DE102022002558A1 - Use of at least one doctor blade for stripping off powder applied as a layer from a powder bed for subsequent exposure to laser beams from at least one laser - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verwendung von wenigstens einer Rakel zum Abstreifen von als Schicht aufgetragenem Pulver eines Pulverbetts zur nachfolgenden Beaufschlagung mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers. Die Verwendung von wenigstens einer Rakel zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass durch Rakeln entstandene Inhomogenitäten in der Pulverschicht aufgefüllt werden. Dazu wird oder werden zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver eine drehbare Rakel mit einer Kante oder zwei winklig zueinander bewegbare Rakel mit jeweils einer Kante oder mit einem Ring verwendet, so dass die Rakel je Schicht einmal oder zweimal mit verschiedenen Winkeln über das Pulverbett geführt wird oder werden.The invention relates to the use of at least one doctor blade for stripping off powder applied as a layer from a powder bed for subsequent exposure to laser beams from at least one laser. The use of at least one squeegee is characterized in particular by the fact that inhomogeneities in the powder layer caused by squeegeeing are filled. For this purpose, a rotatable squeegee with one edge or two squeegees that can be moved at an angle to one another, each with an edge or with a ring, is or are used to wipe off applied powder, so that the squeegee is or are guided over the powder bed once or twice per layer at different angles .

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung von wenigstens einer Rakel zum Abstreifen von als Schicht aufgetragenem Pulver eines Pulverbetts zur nachfolgenden Beaufschlagung mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers.The invention relates to the use of at least one doctor blade for stripping off powder applied as a layer from a powder bed for subsequent exposure to laser beams from at least one laser.

Eine Rakel als Werkzeug zum Abstreifen von überschüssigem Pulver bei der Herstellung von Körpern aus schichtweise aufgebrachten Pulver in Form eines Pulverbetts durch Beaufschlagen mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers, so dass Partikel des Pulvers sintern oder schmelzen, sind allgemein bekannt. Rakel besitzen dazu Kanten, welche geradlinig oder als Ring ausgebildet sein können. Durch Überfahren des Pulverbetts mit der Rakel werden überschüssige Partikel des Pulvers abgestriffen.A squeegee as a tool for stripping off excess powder in the production of bodies from layered powder in the form of a powder bed by applying laser beams from at least one laser so that particles of the powder sinter or melt is well known. Squeegees have edges that can be straight or as a ring. By moving the squeegee over the powder bed, excess powder particles are scraped off.

Eine Ringrakel ist durch die Druckschrift DE 10 2005 025 199 A 1 als Vorrichtung zur schnellen Herstellung von Körpern und durch die Druckschrift DE 103 09 519 A 1 als Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Miniaturkörpern oder mikrostrukturierten Körpern bekannt, wobei eine Ringrakel als eine Transportvorrichtung für ein schichtweises Aufbringen von Partikeln auf einen Träger verwendet wird. Diese Ringrakel ist Bestandteil eines Drehgelenks oder sowohl in x- als auch in y-Richtung angetrieben bewegbar. Damit sind Vorzugsrichtungen vorhanden, durch welche Texturen hervorgerufen werden und so unebene Oberflächen entstehen.A ring squeegee is through the publication DE 10 2005 025 199 A 1 as a device for the rapid production of bodies and by the publication DE 103 09 519 A 1 is known as a method and device for producing miniature bodies or microstructured bodies, wherein a ring doctor blade is used as a transport device for applying particles in layers to a support. This ring squeegee is part of a swivel joint or can be moved in both the x and y directions. This means that there are preferred directions that create textures and thus create uneven surfaces.

Durch die Druckschrift DE 10 2007 057 130 B3 ist eine Vorrichtung zum Rakeln mit einer in sich geschlossenen und geradgeführten Rakel bekannt. Die Rakel als geführtes Teil ist mit einem ersten Antrieb so gekoppelt, dass die Rakel über den Bauraum für den Körper bewegbar ist. Darüber hinaus ist die Geradführung mit einem zweiten Antrieb gekoppelt, so dass die Geradführung während der Bewegung der Rakel rotiert. Die Rakel ist geradgeführt.Through the publication DE 10 2007 057 130 B3 a device for squeegeeing with a self-contained and straight-guided squeegee is known. The squeegee as a guided part is coupled to a first drive in such a way that the squeegee can be moved over the installation space for the body. In addition, the linear guide is coupled to a second drive so that the linear guide rotates during the movement of the squeegee. The squeegee is guided in a straight line.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rakel so zu verwenden, dass durch Rakeln entstandene Inhomogenitäten in der Pulverschicht aufgefüllt werden.The invention specified in claim 1 is based on the object of using the squeegee in such a way that inhomogeneities in the powder layer caused by squeegeeing are filled.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This task is solved with the features listed in claim 1.

