsquelle 6 angeordnet, wodurch mittels der Maskierung 9 von der Strahlungsquelle 6 ausgesendete Strahlung 7 vor deren Eintreffen auf den Boden 5 filterbar ist. Die Maskierung 9 weist vorliegend wenigstens einen opaken Bereich 10 sowie wenigstens eine Öffnung 11 auf. Der opake Bereich 10 der Maskierung 9 ist für die Strahlung 7 undurchlässig, wohingegen die Öffnung 11 der Maskierung 9 von der Strahlung 7 durchstrahlt werden kann. Über die Öffnung 11 kann somit die Strahlung 7 in den Boden 5 und über den Boden 5 in das Grundmaterial 3 eingeleitet werden. Die geometrische Ausgestaltung der Maskierung 9 und insbesondere der Öffnung 11 der Maskierung 9 gibt einen Querschnitt des Bauteils 2 vor. Mittels der während des Herstellens des Bauteils 2 in ihrer geometrischen Ausgestaltung unveränderten Maskierung 9 ist der Querschnitt des Bauteils, welches insbesondere als Endlosprofil hergestellt wird, besonders einfach vorgebbar. Die Maskierung 9 ermöglicht einen konstanten Querschnitt über eine Länge des als Endlosprofil hergestellten Bauteils 2. Um ein Ankleben des Bauteils 2 beim Polymerisieren der Grundmaterials 3 an dem Boden 5 zu unterbinden, ist es vorgesehen, dass sowohl der Boden 5 als auch die Maskierung 9 semipermeabel und somit für einen Polymerisationsinhibitor permeabel und für das Grundmaterial 3 impermeabel ausgebildet sind. Die semipermeable Ausbildung des Bodens 5 sowie der Maskierung 9 ermöglicht, dass über die Maskierung 9 und den Boden 5 der Polymerisationsinhibitor, bei welchem es sich vorliegend um Sauerstoff handelt, in das Grundmaterial 3 hineingeleitet werden kann. Das Hineinleiten des Polymerisationsinhibitors über den Boden 5 in das Grundmaterial 3 führt zu einer Ausbildung eines Polymerisationsgradienten in dem Grundmaterial 3, wodurch zumindest das an dem Boden 5 anliegende Grundmaterial 3 auch bei dessen Bestrahlung flüssig bleibt und nicht polymerisiert. Hierdurch kann ein Ankleben des hergestellten Bauteils 2 an dem Boden 5 unterbunden werden.For a particularly high contour definition of the component 2nd to be able to achieve and at the same time particularly easily by means of the radiation source 6 the radiation 7 To be able to provide, the device comprises 1 a mask 9 . The masking 9 acts like an aperture for the radiation 7 . The masking is present 9 flat on the floor 5 on one of the base material 3rd opposite side of the container 4th arranged. So the masking 9 between the container 4th and the radiation source 6 arranged, by means of the masking 9 from the radiation source 6 emitted radiation 7 before they hit the ground 5 is filterable. The masking 9 here has at least one opaque area 10th and at least one opening 11 on. The opaque area 10th the masking 9 is for radiation 7 impermeable, whereas the opening 11 the masking 9 from the radiation 7 can be irradiated. Over the opening 11 can thus the radiation 7 in the ground 5 and across the floor 5 in the base material 3rd be initiated. The geometric design of the mask 9 and especially the opening 11 the masking 9 gives a cross section of the component 2nd in front. By means of during the manufacture of the component 2nd masking unchanged in its geometric configuration 9 the cross section of the component, which is produced in particular as an endless profile, is particularly easy to specify. The masking 9 enables a constant cross-section over a length of the component manufactured as an endless profile 2nd . To glue the component 2nd when polymerizing the base material 3rd on the floor 5 to prevent, it is provided that both the floor 5 as well as the masking 9 semipermeable and therefore permeable to a polymerization inhibitor and to the base material 3rd are impermeable. The semi-permeable formation of the soil 5 as well as the masking 9 allows that over masking 9 and the floor 5 the polymerization inhibitor, which in the present case is oxygen, into the base material 3rd can be introduced. Introducing the polymerization inhibitor over the floor 5 in the base material 3rd leads to the formation of a polymerization gradient in the base material 3rd , which means at least that on the floor 5 adjacent base material 3rd remains liquid even when irradiated and does not polymerize. This can cause the manufactured component to stick 2nd on the floor 5 be prevented.

