EP4334115A1 - Verfahren und anordnung zur additiven fertigung von bauteilen mittels materialextrusion - Google Patents

Verfahren und anordnung zur additiven fertigung von bauteilen mittels materialextrusion

Info

Publication number
EP4334115A1
EP4334115A1 EP22727781.1A EP22727781A EP4334115A1 EP 4334115 A1 EP4334115 A1 EP 4334115A1 EP 22727781 A EP22727781 A EP 22727781A EP 4334115 A1 EP4334115 A1 EP 4334115A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
laser
components
component
extrusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22727781.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul WEGWERTH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4334115A1 publication Critical patent/EP4334115A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/16—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by wave energy or particle radiation, e.g. infrared heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling

Definitions

  • the present invention relates to a method and an arrangement for the additive manufacturing of components by means of material extrusion, in which the components are built up in layers from a component material that is applied layer by layer in a viscous state to a carrier.
  • Material extrusion (MEx) technology is currently the most widespread additive manufacturing technology.
  • the component material is typically supplied in the form of wire or granules, heated to high temperatures and, in a molten or viscous state, is usually applied in layers to a carrier via a nozzle in order to build up the component.
  • the main advantages of this technology are the simple structure of the system technology, a large selection of materials and the freedom of design compared to conventional production technologies.
  • the technology of material extrusion is therefore used for the production of components in almost all branches of industry.
  • the component In vibratory finishing, the component is machined using loose abrasive grains.
  • the abrasive grains and components are set in an undefined relative movement to each other in a common treatment room. Because of this
  • the surface roughness of additively manufactured components can be reduced by up to 80 to 90% on the outer surfaces.
  • surface areas that are difficult to access are only insufficiently covered by the abrasive grains, which means that these areas experience less surface roughness reduction.
  • this process usually creates undesired roundings on the edges of the components, which occur to varying degrees depending on the treatment time and the shape of the abrasive grains.
  • blasting Another well-known process for the mechanical post-processing of additively manufactured components is blasting. When blasting, the surface of the component is treated with the help of a pneumatically fed blasting medium. This is a dry granular substance that comes in a variety of forms
  • Laser polishing is a thermal surface treatment process. The laser's energy is used to selectively melt or vaporize the material. The success of a
  • US 2018/0117836 A1 discloses a method for the additive manufacturing of components, in which the additive manufacturing can also take place by means of material extrusion.
  • each layer is processed with one or more laser beams after the respective layer has been applied.
  • US 2018/0079136 A1 also proposes laser processing of a layer that has already been applied.
  • the surface present in each case is heated before the material is deposited.
  • DE 102018 108 145 A1 describes a method for processing surfaces of components produced using 3D printing, in which the components are post-processed after production in an additional process step using laser radiation in order to smooth the surface.
  • the object of the present invention is to specify a method and an arrangement for the additive manufacturing of components by means of material extrusion, with which components with surfaces of low surface roughness can also be obtained in non-visible areas without the need for an additional process step after the layered construction of the components. Presentation of the invention
  • the components are built up in layers in a known manner from a component material which is applied in a viscous state layer by layer to a support, for example a substrate or a base plate, preferably via at least one extrusion die.
  • the method is characterized in that the component material applied in each case as a layer is processed synchronously with the application while it is still in a viscous state with at least one laser beam directed at a lateral boundary of the layer.
  • This processing is preferably carried out to smooth out any unevenness on the surface of the subsequent component that is caused by the layered structure. These are, for example, bumps caused by overextrusion at the edges of the respective layers occur or around steps that can be caused by the layered structure.
  • This smoothing can be done by material-shaping or material-removing laser processing, i.e. the shaping and/or removal of the extrusion material protruding at the edges or lateral boundaries of the layer in the case of overextrusion and/or the steps with the corresponding geometry of the component through the directed energy input of the for this purpose suitably selected laser parameters.
  • a targeted surface structuring can also be carried out by synchronous laser processing if required.
  • a wide variety of lasers can be used as the energy source. The selection of the laser source largely depends on the material to be processed.
  • CW lasers continuous laser sources
  • pulsed lasers pulsed lasers
  • surface smoothing or surface structuring is achieved through several effects.
  • the energy input can be selected in such a way that the component material is locally heated to a temperature above its vaporization temperature and the material is thus removed.
  • a surface smoothing effect can also be caused by the material melting.
  • the contours of the component are then made to flow by surface tension effects.
  • the high-frequency laser pulses set additional vibration energy in the applied layer or the applied
  • the micro-melt created as a result of the thermal energy introduced by the material extruder and the laser system represents a vibration barrier, whereby vibration energy is absorbed and converted into additional heat. This leads to melting of the surface contour in fractions of a second.
  • Limitations of the layer are processed by the one or more laser beams synchronously with the material application of this layer, ie immediately after the order, while the component material is still in a viscous state.
  • the material-applying extrusion process and the material-forming or material-removing laser process form a common process step.
  • Laser beams which are simultaneously directed at opposite lateral boundaries of the layer, can also be smoothed in a simple manner on the later component that is not visible from the outside.
  • the laser beams are transverse to the
  • Extrusion direction directed to the lateral boundaries of the just extruded portion of the layer.
  • Laser beams take place, which are irradiated laterally parallel to the layer plane.
  • the laser beams can also be irradiated at an angle to the plane of the layer, which is preferably ⁇ 45°, but particularly preferably ⁇ 10°.