Die Verwendung von wenigstens einer Rakel zum Abstreifen von als Schicht aufgetragenem Pulver eines Pulverbetts zur nachfolgenden Beaufschlagung mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass durch Rakeln entstandene Inhomogenitäten in der Pulverschicht aufgefüllt werden.The use of at least one squeegee for stripping off powder applied as a layer from a powder bed for subsequent exposure to laser beams from at least one laser is characterized in particular by the fact that inhomogeneities in the powder layer caused by squeegeeing are filled.

Dazu wird oder werden zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver eine drehbare Rakel mit einer Kante oder zwei winklig zueinander bewegbare Rakel mit jeweils einer Kante oder mit einem Ring verwendet, so dass die Rakel je Schicht einmal oder zweimal mit verschiedenen Winkeln über das Pulverbett geführt wird oder werden.For this purpose, a rotatable squeegee with one edge or two squeegees that can be moved at an angle to one another, each with an edge or with a ring, is or are used to wipe off applied powder, so that the squeegee is or are guided over the powder bed once or twice per layer at different angles .

Während des Rakelprozesses können Fehler im Pulverbett des aufgetragenen Pulvers entstehen. Bei einer linearen Bewegung der Rakel mit einem üblichen Versatz von 180° werden Fehlstellen mit der gleichen Position der Rakel wiederholt bearbeitet. Das führt zu einer Zunahme der Fehlstellen im Pulverbett, welche das Bearbeitungsergebnis qualitativ negativ beeinflussen. Durch ein Abstreifen von überschüssigem Pulver in Form von Rakeln mit einem Winkelversatz werden zuvor entstandene Fehlstellen im Pulverbett vorteilhafterweise verschlossen. Das so schnelle Verschließen von Fehlstellen sorgt dafür, dass die Qualität nicht beeinträchtigt wird. Ein so vorhandenes homogenes Pulverbett führt zu einem größeren Prozessfenster und Prozessstabilität gegenüber einer Kompensation von Fehlstellen mittels ansonsten notwendiger spezieller Bearbeitungsparameter insbesondere der Laserparameter, der Geschwindigkeit und der Strategie des Rakelprozesses. Weiterhin treten geringere Ausfallquoten bei Bauteilen auf. Vorteilhafterweise können damit auch ansonsten schwer rakelbare Pulver genutzt und verwendet werden.During the doctoring process, defects can occur in the powder bed of the applied powder. With a linear movement of the squeegee with a usual offset of 180°, defects are processed repeatedly with the same position of the squeegee. This leads to an increase in the number of defects in the powder bed, which have a negative impact on the quality of the processing result. By wiping off excess powder in the form of squeegees with an angular offset, previously created defects in the powder bed are advantageously closed. Closing defects so quickly ensures that quality is not compromised. A homogeneous powder bed present in this way leads to a larger process window and process stability compared to compensation for defects using otherwise necessary special processing parameters, in particular the laser parameters, the speed and the strategy of the doctor blade process. Furthermore, there are lower failure rates for components. Advantageously, powders that are otherwise difficult to apply can also be used.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den folgenden Weiterbildungen und Ausführungsformen aufgeführt. Diese können die Verwendung von wenigstens einer Rakel zum Abstreifen von als Schicht aufgetragenem Pulver eines Pulverbetts zur nachfolgenden Beaufschlagung mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers einzeln oder in einer Kombination fortbilden.Advantageous refinements of the invention are listed in the following developments and embodiments. These can develop the use of at least one doctor blade for stripping off powder applied as a layer from a powder bed for subsequent exposure to laser beams from at least one laser individually or in a combination.

Zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver wird in einer Ausführungsform eine auf drehbaren Schienen angeordnete Rakel mit einer Kante verwendet.In one embodiment, a squeegee with one edge arranged on rotatable rails is used to wipe off applied powder.

Zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver wird in einer Ausführungsform eine mit w = n * Pi + m * Phi

Figure DE102022002558A1_0001
geänderte Bewegungsrichtung zur Auffüllung von Inhomogenitäten in der Pulverschicht verwendet, wobei

  • n und m = 0, 1 und
  • Phi größer 0 und kleiner/gleich Pi/2 sind.
In one embodiment, one is used to wipe off applied powder w = n * pi + m * Phi
Figure DE102022002558A1_0001
 changed direction of movement used to fill inhomogeneities in the powder layer, whereby
  • n and m = 0, 1 and
  • Phi is greater than 0 and less than/equal to Pi/2.

Das Abstreifen erfolgt durch ein Überfahren einer Arbeitsplattform mit der Rakel mit unterschiedlichen Winkeln. Der kleinste Winkel ist so groß, dass nach einer Überfahrt mit der Rakel entstandene Inhomogenitäten in der Pulverschicht aufgefüllt werden. Dazu wird das Pulver mit dem Winkel w im aktuellen Rakelzyklus abgestreift, wobei n die Bewegung über das Pulverbett mit den Winkeln 0 bis 180° einer ersten Rakel beschreibt und Phi der Winkel mit dem eine zweite Rakel oder eine mit Phi gedrehte Rakel das Pulver abstreift. Dabei ist die zweite Rakel bei m = 1 aktiv.Stripping is done by moving the squeegee over a work platform with a difference normal angles. The smallest angle is so large that any inhomogeneities in the powder layer that arise after passing over it with the squeegee are filled up. For this purpose, the powder is stripped off with the angle w in the current squeegee cycle, where n describes the movement over the powder bed with the angles 0 to 180° of a first squeegee and Phi is the angle at which a second squeegee or a squeegee rotated with Phi strips off the powder. The second squeegee is active at m = 1.

Zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver kann in einer Ausführungsform eine in Bewegungsrichtung um 90° drehbare Rakel mit einer Kante verwendet werden.In one embodiment, a squeegee with an edge that can be rotated by 90° in the direction of movement can be used to wipe off applied powder.

In einer Ausführungsform werden zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver zwei in Bewegungsrichtung winklig zueinander bewegbare Rakel mit jeweils einer Kante verwendet. Diese können dazu so verwendet werden, dass die Bewegungsrichtungen einen Winkel von 90° einschließen.In one embodiment, two squeegees that can be moved at an angle to one another in the direction of movement, each with one edge, are used to wipe off applied powder. These can be used so that the directions of movement enclose an angle of 90°.

Zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver werden in einer Ausführungsform zwei in Bewegungsrichtung winklig zueinander bewegbare Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel verwendet. Diese können dazu so verwendet werden, dass deren Bewegungsrichtungen einen Winkel von 60° einschließen.In one embodiment, two squeegees that can be moved at an angle to one another in the direction of movement, each with a ring in the form of a ring squeegee, are used to wipe off applied powder. These can be used so that their directions of movement enclose an angle of 60°.

In einer Ausführungsform werden über einen Halter mit einer Drehachse in Verbindung mit einem Antrieb verbundene Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel verwendet.In one embodiment, squeegees connected to a drive via a holder with an axis of rotation, each with a ring in the form of a ring squeegee, are used.

Zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver wird oder werden in einer Ausführungsform die Rakel so verwendet, dass sich die Bewegungsrichtungen der Rakel im Bereich des Pulverbetts kreuzt oder kreuzen.In one embodiment, the squeegee is or are used to wipe off applied powder in such a way that the directions of movement of the squeegee intersect or intersect in the area of the powder bed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in principle in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:

  • 1 eine linear bewegbare Rakel,
  • 2 die gedrehte Rakel und
  • 3 Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel.
Show it:
  • 1 a linearly movable squeegee,
  • 2 the twisted squeegee and
  • 3 Squeegee each with a ring in the form of a ring squeegee.

In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden Verwendungen einer linear bewegbaren Rakel 1 und Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel 4 zum Abstreifen von als Schicht aufgetragenem Pulver eines Pulverbetts 2 zur nachfolgenden Beaufschlagung mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers in Verbindung mit deren Realisierungen näher erläutert.In the following exemplary embodiments, the use of a linearly movable squeegee 1 and squeegee each with a ring in the form of a ring squeegee 4 for stripping off powder applied as a layer from a powder bed 2 for subsequent exposure to laser beams from at least one laser are explained in more detail in connection with their implementations.