Zum Herstellen des insbesondere endlos ausgebildeten Bauteils 2 mittels der Vorrichtung 1 wird das flüssige Grundmaterial 3 in den Behälter 4 eingefüllt und mittels von der Strahlungsquelle 6 bereitgestellte Strahlung 7 das Grundmaterial 3 bereichsweise bestrahlt um eine Polymerisierung des Grundmaterials 3 in den bestrahlten Bereichen auszulösen. Die zu bestrahlenden Bereiche können vorliegend durch die wenigstens eine Öffnung 11 der Maskierung 9 vorgegeben sein. To manufacture the component, which in particular is of endless design 2nd by means of the device 1 becomes the liquid base material 3rd in the container 4th filled and by means of the radiation source 6 provided radiation 7 the basic material 3rd irradiated in regions to polymerize the base material 3rd trigger in the irradiated areas. In the present case, the areas to be irradiated can pass through the at least one opening 11 the masking 9 be given.

Um die Herstellung des Endlosbauteils 2 starten zu können, wird ein Rohling 12 in dem Behälter 4 angeordnet und das Grundmaterial 3 durch Bestrahlung auf einer Oberfläche des Rohlings 12 polymerisiert. Der Rohling 12 wird mittels der Fördereinrichtung 8 nach oben aus dem Behälter 4 entfernt, sodass das Endlosbauteil durch schichtweise Polymerisierung des Grundmaterials 3 auf bereits polymerisierten Schichten des Grundmaterials 3 hergestellt werden kann.To manufacture the endless component 2nd being able to start is a blank 12th in the container 4th arranged and the basic material 3rd by irradiation on a surface of the blank 12th polymerized. The blank 12th is by means of the conveyor 8th up out of the container 4th removed, so that the continuous component by layered polymerization of the base material 3rd on already polymerized layers of the base material 3rd can be manufactured.

Das Bauteil 2 wird insbesondere in einem kontinuierlichen Produktionsprozess mit einer Flüssigkeitsgrenzfläche, welcher auch als „continuous liquid interface production process“ bezeichnet werden kann, hergestellt. Hierbei wird der Querschnitt des Bauteils 2 durch die Maskierung 9, welche auch als Maske bezeichnet werden kann, vorgegeben.The component 2nd is produced in particular in a continuous production process with a liquid interface, which can also be referred to as a “continuous liquid interface production process”. Here the cross section of the component 2nd through the masking 9 , which can also be called a mask.

Bei der Vorrichtung 1 handelt es sich um eine besonders kostengünstige Anlagentechnologie, da für die Strahlungsquelle 6 eine digitale Lichtverarbeitung, welche auch als „digital light processing“ bezeichnet wird, nicht benötigt wird. Aufgrund der flächigen Bestrahlung des Bodens 5 beziehungsweise der Maskierung 9 mit der Strahlung 7, welche insbesondere kontinuierlich erfolgt, ist das Bauteil 2 besonders schnell herstellbar. Die Vorrichtung 1 ermöglicht ein Herstellen des Bauteils 2 aus hochreaktiven Zweikomponentenharzen als Grundmaterial 3, insbesondere aufgrund der flächigen und kontinuierlichen Bestrahlung des Bodens 5.With the device 1 it is a particularly cost-effective system technology because of the radiation source 6 digital light processing, which is also referred to as “digital light processing”, is not required. Because of the area's radiation 5 or the masking 9 with the radiation 7 The component, which takes place continuously, is the component 2nd can be produced particularly quickly. The device 1 enables the component to be manufactured 2nd made of highly reactive two-component resins as the base material 3rd , especially due to the extensive and continuous radiation of the soil 5 .

Insgesamt zeigt die Erfindung wie mittels der Vorrichtung 1 eine werkzeuglose Profilherstellung möglich ist.Overall, the invention shows how by means of the device 1 tool-free profile production is possible.