  • the respective laser beam is directed onto the component material orthogonally to the surface area to be processed.
  • the synchronous processing means that less energy is required for smoothing or surface structuring than for post-processing of the finished component using laser radiation, since the viscous material is still at a higher temperature.
  • the laser processing can also include a functionalization of the surface, for example by activating substances in the component material using the laser radiation.
  • the energy introduced by the laser radiation starts a chemical process which, for example in LAM (laser additive manufacturing), can cause the additively applied silicone to harden.
  • LAM laser additive manufacturing
  • the proposed arrangement which is designed to carry out the method, accordingly has an extrusion device through which the component material is deposited layer by layer on a carrier in a viscous state can be applied, and one or more laser processing devices.
  • These laser processing devices are arranged and designed in such a way that they direct one or more laser beams synchronously with the application of material by the extrusion device from the side onto the component material that is applied as a layer while it is still in a viscous state.
  • the laser processing devices can be attached directly to a displacement unit or kinematics of the extrusion device or also independently of these kinematics.
  • the laser processing device(s) can be stationary or at least partially movable via their own kinematics. For example, a stationary arrangement of the laser or lasers in connection with kinematics for a beam-guiding part of the respective laser processing device is also possible.
  • the arrangement and design of the laser processing devices must only enable the laser processing of the lateral boundaries of the respective layer area synchronously with the application of material.
  • smooth or structured surfaces can be produced directly during production on components manufactured by means of material extrusion due to the integrated laser machining process. In comparison to subsequent laser processing, the surfaces are smoothed or structured as soon as they are created. As a result, internal smooth or specifically structured surfaces can also be produced using laser processing.
  • the method and the arrangement avoid costly and time-consuming ones Rework on additively manufactured components in relation to the surface structure.
  • higher build-up rates with greater layer thicknesses can be generated with the same surface quality. As a result, the technology of material extrusion can be used more economically.
  • the proposed method can be used with all additive material extrusion techniques, such as Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Granular Fabrication (FGF), Direct Energy Deposition (DED), Liquid Additive Manufacturing (LAM), etc.
  • FFF Fused Filament Fabrication
  • FGF Fused Granular Fabrication
  • DED Direct Energy Deposition
  • LAM Liquid Additive Manufacturing
  • the main application is smoothing of the component surfaces of additively manufactured components.
  • this laser processing can also be used to functionalize or activate the surfaces.
  • Fig. 1 is a schematic representation of two
  • FIG. 2 is a schematic representation of
  • FIG. 4 shows a second example of a construction of the proposed arrangement in a schematic representation.
  • Layers 8 and also the desired contour 9 of the component can be seen. Above the layers 8, the extrusion nozzle 2 is indicated.
  • the undesired steps 7 and the beads 11 caused by overextrusion can be removed or smoothed out while the component is still being built up. This is done during material extrusion with an integrated laser unit for surface smoothing or surface structuring.
  • the material-applying extrusion process and the material-forming or material-removing laser process are synchronized and form a common process step.
  • one or more laser beams 3 are directed onto the outlet of the extrusion unit, generally an extrusion nozzle 2, as indicated schematically in FIG. In this case, the laser beam 3 is directed orthogonally to the surface of the component to be smoothed.
  • FIG. 2 shows schematically that during the material extrusion, the respectively applied component material of the individual layers 2 is processed with the laser beam 3 immediately upon application.
  • the direction of movement of the extrusion die 2 is indicated by the arrow.
  • the systems or devices required for production according to the proposed method can be arranged in different ways.
  • FIG. 3 shows a first example of a possible configuration of the proposed arrangement. In this figure, the part of the component 1 that has already been built up can be seen, on which additional layers are applied with the extrusion nozzle 2 .
  • the extrusion nozzle 2 is attached to a kinematic mechanism 6, which allows the nozzle 2 to move in all three spatial directions (x, y, z), as indicated by the straight arrows in the figure.
  • a laser device consisting of a laser 4 and a focusing unit 5 can be seen in this representation, via which the laser beam 3 is deflected and directed synchronously with the material application onto the lateral boundary of the applied layer.
  • the laser device can be rotated about the extrusion nozzle 2, as indicated by the curved arrow in the figure.
  • one or more other such laser devices can also be arranged on the extruder or the kinematics 6 in order to process the layer applied in each case from several sides at the same time.
  • Figure 4 finally shows another exemplary embodiment of the proposed arrangement, in which the laser device consisting of laser 4 and focusing unit 5 outside the Extrusion device with extrusion die 2 and kinematics 6 are arranged.
  • polar kinematics are used, in which the carrier 10 rotates with the component 1 about a central axis.
  • the extrusion nozzle 2 is attached to a further kinematic system, which allows a movement of the extrusion nozzle 2 in the three spatial directions. Due to the relative movement of the component via the rotation of the carrier 10, all surfaces can be processed with just one laser device. However, there are preferably at least two laser devices located opposite one another in this arrangement in order to be able to process the layer applied in each case from both sides at the same time.
  • FIGS. 3 and 4 are only examples.
  • the arrangement, structure and number of laser devices can vary, as can the arrangement and structure of the extrusion device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Ein Verfahren sowie eine Anordnung zur additiven Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion, bei dem die Bauteile (1) schichtweise aus einem Bauteilmaterial aufgebaut werden, das in viskosem Zustand Schicht für Schicht auf einem Träger (10) aufgetragen wird. Bei dem Verfahren wird das jeweils als Schicht (8) aufgetragene Bauteilmaterial synchron zum Auftrag in noch viskosem Zustand mit wenigstens einem auf eine seitliche Begrenzung der Schicht (8) gerichteten Laserstrahl (3) bearbeitet, vorzugsweise um eine Glättung von Unebenheiten an Oberflächen des Bauteils (1) zu erreichen. Das Verfahren ermöglicht die Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion mit verringerter Oberflächenrauheit auch an nicht sichtbaren Oberflächen, ohne hierzu eine Nachbearbeitung durchführen zu müssen.