Es zeigen die 1 eine linear bewegbare Rakel 1 und die 2 die gedrehte Rakel 1 jeweils in prinzipiellen Darstellungen.They show it 1 a linearly movable squeegee 1 and the 2 the rotated squeegee 1 in basic representations.

Die zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver drehbare Rakel 1 mit einer Kante eines ersten Ausführungsbeispiels wird so verwendet, dass die Rakel 1 je Schicht einmal oder zweimal mit verschiedenen Winkeln über das Pulverbett 2 geführt wird. The squeegee 1 with one edge of a first exemplary embodiment, which can be rotated to wipe off applied powder, is used in such a way that the squeegee 1 is guided over the powder bed 2 once or twice per layer at different angles.

Dazu ist die Rakel 1 auf drehbaren Schienen 3 angeordnet und geführt. Die Schienen 3 sind dazu um 90° drehbar, so dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver eine in Bewegungsrichtung um 90° drehbare Rakel 1 mit einer Kante vorhanden ist.For this purpose, the doctor blade 1 is arranged and guided on rotatable rails 3. For this purpose, the rails 3 can be rotated through 90°, so that a squeegee 1 with an edge which can be rotated through 90° in the direction of movement is available for wiping off applied powder.

In einer Ausführungsform können zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver zwei in Bewegungsrichtung winklig zueinander bewegbare Rakel 1 mit jeweils einer Kante verwendet werden, wobei diese so verwendet werden, dass die Bewegungsrichtungen einen Winkel von 90° einschließen.In one embodiment, two squeegees 1, each movable at an angle to one another in the direction of movement, each with one edge, can be used to wipe off applied powder, these being used in such a way that the directions of movement enclose an angle of 90°.

Die 3 zeigt Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel 4 in einer prinzipiellen Darstellung.The 3 shows squeegee, each with a ring in the form of ring squeegee 4, in a basic representation.

Zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver sind in einem zweiten Ausführungsbeispiel zwei Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel 4 so vorhanden und werden so verwendet, dass deren Bewegungsrichtungen einen Winkel von 60° einschließen. Dazu besitzen diese jeweils einen Halter 5 mit einer Drehachse 6 in Verbindung mit einem Antrieb. Damit werden die Ringrakel 4 zum Abstreifen von als Schicht aufgetragenem Pulver geführt, wobei sich jeweils ein Pulverreservoir zum Erzeugen eines Pulverbetts 2 über einer Ringrakel 4 oder in separater Anordnung befinden kann. Das Pulverbett 2 wird bei positionierter Ringrakel 4 bei abgesenkter Plattform für das Pulverbett 2 aus dem Pulverreservoir erzeugt. Das überschüssige Pulver wird bei anschließender Bewegung der Ringrakel 4 auf eine Arbeitsplattform 7 abgestriffen.To wipe off applied powder, in a second exemplary embodiment, two squeegees, each with a ring in the form of a ring squeegee 4, are present and are used in such a way that their directions of movement enclose an angle of 60 °. For this purpose, they each have a holder 5 with a rotation axis 6 in conjunction with a drive. The ring doctor blades 4 are thus guided to strip off powder applied as a layer, with a powder reservoir for producing a powder bed 2 being located above a ring doctor blade 4 or in a separate arrangement. The powder bed 2 is created from the powder reservoir with the ring doctor blade 4 positioned and the platform for the powder bed 2 lowered. The excess powder is scraped off when the ring doctor blade 4 is subsequently moved onto a work platform 7.

Zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver wird die Rakel 1 oder werden die Ringrakel 4 der Ausführungsbeispiele so bewegt und verwendet, dass sich die Bewegungsrichtungen der Rakel 1, 4 im Bereich des Pulverbetts 2 kreuzt oder kreuzen.To wipe off applied powder, the squeegee 1 or the ring squeegee 4 of the exemplary embodiments are moved and used in such a way that the directions of movement of the squeegee 1, 4 intersect or intersect in the area of the powder bed 2.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 10309519 A [0003]DE 10309519 A [0003]
  • DE 102007057130 B3 [0004]DE 102007057130 B3 [0004]

Claims (10)

Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) zum Abstreifen von als Schicht aufgetragenem Pulver eines Pulverbetts (2) zur nachfolgenden Beaufschlagung mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver eine drehbare Rakel (1) mit einer Kante oder zwei winklig zueinander bewegbare Rakel (1, 4) mit jeweils einer Kante oder mit einem Ring verwendet wird oder werden, so dass die Rakel (1, 4) je Schicht einmal oder zweimal mit verschiedenen Winkeln über das Pulverbett (2) geführt wird oder werden.Use of at least one doctor blade (1, 4) for stripping off powder applied as a layer from a powder bed (2) for subsequent exposure to laser beams from at least one laser, characterized in that for stripping off applied powder a rotatable doctor blade (1) with an edge or two squeegees (1, 4) which can be moved at an angle to one another, each with an edge or with a ring, are used, so that the squeegees (1, 4) are guided over the powder bed (2) once or twice per layer at different angles . Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver eine auf drehbaren Schienen (3) angeordnete Rakel (1) mit einer Kante verwendet wird.Use of at least one squeegee (1, 4). Patent claim 1 , characterized in that a doctor blade (1) with an edge arranged on rotatable rails (3) is used to wipe off applied powder. Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver eine mit w = n * Pi + m * Phi
Figure DE102022002558A1_0002
geänderte Bewegungsrichtung der Rakel (1) zur Auffüllung von Inhomogenitäten in der Pulverschicht verwendet wird, wobei n und m = 0, 1 und Phi größer 0 und kleiner/gleich Pi/2 sind.Use of at least one squeegee (1, 4) according to Patent claims 1 and 2 , characterized in that for wiping off applied powder one with w = n * pi + m * Phi
Figure DE102022002558A1_0002
 changed direction of movement of the doctor blade (1) is used to fill inhomogeneities in the powder layer, where n and m = 0, 1 and Phi are greater than 0 and less than/equal to Pi/2. Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver eine in Bewegungsrichtung um 90° drehbare Rakel (1) mit einer Kante verwendet wird.Use of at least one squeegee (1, 4) according to Patent claims 1 and 2 , characterized in that a squeegee (1) with an edge that can be rotated by 90 ° in the direction of movement is used to wipe off applied powder. Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver zwei in Bewegungsrichtung winklig zueinander bewegbare Rakel (1) mit jeweils einer Kante verwendet werden.Use of at least one squeegee (1, 4). Patent claim 1 , characterized in that two squeegees (1) which can be moved at an angle to one another in the direction of movement, each with one edge, are used to wipe off applied powder. Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver zwei Rakel (1) so verwendet werden, dass die Bewegungsrichtungen einen Winkel von 90° einschließen.Use of at least one squeegee (1, 4). Patent claim 5 , characterized in that two squeegees (1) are used to wipe off applied powder in such a way that the directions of movement enclose an angle of 90°. Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver zwei in Bewegungsrichtung winklig zueinander bewegbare Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel (4) verwendet werden.Use of at least one squeegee (1, 4). Patent claim 1 , characterized in that two squeegees which can be moved at an angle to one another in the direction of movement, each with a ring in the form of a ring squeegee (4), are used to wipe off applied powder. Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver zwei Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel (4) so verwendet werden, dass deren Bewegungsrichtungen einen Winkel von 60° einschließen.Use of at least one squeegee (1, 4). Patent claim 7 , characterized in that two squeegees, each with a ring in the form of a ring squeegee (4), are used to wipe off applied powder in such a way that their directions of movement enclose an angle of 60°. Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach den Patentansprüchen 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils über einen Halter (5) mit einer Drehachse (6) in Verbindung mit einem Antrieb verbundene Rakel mit jeweils einem Ring in Form von Ringrakel (4) verwendet werden.Use of at least one squeegee (1, 4) according to Patent claims 1 , 7 and 8th , characterized in that squeegees each connected to a holder (5) with a rotation axis (6) in conjunction with a drive are used, each with a ring in the form of a ring squeegee (4). Verwendung von wenigstens einer Rakel (1, 4) nach den Patentansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstreifen von aufgetragenem Pulver die Rakel (1, 4) so verwendet wird oder werden, dass sich die Bewegungsrichtungen der Rakel (1, 4) im Bereich des Pulverbetts (2) kreuzt oder kreuzen.Use of at least one squeegee (1, 4) according to Patent claims 1 until 9 , characterized in that to wipe off applied powder, the squeegee (1, 4) is or are used in such a way that the directions of movement of the squeegee (1, 4) intersect or intersect in the area of the powder bed (2).
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