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Kurzfassung

Der Hauptanspruch der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes zu erzeugen, indem eine Überführung des benötigten Ausgangsmaterials in die flüssige Phase unter Verwendung eines Energie- oder Materialstrahls erfolgt. Vorzugsweise sollen hierfür Dioden-Laser zur Anwendung gelangen.

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Hintergrund

Generative Fertigungsverfahren stellen eine Möglichkeit zur Erzeugung von Bauteilen dar, die sich von klassischen Fertigungsverfahren signifikant unterscheidet. Die Grundidee dabei ist, ein Bauteil durch das Aneinander- und Aufeinander-Fügen von kleinen Materialmengen herzustellen, anstatt durch das Entfernen von Material, wie es beispielsweise bei spanenden Verfahren wie Bohren, Drehen und Fräsen der Fall ist.

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Bilder & Videos

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Lösung

Die Vorrichtung kann als Einfach- oder Mehrfachkammersystem ausgelegt sein. An jeder Kammer ist ein Diodenlaser angeordnet. Jede Kammer weist ein anderes Ausgangsmaterial auf bzw. gleiche Materialart mit unterschiedlichen Farbeigenschaften. Dadurch ist es möglich, zum einen Gradientenwerkstücke herzustellen, welche nicht nur aus zwei Komponenten bestehen. Daraus können neuartige Gestaltungsmöglichkeiten und Gestaltungsgrundlagen für dreidimensionale Bauteile generiert und abgeleitet werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, farbliche Verläufe genau zu definieren. Je nach Zu- und Abschalten der Diodenlaser können eine Vielzahl von Kammersystemen zu einem Komplettsystem zusammengefasst werden. Dadurch besteht keine Limitierung der verwendbaren Farbenanzahl.

Die Strahlführung, von der Energiequelle zum Ausgangsmaterial, kann auf verschiedenen Wegen realisiert werden. Mit Hilfe von optischen Bauelementen (Kollimations- und Fokussieroptiken) kann der Energiestrahl an die gewünschte Position geführt werden. In Abhängigkeit der Strahlparameter, durch die Anordnung der optischen Bauteile kann der Fokusdurchmesser und damit einhergehend die Intensität festgelegt werden. Durch Variation des Abstandes zwischen Ausgangsmaterial und Energiequelle/optische Komponenten bzw. zwischen Energiequelle und optischen Komponenten kann der Brennfleckdurchmesser und damit die Intensität variiert und eingestellt werden. Dadurch kann definiert werden, welches Volumen aufgeschmolzen wird und für den Bauprozess zur Verfügung stehen soll.

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Vorteile

Durch die Erfindung kann eine sehr flexible Fertigung, welche bis dato bei additiven Technologien (3D-Druck) nicht vorherrschen, generiert werden. Bei den additiven Verfahren ist es notwendig, das zu erstellende Bauteil in verfahrensabhängige Schichten zu wandeln (auch Slicen genannt). Durch die Erfindung ist es nun möglich, jede Schicht bauteil- und geometrieabhängig zu variieren. Die einzelnen Schichten können mit einem hohen Volumen aufgetragen werden, wobei durch die schnellen Schaltzeiten des Diodenlasers auch Materialwechsel und somit eigenschaftsändernde Funktionalitäten in der einzelnen Schicht erfolgen können.

Vorteile des Diodenlasereinsatzes:

• sehr kompakte Bauweise
• einfaches Pumpen mittels elektrischem Strom
• hoher Wirkungsgrad (zwischen 25 – 50 %)
• sehr robust, lange Wartungsintervalle, lange Lebensdauer
• Laserdiodenstacks mit einer optischen Leistung von 0,5 – 1 kW
• Laserdiodenbarren mit einer optischen Leistung bis 100 W
• Betriebsart: continuous wave (cw), quasi continuous wave (qcw, gepulst)

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Anwendungsbereiche

Die Perfektionierung von generativen Fertigungsverfahren gewinnt in vielen Wirtschaftsbereichen (Automobilindustrie, Medizintechnik, Konsumgüter usw.) immer mehr an Bedeutung, um leichtere, festere und kostengünstigere Produkte herstellen zu können.