Description

Verfahren und Anordnung zur additiven Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur additiven Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion, bei denen die Bauteile schichtweise aus einem Bauteilmaterial aufgebaut werden, das in viskosem Zustand Schicht für Schicht auf einem Träger aufgetragen wird.
Die Technik der Materialextrusion (MEx) ist die derzeit am weitesten verbreitete additive Fertigungs technik. Das Bauteilmaterial wird dabei typischerweise in Draht- oder Granulatform zugeführt, auf hohe Temperaturen erhitzt und in schmelzflüssigem bzw. viskosem Zustand in der Regel über eine Düse auf einem Träger schichtweise aufgetragen, um das Bauteil aufzubauen. Die wesentlichen Vorteile dieser Technologie bestehen im einfachen Aufbau der Anlagentechnik, einer großen Materialauswahl und der Designfreiheit gegenüber konventionellen Fertigungs technologien. Die Technik der Materialextrusion wird daher für die Fertigung von Bauteilen in nahezu allen Industriezweigen eingesetzt.
Allerdings besitzt diese Technologie auch Nachteile gegenüber konventionellen und anderen additiven Fertigungsverfahren. Einer dieser Nachteile besteht in der verhältnismäßig rauen Oberfläche der gefertigten Bauteile. So werden in spanenden Bearbeitungsprozessen Mittenrauwerte (Ra) bis zu 1 mpi beim Drehen und 1,5 mpibeim Fräsen erzielt. Bei mittels Materialextrusion hergestellten Bauteilen ist die Oberflächenstruktur stark von der Orientierung der Bauteiloberflächen, der Schichthöhe der einzelnen
Schichten und der Extrusionsbreite abhängig. Es werden Mittenrauwerte von im Schnitt 20 mpi erreicht, die in Abhängigkeit des Druckwinkels variieren. Die nach der Fertigung der Bauteile verbleibende Oberflächenstruktur wird in erster Linie durch die Bildung von Treppen stufen aufgrund des schichtweisen Aufbaus und durch Überextrusion an den Rändern der Schichten verursacht. Beide Effekte lassen sich durch eine Anpassung der Prozessparameter reduzieren aber nicht vermeiden. Dadurch ist oft der technische Einsatz von Bauteilen eingeschränkt, die mittels Materialextrusion herge stellt wurden. So werden in vielen Anwendungsbereichen glatte Oberflächen benötigt. Die Technik der Material extrusion wird daher häufig nur für die Entwicklung von Prototypen genutzt und nur selten für eine industrielle Fertigung herangezogen.
Stand der Technik
Für die Erzeugung glatter Oberflächen der mittels Materialextrusion gefertigten Bauteile sind unter schiedliche Techniken der Nachbearbeitung bekannt, beispielsweise die mechanische Nachbearbeitung mittels Fräsen, Drehen oder Schleifen. Bei diesen zerspanenden Bearbeitungsverfahren führen entweder das Werkzeug oder das Bauteil eine rotierende Bewegung und die jeweilige andere Komponente eine lineare Vorschubbewegung aus.
Mit entsprechender NC-Programmierung können verschiedene Oberflächenformen und -qualitäten erreicht werden. Dieser Nachbearbeitungsprozess ist allerdings aufwändig, vor allem bei manueller Nachbearbeitung und komplexen Bauteilen. Die Vorteile der additiven Fertigung werden dadurch reduziert. Bei der ebenfalls für die Nachbearbeitung bekannten Technik des
Gleitschleifens findet eine spanende Bearbeitung des Bauteils durch lose Schleifkörner statt. Die Schleifkörner und Bauteile werden dabei in einem gemeinsamen Behandlungsraum in eine Undefinierte Relativbewegung zueinander versetzt. Durch dieses
Verfahren lässt sich die Oberflächenrauheit von additiv hergestellten Bauteilen um bis zu 80 bis 90% an außen liegenden Oberflächen senken. Allerdings werden schwer zugängliche Oberflächenbereiche nur unzureichend von den Schleifkörnern erfasst, wodurch diese Bereiche eine geringere Reduzierung der Oberflächenrauheit erfahren. Weiterhin entstehen bei diesem Prozess in der Regel unerwünschte Verrundungen an den Kanten der Bauteile, die je nach Behandlungszeit und Form der Schleifkörner unterschiedlich stark auftreten. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur mechanischen Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile ist das Strahlen. Beim Strahlen wird die Bauteiloberfläche mit Hilfe eines pneumatisch zugeführten Strahlmittels bearbeitet. Dies ist ein trockener körniger Stoff, der in den verschiedensten
Werkstoffvarianten, Korngrößen und Kornformen angeboten wird. Es handelt sich dabei um ein einfaches Verfahren, das jedoch nur eine geringe Verbesserung der Oberflächengüte ermöglicht.
Neben diesen mechanischen Nachbearbeitungs verfahren werden auch andere Techniken wie Lackieren, Metallisieren oder chemische Nachbehandlung zur Verringerung der Oberflächenrauheit der gefertigten Bauteile eingesetzt. Beim Lackieren werden schützende oder dekorative Beschichtungen mit Hilfe von flüssigen oder pulverförmigen Ausgangsstoffen erzeugt. Bei der Metallisierung werden die Bauteile mit einem metallischen Überzug versehen, um die Funktionalität und die Oberflächengüte zu verbessern. Zur Verbesserung der Haftung der Metallisierung auf der Kunststoff oberfläche der Bauteile muss diese jedoch zusätzlich vorbehandelt werden. Zu den chemischen Nachbehandlungs verfahren zählen das Beizen (Tauchen) und die Behandlung mit reaktiven Gasen (Bedampfen). Mit diesen chemischen Nachbehandlungsverfahren wird eine sehr gute Oberflächenqualität auch bei nicht sichtbaren bzw. schwer zugänglichen Oberflächen erreicht. Allerdings ist häufig der Einsatz von giftigen Chemikalien erforderlich .
Eine weitere bekannte Möglichkeit der Nachbearbeitung der Oberflächen additiv gefertigter
