HK194796A - Method and apparatus for producing parts by selective sintering - Google Patents

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HK194796A
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HK
Hong Kong
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powder
layer
target surface
aim
laser
Prior art date
Application number
HK194796A
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English (en)
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Carl R. Deckard
Original Assignee
Board Of Regents The University Of Texas System
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Publication date
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Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines Teiles (52), das die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Aufbringen einer ersten Schicht eines sinterfähigen Pulvers (22) auf eine Aufnahmefläche (26);
Abtasten des Zieles eines gerichteten Energiestrahles (64) über der Aufnahmefläche, um die ausgewählten Abschnitte der ersten Schicht (54) des Pulvers entsprechend einem ersten Querschnittsbereich des Teiles (52) zu schmelzen, indem der Strahl (64) eingesetzt wird, wenn das Ziel des Strahles (64) innerhalb der Grenzen zu finden ist, die durch den ersten Querschnittsbereich abgegrenzt werden;
Aufbringen einer zweiten Schicht des sinterfähigen Pulvers (22) auf die erste Schicht (54);
Abtasten des Zieles eines gerichteten Energiestrahles (64) über der Aufnahmefläche (26), um die ausgewählten Abschnitte der zweiten Schicht (55) entsprechend einem zweiten Querschnittsbereich des Teiles (52) zu sintern, indem der Strahl (64) eingesetzt wird, wenn das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen zu finden ist, die durch den Querschnittsbereich abgegrenzt werden, so daß die gesinterten Abschnitte der ersten und der zweiten Schicht (54, 55) während des Sinterns der zweiten Schicht (55) verbunden werden; und
Aufbringen weiterer nachfolgender Schichten des sinterfähigen Pulvers (22) auf die vorangegangenen Schichten und Sintern einer Schicht eines jeden nachfolgenden Abschnittes, um ein Teil (52) herzustellen, das eine Vielzahl von gesinterten Schichten (54, 55, 56, 57) aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gesinterten und des nicht gesinterten Pulvers auf der Aufnahmefläche (26) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschritte das Ziel des Strahles (64) nur innerhalb der entsprechenden Grenzen der entsprechenden Querschnittsbereiche führen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Abtastens und des Sinterns außerdem die Schritte des Bewegens des Zieles des Strahles (64) in eine Rasterabtastung (66) und des Ein- und Ausschaltens des Strahles (64) während der Rasterabtastung (66) umfassen, wenn das Ziel sich innerhalb der Grenzen befindet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterabtastung (66) erhalten wird, indem der Strahl (64) in einer ersten Richtung (68) zurückgeführt wird, und indem der Strahl (64) aus der ersten Richtung in eine zweite Richtung (70) zurückgeführt wird, um auf eine im allgemeinen ebene Aufnahmefläche aufzutreffen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Rückführung des Strahles (64) die Verwendung eines Spiegelpaares (46, 47), das mit den entsprechenden Galvanometern (48, 49) verbunden ist, umfaßt, wobei der erste Spiegel (46) verschoben wird, um die Bewegung des Strahles (64) in der Aufnahmefläche (26) in einer ersten Hauptrichtung (68) zu bewirken, und wobei der zweite Spiegel (47) verschoben wird, um die Bewegung des Strahles (64) in der Aufnahmefläche (26) in einer zweiten Hauptrichtung (70) senkrecht zur ersten Richtung (68) zu bewirken.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (52) mit einem Klebstoff imprägniert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver (22) kontinuierlich auf der Aufnahmefläche (26) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens die folgenden Teilschritte umfaßt:
dosiertes Aufbringen einer Aufschüttung des Pulvers (106) in der Nähe eines Endes (110) der Aufnahmefläche (102); und
Bewegen einer gegenläufigen Walze (116) von einem Ende (110) zum anderen Ende (112) der Aufnahmefläche (102), um mit der Aufschüttung des Pulvers in Berührung zu kommen und hinter der sich bewegenden Walze (116) eine Schicht (164) des Pulvers zurückzulassen.
9. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die aufweist:
eine Energiequelle (12), die so funktionsfähig ist, daß sie einen gebündelten Energiestrahl (64) emittiert;
eine Konstruktion (28), die eine Aufnahmefläche (26) besitzt, auf der ein Teil (52) schichtartig hergestellt werden soll;
eine Einrichtung für das dosierte Aufbringen einer Schicht des sinterfähigen Pulvers (22) auf die Aufnahmefläche (26); und
einen Regler (16), der so funktionsfähig ist, daß er das Ziel des gebündelten Energiestrahles (64) führt, um selektiv innerhalb festgelegter Grenzen einen Abschnitt einer jeden Schicht (54, 55, 56, 57) des Pulvers (22), das auf die Aufnahmefläche (26) dosiert aufgebracht wurde, zu sintern,
wobei der Regler (16) eine Abtastanlage (42), um das Ziel des Energiestrahles (64) in die Aufnahmefläche (26) in einem sich wiederholenden Muster (66) zu bewegen, und einen Computer (40) umfaßt, der mit den festgelegten Grenzen einer jeden Schicht (54, 55, 56, 57) des Teiles (52) programmiert ist, um den Energiestrahl (64) einzuschalten, wobei sich das Ziel des Strahles (64) innerhalb der festgelegten Grenzen für jede Schicht (54, 55, 56, 57) befindet, während das Ziel des Strahles (64) in die Aufnahmefläche (26) bewegt wird, und wobei er funktionsfähig ist, um den Energiestrahl (64) über die Aufnahmefläche (26) zu führen, um ausgewählte Abschnitte der aufeinanderfolgenden Schichten (54, 55, 56, 57) des Pulvers (22) innerhalb der entsprechenden festgelegten Grenzen in Übereinstimmung mit den aufeinanderfolgenden Querschnittsbereichen eines Teiles zu sintern; und
wobei die Einrichtung für das dosierte Aufbringen (14) so funktionsfähig ist, daß die nachfolgenden Schichten des Pulvers (55, 56, 57) jeweils nach dem selektiven Sintern einer vorangegangenen Schicht (54, 55, 56) dosiert aufgebracht werden, so daß die gesinterten ausgewählten Abschnitte einer jeden der nachfolgenden Schichten mit den gesinterten Abschnitten einer vorangegangenen Schicht verbunden werden, um ein Teil (52) herzustellen, das eine Vielzahl von Schichten (54, 55, 56, 57) aufweist, die miteinander gesintert wurden; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet wird, daß eine Einrichtung (132) für die Steuerung der Temperatur des gesinterten und des nicht gesinterten Pulvers auf der Aufnahmefläche (26) vorhanden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle einen Laser aufweist, so daß der Energiestrahl (64) ein Laserstrahl ist, und dadurch, daß der Regler (16) eine Einrichtung (42, 44, 35, 38) für das Führen des Zieles des Laserstrahles (64) in die Aufnahmefläche (26) und eine Einrichtung für das Steuern des Lasers umfaßt, indem der Strahl (64) ein- und ausgeschaltet wird, um das Pulver (22) in der Aufnahmefläche (26) selektiv zu sintern.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (42) so funktionsfähig ist, daß das Ziel des Laserstrahles (64) in eine Rasterabtastung (66) der Aufnahmefläche (26) bewegt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung eine oder mehrere Linsen (36, 38) umfaßt, um den Laserstrahl (64) zu bündeln.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung ein Prisma (44) umfaßt, um die Richtung des Laserstrahles (64) zu verändern, der aus der Lasereinrichtung (12) emittiert wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (132) für das Zuführen von Luft mit geregelter Temperatur zum Teil (52) vorhanden ist, um die Temperatur des Teiles (52) zu mäßigen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (40) so funktionsfähig ist, daß die festgelegten Grenzen der ausgewählten Abschnitte einer jeden Schicht (54, 55, 56, 57) des Teiles (52) bestimmt werden, wodurch die Gesamtabmessungen des Teiles (52) erhalten werden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für das dosierte Aufbringen des Pulvers einen Trichter (104) für das Aufnehmen des Pulvers (106), eine Dosieraustrittsöffnung (108), die das Pulver (106) zur Aufnahmefläche (102) führt, und eine gegenläufige Walze (116) umfaßt, die sich über die Aufnahmefläche (102) bewegt, um das Pulver (106) auf der Aufnahmefläche (102) zu verteilen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für das dosierte Aufbringen (14) so funktionsfähig ist, daß ein Kunststoff-, Keramik-, Polymer- oder Metallpulver dosiert aufgebracht werden kann.
18. Verwendung einer Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist: eine Energiequelle (12), die so funktionsfähig ist, daß ein gebündelter Energiestrahl (64) emittiert wird; eine Konstruktion (28), die eine Aufnahmefläche (26) besitzt, auf der ein Teil (52) in schichtartiger Weise hergestellt werden soll; eine Einrichtung (14) für das dosierte Aufbringen einer Schicht eines sinterfähigen Pulvers (22) auf der Aufnahmefläche (26); und einen Regler (16), der funktionsfähig ist, um das Ziel des gebündelten Energiestrahles (64) so zu führen, daß innerhalb festgelegter Grenzen ein Abschnitt einer jeden Schicht (54, 55, 56, 57) des Pulvers (22), das auf der Aufnahmefläche (26) dosiert aufgebracht wurde, selektiv gesintert wird, wobei der Regler (16) so funktionsfähig ist, daß er den Energiestrahl (64) über die Aufnahmefläche (26) führt, um ausgewählte Abschnitte der aufeinanderfolgenden Schichten (54, 55, 56, 57) des Pulvers (22) innerhalb der entsprechenden festgelegten Grenzen in Übereinstimmung mit den aufeinanderfolgenden Querschnittsbereichen eines Teiles zu sintern; und wobei die Einrichtung für das dosierte Aufbringen (14) so funktionsfähig ist, daß die nachfolgenden Schichten des Pulvers (55, 56, 57) jeweils nach dem selektiven Sintern einer vorangegangenen Schicht (54, 55, 56) dosiert aufgebracht werden, so daß die gesinterten ausgewählten Abschnitte einer der nachfolgenden Schichten mit den gesinterten Abschnitten einer vorangehenden Schicht verbunden werden, um ein Teil (52) herzustellen, das eine Vielzahl von Schichten (54, 55, 56, 57) aufweist, die miteinander gesintert wurden; und dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (132) für die Steuerung der Temperatur des gesinterten und des nicht gesinterten Pulvers auf der Aufnahmefläche (26) vorhanden ist.
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