BezugszeichenlisteReference list

11
Vorrichtungcontraption
22nd
BauteilComponent
33rd
GrundmaterialBasic material
44th
Behältercontainer
55
Bodenground
66
StrahlungsquelleRadiation source
77
Strahlungradiation
88th
FördereinrichtungConveyor
99
MaskierungMasking
1010th
opaker Bereichopaque area
1111
Öffnungopening
1212th
Rohlingblank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2956822 B1 [0002]EP 2956822 B1 [0002]

Claims (5)

Vorrichtung (1) zum additiven Herstellen eines Bauteils (2), mit einem einen strahlungsdurchlässigen Boden (5) aufweisenden Behälter (4), in welchen ein flüssiges Grundmaterial (3) des Bauteils (2) einfüllbar ist, mit einer unterhalb des Bodens (5) angeordneten Strahlungsquelle (6), mittels welcher Strahlung (7) zum Polymerisieren des Grundmaterials (3) durch den Boden (5) in den Behälter (4) leitbar ist, und mit einer Fördereinrichtung (8), mittels welcher das durch Polymerisieren des flüssigen Grundmaterials (3) hergestellte Bauteil (2) nach oben aus dem Behälter (4) heraus förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen der Strahlungsquelle (6) und dem Boden (5) angeordnete Maskierung (9) vorgesehen ist, deren geometrische Ausgestaltung einen Querschnitt des als Endlosprofil hergestellten Bauteils (2) vorgibt.Device (1) for the additive manufacturing of a component (2), with a container (4) having a radiation-permeable bottom (5), into which a liquid base material (3) of the component (2) can be filled, with one below the bottom (5 ) arranged radiation source (6), by means of which radiation (7) for polymerizing the base material (3) through the bottom (5) in the container (4) can be conducted, and with a conveyor (8), by means of which the by polymerizing the liquid Base material (3) manufactured component (2) can be conveyed upwards out of the container (4), characterized in that a mask (9) is provided between the radiation source (6) and the bottom (5), the geometric configuration of which is one Cross section of the component (2) produced as an endless profile. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung (9) an dem Boden (5) flächig anliegt.Device (1) after Claim 1 , characterized in that the mask (9) lies flat against the bottom (5). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Inhibition der Polymerisation des Grundmaterials (3) unmittelbar auf dem Boden (5) der Boden (5) und/oder die Maskierung (9) für einen Polymerisationsinhibitor durchlässig sind.Device (1) after Claim 1 or 2nd , characterized in that for an inhibition of the polymerization of the base material (3) directly on the bottom (5) the bottom (5) and / or the masking (9) are permeable to a polymerization inhibitor. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, das Bauteil (2) kontinuierlich endlos zu fördern.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the conveying device (8) is set up to continuously convey the component (2) endlessly. Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils (2), bei welchem zum Herstellen des Bauteils (2) ein flüssiges Grundmaterial (3), welches in einem einen strahlungsdurchlässigen Boden (5) aufweisenden Behälter (4) eingefüllt ist, durch Bestrahlung mit von einer Strahlungsquelle (6) bereitgestellter, über den Boden (5) in den Behälter (4) eingeleiteter Strahlung (7) schichtweise polymerisiert wird, und bei welchem mittels einer Fördereinrichtung (8) das durch Polymerisieren des flüssigen Grundmaterials (3) hergestellte Bauteil (2) nach oben aus dem Behälter (4) heraus gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (7) durch eine zwischen der Strahlungsquelle (6) und dem Boden (5) angeordnete Maskierung (9) konturiert wird, deren geometrische Ausgestaltung einen Querschnitt des als Endlosprofil hergestellten Bauteils (2) vorgibt.Method for additively producing a component (2), in which a liquid base material (3), which is filled in a container (4) with a radiation-permeable bottom (5), is produced by irradiation with a radiation source (2) to produce the component (2). 6) provided radiation (7) which is introduced into the container (4) via the base (5) is polymerized in layers, and in which the component (2) produced by polymerizing the liquid base material (3) is moved upwards by means of a conveyor device (8) is conveyed out of the container (4), characterized in that the radiation (7) is contoured by a mask (9) arranged between the radiation source (6) and the bottom (5), the geometric configuration of which is a cross section of the one produced as an endless profile Component (2) specifies.
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