Bauteile besteht in der Laserbearbeitung, insbesondere im Laserpolieren. Das Laserpolieren ist ein thermisches Verfahren zur Oberflächenbehandlung. Die Energie des Lasers wird dazu genutzt, um das Material selektiv zu schmelzen oder zu verdampfen. Der Erfolg einer
Oberflächenbehandlung ist dabei abhängig von den Eigenschaften des Lasers (Wellenlänge, Pulsation, Leistung) und des zu bearbeitenden Materials. Beispiele für die Laserbearbeitung der Oberflächen von Bauteilen, die mittels Materialextrusion gefertigt wurden, finden sich in den Veröffentlichungen von M.P. Dewey et al., „Development of laser polishing as an auxiliary post- process to improve surface quality in fused deposition modeling parts", Proceedings of the ASME 2017, International Manufacturing Science and Engineering Conference, Seiten 1-5, oder Y. Chai et al., „Laser polishing of thermoplastics fabricated using fused deposition modelling", Int. J. Adv. Manuf. Technol.
(2018) 96, Seiten 4295 bis 4302. Allerdings lassen sich mit dieser Technik nur sichtbare und mit dem Laser strahl zugängliche Oberflächen bearbeiten. Alle oben beschriebenen Nachbearbeitungs- bzw. Nachbehandlungs- verfahren stellen zudem jeweils einen zusätzlichen
Prozessschritt dar, der die Fertigungszeit der Bauteile verlängert .
Die US 2018/0117836 Al offenbart ein Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen, bei dem die additive Fertigung auch mittels Materialextrusion erfolgen kann. Zur Verbesserung der Adhäsion der einzelnen Schichten untereinander erfolgt dabei eine Bearbeitung jeder Schicht mit einem oder mehreren Laserstrahlen jeweils nach dem Auftrag der jeweiligen Schicht.
Die US 2018/0079136 Al schlägt ebenfalls eine Laserbearbeitung einer bereits aufgebrachten Schicht vor. Bei dieser Druckschrift wird die jeweils vorliegende Oberfläche vor der Materialabscheidung erhitzt.
Die DE 102018 108 145 Al beschreibt ein Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen von mittels 3D-Druck gefertigten Bauteilen, bei dem die Bauteile nach der Fertigung in einem zusätzlichen Prozessschritt mittels Laserstrahlung nachbearbeitet werden, um die Oberfläche zu glätten. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur additiven Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion anzugeben, mit denen Bauteile mit Oberflächen einer geringen Oberflächenrauheit auch an nicht sichtbaren Stellen ohne Notwendigkeit eines zusätzlichen Prozessschritts nach dem schichtweisen Aufbau der Bauteile erhalten werden können. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Anordnung gemäß den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Anordnung sind Gegenstand der abhängigen Patent- ansprüche oder lassen sich der nachfolgenden
Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Bauteile in bekannter Weise schichtweise aus einem Bauteilmaterial aufgebaut, das - vorzugsweise über wenigstens eine Extrusionsdüse - in viskosem Zustand Schicht für Schicht auf einem Träger, bspw. einem Substrat oder einer Grundplatte, aufgetragen wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das jeweils als Schicht aufgetragene Bauteilmaterial synchron zum Auftrag in noch viskosem Zustand mit wenigstens einem auf eine seitliche Begrenzung der Schicht gerichteten Laserstrahl bearbeitet wird. Diese Bearbeitung erfolgt vorzugsweise zur Glättung von Unebenheiten an Ober- flächen des späteren Bauteils, die durch den schichtweisen Aufbau verursacht sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Unebenheiten, die durch Überextrusion an den Rändern der jeweiligen Schichten auftreten oder um Treppenstufen, die durch den schichtweisen Aufbau verursacht werden können. Diese Glättung kann durch materialformende oder durch materialabtragende Laserbearbeitung erfolgen, also das Formen und/oder Entfernen des an den Rändern bzw. seitlichen Begrenzungen der Schicht im Falle der Überextrusion überstehenden Extrusionsgutes und/oder der Treppenstufen bei entsprechender Geometrie des Bauteils durch den gerichteten Energieeintrag der hierzu geeignet gewählten Laserparameter. Anstelle der Glättung kann bei Bedarf auch eine gezielte Oberflächenstrukturierung durch die synchrone Laserbearbeitung erfolgen. Als Energiequelle können verschiedenste Laser eingesetzt werden. Die Auswahl der Laserquelle ist maßgeblich vom zu bearbeitenden Material abhängig.
Neben kontinuierlichen Laserquellen (CW-Laser) ist auch der Einsatz von gepulsten Lasern möglich. Je nach gewähltem Lasersystem wird eine Oberflächenglättung oder Oberflächenstrukturierung durch mehrere Effekte erzielt. Zum einen kann der Energieeintrag so gewählt werden, dass das Bauteilmaterial lokal auf eine Temperatur oberhalb seiner Verdampfungstemperatur erwärmt wird und somit ein Abtrag des Materials erfolgt. Zum anderen kann ein Oberflächenglättungs effekt auch durch ein Aufschmelzen des Materials hervorgerufen werden. Je nach Viskosität der Schmelze werden die Konturen des Bauteils dann durch Oberflächenspannungseffekte zum Fließen gebracht.
Dadurch entsteht ein Abtrag der Rauheitsspitzen und ein Auffüllen der Rauheitstäler. Beide Effekte können mit den unterschiedlichsten Lasertypen hervorgerufen werden, wie dies aus dem Stand der Technik zur Laserbearbeitung von Oberflächen bekannt ist. Bei Nutzung gepulster Laser setzen die hochfrequentierten Laserpulse zusätzliche Schwingungsenergie in der aufgebrachten Schicht bzw. dem aufgebrachten
Bauteilvolumen frei. Die als Folge der durch den Materialextruder und das Lasersystem eingebrachten Wärmeenergie entstehende Mikroschmelze stellt dabei eine Schwingungsbarriere dar, wodurch Schwingungs- energie absorbiert und in zusätzliche Wärme umgewandelt wird. Dies führt in Sekunden-Bruchteilen zum Abschmelzen der Oberflächenkontur.
Ein wesentliches Merkmal des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass die seitlichen
Begrenzungen der Schicht durch den einen oder die mehreren Laserstrahlen synchron zum Materialauftrag dieser Schicht bearbeitet werden, also unmittelbar nach dem Auftrag, während das Bauteilmaterial noch in viskosem Zustand vorliegt. Dadurch bilden der materialauftragende Extrusionsprozess und der material- abformende oder materialabtragende Laserprozess einen gemeinsamen Prozessschritt. Durch gleichzeitige Nutzung mehrerer Laserstrahlen, insbesondere von wenigstens zwei von gegenüberliegenden Seiten eingestrahlten
Laserstrahlen, die damit gleichzeitig auf gegenüber liegende seitliche Begrenzungen der Schicht gerichtet werden, können auch am späteren Bauteil von außen nicht sichtbare Oberflächen auf einfache Weise geglättet werden. Die Laserstrahlen werden dabei quer zur
Extrusionsrichtung auf die seitlichen Begrenzungen des soeben extrudierten Schichtanteils gerichtet. Je nach Geometrie des Bauteils erfolgt dies vorzugsweise durch Laserstrahlen erfolgen, die parallel zur Schichtebene seitlich eingestrahlt werden. Die Laserstrahlen können auch unter einem Winkel zur Schichtebene eingestrahlt werden, der vorzugsweise < 45°, besonders bevorzugt jedoch < 10° beträgt. Im Idealfall wird der jeweilige Laserstrahl orthogonal zu dem zu bearbeitenden Ober flächenbereich auf das Bauteilmaterial gerichtet. Durch die synchrone Bearbeitung ist für die Glättung oder Oberflächenstrukturierung ein geringerer Energieeintrag erforderlich als bei einer Nachbearbeitung des fertigen Bauteils mittels Laserstrahlung, da das viskose Material noch eine erhöhte Temperatur aufweist.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung eignen sich nicht nur zur Glättung der
Oberfläche der jeweils gefertigten Bauteile, sondern - wie weiter oben bereits angeführt - auch zu einer zusätzlichen Strukturierung, die in gleicher Weise wie die Glättung dann ebenfalls im gleichen Prozessschritt erfolgen kann wie der Materialauftrag. Weiterhin kann die Laserbearbeitung auch eine Funktionalisierung der Oberfläche umfassen, bspw. durch Aktivierung von Stoffen im Bauteilmaterial mittels der Laserstrahlung. Dabei wird mit der durch die Laserstrahlung einge- brachten Energie ein chemischer Prozess gestartet, der beispielsweise beim LAM (Laser Additive Manufacturing) eine Aushärtung des in diesem Fall additiv aufge brachten Silikons bewirken kann. Die vorgeschlagene Anordnung, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist, weist entsprechend eine Extrusionseinrichtung, durch die das Bauteilmaterial in viskosem Zustand Schicht für Schicht auf einem Träger auftragbar ist, und eine oder mehrere Laserbearbei tungseinrichtungen auf. Diese Laserbearbeitungsein richtungen sind so angeordnet und ausgebildet, dass sie einen oder mehrere Laserstrahlen synchron zum Materialauftrag durch die Extrusionseinrichtung von der Seite auf das jeweils als Schicht aufgetragene Bauteilmaterial in noch viskosem Zustand richten. Die Laserbearbeitungseinrichtungen können dabei direkt an einer Verfahreinheit bzw. Kinematik der Extrusions- einrichtung angebracht sein oder auch unabhängig von dieser Kinematik. Je nach Aufbau der Anlage kann oder können die Laserbearbeitungseinrichtung(en) ortsfest angeordnet oder auch über eigene Kinematiken wenigstens in Teilen beweglich sein. So ist bspw. auch eine ortsfeste Anordnung des oder der Laser in Verbindung mit einer Kinematik für einen strahlführenden Teil der jeweiligen Laserbearbeitungseinrichtung möglich. Die Anordnung und Ausbildung der Laserbearbeitungs einrichtungien) muss lediglich die Laserbearbeitung der seitlichen Begrenzungen des jeweiligen Schichtbereichs synchron zum Materialauftrag ermöglichen.
Mit dem Verfahren und der zugehörigen Anordnung lassen sich aufgrund des integrierten Laserbearbei- tungsprozesses glatte oder strukturierte Oberflächen bei mittels Materialextrusion hergestellten Bauteilen direkt während der Fertigung erzeugen. Im Vergleich zu einer nachgelagerten Laserbearbeitung werden die Oberflächen unmittelbar bei ihrer Entstehung geglättet oder strukturiert. Dadurch sind auch innen liegende glatte oder gezielt strukturierte Oberflächen mittels Laserbearbeitung erzeugbar. Das Verfahren und die Anordnung vermeiden kosten- und zeitintensive Nacharbeiten bei additiv hergestellten Bauteilen in Bezug auf die Oberflächenstruktur. Zudem können mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Anordnung höhere Aufbauraten mit größeren Schichtstärken bei gleichbleibender Oberflächenqualität generiert werden. Dadurch kann die Technik der Materialextrusion wirtschaftlicher eingesetzt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich mit allen additiven Materialextrusions-Techniken einsetzen, beispielsweise Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Granulär Fabrication (FGF), Direct Energy Deposition (DED), Liquid Additive Manufacturing (LAM) usw.. Die Hauptanwendung besteht in der Glättung der Bauteil- Oberflächen additiv gefertigter Bauteile. Darüber hinaus kann mittels dieser Laserbearbeitung auch eine Funktionalisierung oder Aktivierung der Oberflächen stattfinden . Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung werden nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier
Oberflächeneffekte bei der Materialextrusion, die zu Oberflächenunebenheiten führen; Fig. 2 eine schematisierte Darstellung der
Oberflächenglättung mit dem vorgeschlagenen Verfahren; Fig. 3 ein erstes Beispiel für einen Aufbau der vorgeschlagenen Anordnung in schematischer Darstellung; und Fig. 4 ein zweites Beispiel für einen Aufbau der vorgeschlagenen Anordnung in schematischer Darstellung . Wege zur Ausführung der Erfindung
Bei dem additiven Fertigungsverfahren der Materialextrusion treten Unebenheiten an Oberflächen der gefertigten Bauteile auf, die zu erhöhten Mittenrauwerten an diesen Oberflächen führen. Diese Unebenheiten sind auf zwei Effekte zurückzuführen, die anhand der schematischen Darstellung der Figur 1 veranschaulicht werden. Einer dieser Effekte ist die Bildung von Treppenstufen 7 aufgrund des schichtweisen Aufbaus. Die linke Teilabbildung der Figur 1 zeigt hierbei sechs übereinander aufgebrachte Schichten 8, mit denen in diesem Querschnitt eine halbkreisförmige Sollkontur 9 des Bauteils erzeugt werden soll. Die einzelnen Schichten 8 werden hierbei nacheinander mittels Materialextrusion auf einen Träger 10 aufgebracht. Die Treppenstufen 7 entstehen durch die
Schichtdicke der einzelnen Schichten 8. Gemessen an der Sollkontur 9 ist der Treppenstufeneffekt unterschied lich stark ausgeprägt, so dass auch die Oberflächen struktur des fertigen Bauteils entsprechend variiert.
In der rechten Teilabbildung der Figur 1 ist ein anderer Effekt zu erkennen, der zu einer unebenen Oberfläche führt. Dieser Effekt entsteht durch Überextrusion bei dem Auftrag der jeweiligen Schicht. Diese Überextrusion führt zu überstehenden Wülsten 11 des Bauteilmaterials an den seitlichen Begrenzungen bzw. Rändern der jeweiligen Schichten 8. In der rechten Teilabbildung der Figur 1 sind wiederum mehrere
Schichten 8 und auch die Sollkontur 9 des Bauteils zu erkennen. Oberhalb der Schichten 8 ist die Extrusions düse 2 angedeutet. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren können die unerwünschten Treppenstufen 7 sowie die durch Überextrusion verursachten Wülste 11 noch während des Aufbaus des Bauteils abgetragen bzw. geglättet werden. Dies erfolgt bei der Materialextrusion mit einer integrierten Lasereinheit zur Oberflächenglättung oder Oberflächenstrukturierung. Der materialauftragende Extrusionsprozess und der materialformende bzw. materialabtragende Laserprozess werden hierbei synchronisiert und bilden einen gemeinsamen Prozess- schritt. Dabei werden ein oder mehrere Laserstrahlen 3 auf den Austritt der Extrusionseinheit, in der Regel eine Extrusionsdüse 2, gerichtet, wie dies in Figur 2 schematisch angedeutet ist. Der Laserstrahl 3 wird hierbei orthogonal zur jeweils zu glättenden Oberfläche des Bauteils gerichtet. Die Orthogonalität ist nicht in jedem Falle erforderlich bzw. möglich. Figur 2 zeigt hierbei schematisch, dass während der Materialextrusion das jeweils aufgetragene Bauteilmaterial der einzelnen Schichten 2 unmittelbar beim Auftrag bereits mit dem Laserstrahl 3 bearbeitet wird. Die Bewegungsrichtung der Extrusionsdüse 2 ist mit dem Pfeil angedeutet. Die für die Fertigung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren erforderlichen Systeme bzw. Einrichtungen können in unterschiedlicher Weise angeordnet werden. So zeigt Figur 3 ein erstes Beispiel für eine mögliche Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung. In dieser Figur ist der bereits aufgebaute Teil des Bauteils 1 zu erkennen, auf dem mit der Extrusionsdüse 2 noch weitere Schichten aufgebracht werden. Die Extrusionsdüse 2 ist an einer Kinematik 6 befestigt, die eine Bewegung der Düse 2 in allen drei Raumrichtungen (x, y, z) ermöglicht, wie dies durch die geradlinigen Pfeile in der Figur angedeutet ist. Weiterhin ist in dieser Darstellung eine Lasereinrichtung bestehend aus einem Laser 4 und einer Fokussiereinheit 5 zu erkennen, über die der Laserstrahl 3 umgelenkt und synchron zum Materialauftrag auf die seitliche Begrenzung der aufgetragenen Schicht gerichtet wird. Die Laserein richtung ist in dieser Ausgestaltung um die Extrusionsdüse 2 rotierbar, wie dies durch den gekrümmten Pfeil in der Figur angedeutet ist.
Zusätzlich können auch eine oder mehrere weitere derartiger Lasereinrichtungen am Extruder bzw. der Kinematik 6 angeordnet sein, um die jeweils aufgetragene Schicht gleichzeitig von mehreren Seiten zu bearbeiten. Bei allen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung besteht auch die Möglichkeit, den Laserstrahl bei Bedarf mit Hilfe einer zusätzlichen Scaneinrichtung eine Scanbewegung ausführen zu lassen. Figur 4 zeigt schließlich noch eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung, bei der die Lasereinrichtung bestehend aus Laser 4 und Fokussiereinheit 5 außerhalb der Extrusionseinrichtung mit Extrusionsdüse 2 und Kinematik 6 angeordnet sind. In diesem Beispiel wird eine polare Kinematik eingesetzt, bei der der Träger 10 mit dem Bauteil 1 um eine zentrale Achse rotiert. Die Extrusionsdüse 2 ist dabei an einer weiteren Kinematik angebracht, die eine Bewegung der Extrusionsdüse 2 in den drei Raumrichtungen ermöglicht. Durch die relative Bewegung des Bauteils über die Rotation des Trägers 10 können alle Oberflächen mit nur einer Lasereinrichtung bearbeitet werden. Vorzugsweise sind jedoch wenigstens zwei sich gegenüber liegende Lasereinrichtungen in dieser Anordnung vorhanden, um die jeweils aufgebrachte Schicht von beiden Seitens gleichzeitig bearbeiten zu können.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Anordnungen stellen nur Beispiele dar. Die Anordnung, der Aufbau und die Anzahl der Lasereinrichtungen können ebenso wie die Anordnung und der Aufbau der Extrusions- einrichtung variieren.
Bezugszeichenliste
1 Bauteil
2 Extrusionsdüse
3 Laserstrahl
4 Laser
5 Fokussiereinheit
6 Kinematik
7 Treppenstufen
8 Schichten
9 Sollkontur des Bauteils
10 Träger
11 Wulst

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion, bei dem die Bauteile (1) schichtweise aus einem Bauteilmaterial aufgebaut werden, das in viskosem Zustand Schicht für Schicht auf einem Träger (10) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils als Schicht (8) aufgetragene Bauteilmaterial synchron zum Materialauftrag in noch viskosem Zustand mit wenigstens einem auf eine seitliche Begrenzung der Schicht (8) gerichteten Laserstrahl (3) bearbeitet wird, so dass Materialauftrag und Laserbearbeitung einen gemeinsamen Prozessschritt bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Begrenzung der Schicht (8) durch den Laserstrahl (3) wenigstens zum Teil geformt und/oder abgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgetragene Bauteilmaterial an der seitlichen Begrenzung der Schicht (8) durch den Laserstrahl (3) aufgeschmolzen und/oder teilweise verdampft wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung mit dem Laserstrahl (3) so durchgeführt wird, dass eine Glättung von Unebenheiten an Oberflächen des Bauteils (1) erreicht wird, die durch den schichtweisen Aufbau verursacht sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bearbeitung mit dem Laserstrahl (3) durch Überextrusion verursachte Unebenheiten und/oder durch den schichtweisen Aufbau verursachte Treppenstufen an den Oberflächen des Bauteils (1) geglättet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (3) unter einem Winkel von < 45°, vorzugsweise < 10°, zu einer Schichtebene der Schicht (8) auf die seitliche Begrenzung der Schicht (8) gerichtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigung der Bauteile (1) mit einer Anlage zur Materialextrusion erfolgt, in die ein oder mehrere Lasereinrichtungen (4, 5) zur Erzeugung des einen oder der mehreren Laser strahlen (3) integriert sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung mit wenigstens zwei von gegenüberliegenden Seiten eingestrahlten Laserstrahlen (3) erfolgt, die auf gegenüber liegende seitliche Begrenzungen der Schicht (8) gerichtet werden.
9. Anordnung zur additiven Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion, bei der die Bauteile (1) schichtweise aus einem Bauteilmaterial aufgebaut werden, mit
- einer Extrusionseinrichtung (2, 6), durch die das Bauteilmaterial in viskosem Zustand Schicht für Schicht auf einem Träger (10) auftragbar ist, und
- einer oder mehreren Laserbearbeitungs einrichtungen (4, 5), die so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie einen oder mehrere Laserstrahlen (3) synchron zum Materialauftrag durch die Extrusionseinrichtung (2, 6) seitlich auf das jeweils als Schicht aufgetragene Bauteilmaterial in noch viskosem Zustand richten, so dass Materialauftrag und Laserbearbeitung einen gemeinsamen Prozessschritt bilden.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinrichtung(en) (4, 5) so angeordnet und ausgebildet ist oder sind, dass sie den oder die Laserstrahl(en) (3) unter einem Winkel von < 45°, vorzugsweise < 10°, zu einer
Schichtebene der Schicht (8) auf die seitliche Begrenzung der Schicht (8) richtet oder richten.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinrichtungen (4, 5) so angeordnet und ausgebildet ist oder sind, dass sie die Laserstrahlen (3) gleichzeitig von gegenüber liegenden Seiten auf gegenüberliegende seitliche Begrenzungen der Schicht (8) richten.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionseinrichtung (2, 6) eine
Kinematik (6) aufweist, an der auch die eine oder die mehreren Lasereinrichtungen (4, 5) befestigt sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Lasereinrichtungen (4, 5) unabhängig von einer Kinematik (6) der Extrusionseinrichtung (2, 6) angeordnet sind.
EP22727781.1A 2021-05-07 2022-05-03 Verfahren und anordnung zur additiven fertigung von bauteilen mittels materialextrusion Pending EP4334115A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021111966.9A DE102021111966A1 (de) 2021-05-07 2021-05-07 Verfahren und Anordnung zur additiven Fertigung von Bauteilen mittels Materialextrusion
PCT/EP2022/061786 WO2022233831A1 (de) 2021-05-07 2022-05-03 Verfahren und anordnung zur additiven fertigung von bauteilen mittels materialextrusion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4334115A1 true EP4334115A1 (de) 2024-03-13

Family

ID=81940528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22727781.1A Pending EP4334115A1 (de) 2021-05-07 2022-05-03 Verfahren und anordnung zur additiven fertigung von bauteilen mittels materialextrusion

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240217169A1 (de)
EP (1) EP4334115A1 (de)
JP (1) JP2024522055A (de)
DE (1) DE102021111966A1 (de)
WO (1) WO2022233831A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023100450A1 (de) 2023-01-10 2024-07-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren und Herstellungssystem zur additiven Herstellung einer Schaltungseinheit sowie Schaltungseinheit

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017210490A1 (en) 2016-06-01 2017-12-07 Arevo, Inc. Localized heating to improve interlayer bonding in 3d printing
US11117321B2 (en) 2016-09-22 2021-09-14 Sciperio, Inc Selective laser sintered fused deposition printing with cooling
US11440261B2 (en) * 2016-11-08 2022-09-13 The Boeing Company Systems and methods for thermal control of additive manufacturing
CN106584845A (zh) * 2016-12-22 2017-04-26 中国科学院化学研究所 一种用于熔融挤出成型的3d打印的方法及装置
DE102018108145A1 (de) 2018-04-06 2019-10-10 Volkswagen Ag Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen von mittels 3D-Druck gefertigten Bauteilen sowie ein solches bearbeitetes Bauteil

Also Published As

Publication number Publication date
US20240217169A1 (en) 2024-07-04
JP2024522055A (ja) 2024-06-11
DE102021111966A1 (de) 2022-11-10
WO2022233831A1 (de) 2022-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2018261B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objektes
EP3263338B1 (de) Verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102007006478B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Zuführen von sinterbarem Pulver auf eine Auftragsstelle einer Lasersintereinrichtung
DE3751819T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gesinterten Formkörpern durch Teilsinterung
EP2539080B1 (de) Verfahren zum beschichten von bauteilen
EP3149349B1 (de) Lageranordnung und zugehöriges herstellungsverfahren
DE19853978C1 (de) Vorrichtung für das selektive Laser-Schmelzen zur Herstellung eines Formkörpers
EP3538301B1 (de) 3d-druckvervorrichtung und 3d-druckverfahren
DE102015104827A1 (de) Generatives Schichtaufbauverfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen faserverstärkten Objekts
DE102006003152A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen
DE102014222302A1 (de) Herstellen eines Bauteils durch Selektives Laserschmelzen
DE102008027315A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Werkstücken
EP2502730A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in Schichtbauweise
DE102009048706A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils mittels generativen Auftragens
DE102016209094A1 (de) Schichtweise erzeugter Formkörper
DE102017200152A1 (de) Additives Fertigungsverfahren
EP1669182B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Folien oder Compound-Formteilen
WO2012051979A2 (de) Vorrichtung zum herstellen, reparieren und/oder austauschen eines bauteils mittels eines durch energiestrahlung verfestigbaren pulvers, sowie ein verfahren und ein gemäss dem verfahren hergestelltes bauteil
EP4334115A1 (de) Verfahren und anordnung zur additiven fertigung von bauteilen mittels materialextrusion
DE102007009277A1 (de) Generatives Fertigungsverfahren großflächiger Bauteile
WO2012062253A2 (de) Vorrichtung zum herstellen, reparieren und/oder austauschen eines bauteils mittels eines durch energiestrahlung verfestigbaren pulvers, sowie ein verfahren und ein gemäss dem verfahren hergestellten bauteils
DE102016207309A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Schmelzschichten von Werkstücken
DE102017100258A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur durch Wärmeeintrag unterstützten Schichtverschweißung in 3D-Druckverfahren mit schichtweisem Aufbau
EP4069482B1 (de) Vorrichtung sowie ein verfahren zum beschichten einer fläche eines werkstücks
DE102018125853A1 (de) Vorrichtung zur additiven Fertigung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231204

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR