DE29907262U1

DE29907262U1 - Device for producing a three-dimensional object using rapid prototyping

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Publication number: DE29907262U1
Application number: DE29907262U
Authority: DE
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2009-04-24

Description

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PRÜFER & PARTNER GbR · PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENT ATTORNEYSPRÜFER & PARTNER GbR · PATENT ATTORNEYS · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

EP 376-1327'4.1 P/DH/RPEP 376-1327'4.1 P/DH/RP

EOS GmbH Electro Optical Systems, 82152 PlaneggEOS GmbH Electro Optical Systems, 82152 Planegg

Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes mittels Rapid PrototypingDevice for producing a three-dimensional object using rapid prototyping

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The invention relates to a device for producing a three-dimensional object according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0 734 842 A bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung wird ein Objekt durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials jeweils an dem Querschnitt des Objektes in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen mittels eines Laserstrahles verfestigt bzw. gesintert. Das Objekt wird dabei auf einer Platte gebildet, die aus einem Material gebildet ist, an dem das Aufbaumaterial bei der Verfestigung anhaftet und die in einem getrennten Herstellungsprozeß vor dem eigentlichen Bauprozeß des Objekts hergestellt worden ist. Diese vorgefertigte Platte ist auf einem darunterliegenden Objektträger der über eine Höheneinstellvorrichtung anhebbar und absenkbar ist, lösbar befestigt. Die Platte aus vorgesintertem Pulvermaterial weist dieselbe Querschnittfläche auf, wie der Objektträger. Nach dem Bauprozeß wird die Platte zusammen mit dem Objekt aus der Vorrichtung entnommen und in einem Schritt der Nachbehandlung an den Querschnitt des Objektes in der untersten Schicht, beispielsweise durch Sägen und Feilen angepaßt.Such a device is known from EP 0 734 842 A. In the known device, an object is solidified or sintered by layer-by-layer solidification of a powdered construction material at points corresponding to the cross-section of the object in the respective layer using a laser beam. The object is formed on a plate that is made of a material to which the construction material adheres during solidification and that was manufactured in a separate manufacturing process before the actual construction process of the object. This prefabricated plate is detachably attached to an object carrier underneath that can be raised and lowered using a height adjustment device. The plate made of pre-sintered powder material has the same cross-sectional area as the object carrier. After the construction process, the plate is removed from the device together with the object and, in a post-processing step, is adapted to the cross-section of the object in the lowest layer, for example by sawing and filing.

D-81545 MÜNCHEN, HARTHAUSER STR. 25d · Telefon (089) 640640 ■ Telefax (089) 6422238D-81545 MUNICH, HARTHAUSER STR. 25d · Telephone (089) 640640 ■ Fax (089) 6422238

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Bei der bekannten Vorrichtung besteht jedoch das Problem, daß die Position des zu bildenden Objektes auf der Platte nicht genau reproduzierbar ist, da diese ausschließlich über Positionsdaten in einem den Laserstrahl ablenkenden Scanner definiert ist. Ferner besteht das Problem, daß bei kleineren Objekten in dem nachfolgenden Nachbearbeitungsschntt viel von der vorgesinterten Platte entfernt werden muß, was einen erhöhten Arbeits- und Materialaufwand zur Folge hat. Für den Fall, daß zwei oder mehr Objekte gleichzeitig hergestellt werden sollen, ist die Verwendung einer vorgesinterten Platte wie beim Stand der Technik im Hinblick auf eine spätere Nachbearbeitung der Objekte umständlich.However, the known device has the problem that the position of the object to be formed on the plate cannot be reproduced exactly, since this is defined exclusively by position data in a scanner that deflects the laser beam. There is also the problem that, for smaller objects, a lot of the pre-sintered plate has to be removed in the subsequent post-processing step, which results in increased labor and material expenditure. In the event that two or more objects are to be produced at the same time, the use of a pre-sintered plate as in the prior art is cumbersome with regard to later post-processing of the objects.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes bereitzustellen, bei der eine genaue und reproduzierbare Positionierung des Objektes und eine größere Variabilität bei der Herstellung ermöglicht wird.It is the object of the invention to provide a device for producing a three-dimensional object, which enables precise and reproducible positioning of the object and greater variability in production.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Schutzanspruch 1.The object is achieved by a device according to claim 1.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren.Further features and advantages of the invention will become apparent from the description of an embodiment based on the figures.

Von den Figuren zeigen:From the figures show:

Fig.l
Fig. 2Fig.l
Fig.2

eine schematische Querschnittansicht der Vorrichtung;a schematic cross-sectional view of the device;

eine Draufsicht auf einen Plattformträger mit zwei eingespannten Bauplattformen;a top view of a platform carrier with two clamped construction platforms;

Fig. 3aFig. 3a

eine Querschnittansicht des Plattformträgers mit zwei eingespannten Bauplattformen entlang der Linie B-B von Fig. 2;a cross-sectional view of the platform support with two clamped construction platforms along the line B-B of Fig. 2;

Fig. 3bFig. 3b

eine Querschnittansicht des Plattformträgers mit zwei eingespannten Bauplattformen entlang der Linie A-A von Fig. 2;a cross-sectional view of the platform support with two clamped construction platforms along the line A-A of Fig. 2;

Fig. 4aFig. 4a

eine Seitenansicht eines ersten Spannelementes von Fig. 2;a side view of a first clamping element of Fig. 2;

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Fig. 4b eine Draufsicht auf die Oberseite des Spannelementes von Fig.Fig. 4b is a plan view of the top of the clamping element of Fig.

4a;4a;

Fig. 4c eine perspektivische Ansicht des Spannelementes von Fig. 4a;Fig. 4c is a perspective view of the clamping element of Fig. 4a;

Fig. 5a eine Seitenansicht eines zweiten Spannelementes von Fig. 2;Fig. 5a is a side view of a second clamping element of Fig. 2;

Fig. 5b eine Draufsicht auf die Oberseite des Spannelementes von Fig.Fig. 5b is a plan view of the top of the clamping element of Fig.

5a;5a;

Fig. 5c eine perspektivische Ansicht des Spannelementes von Fig. 5a;Fig. 5c is a perspective view of the clamping element of Fig. 5a;

Fig. 6a eine Draufsicht auf eine positionierte Bauplattform nach einerFig. 6a is a plan view of a positioned construction platform after a

weiteren Ausführungsform der Erfindung;further embodiment of the invention;

Fig. 6b eine Seitenansicht des in Fig. 6a gezeigten Spannelements; undFig. 6b is a side view of the clamping element shown in Fig. 6a; and

Fig. 6c eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines PoFig. 6c is a side view of another embodiment of a Po

sitionier- und Fixierelementes.positioning and fixing element.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung zum Herstellen eines oder mehrerer dreidimensionalen Objekte 50, 50' einen an seiner Oberseite offenen Behälter 1 auf, in dem ein Objektträger mit einer zu der Oberkante la des Behälters parallel ausgerichteten Basisplatte 2, die über eine schematisch angedeutete Höheneinstellvorrichtung 3 in vertikaler Richtung in definierter Weise anhebbar und absenkbar ist. Ein Zwischenraum zwischen dem Rand der Basisplatte 2 und der Innenwand des Behälters 1 ist durch eine an dem Rand der Basisplatte 2 umlaufend angebrachte flexible Dichtlippe 2a abgedichtet.As can best be seen from Fig. 1, the device for producing one or more three-dimensional objects 50, 50' has a container 1 that is open at its top, in which a slide with a base plate 2 that is aligned parallel to the upper edge 1a of the container and can be raised and lowered in a defined manner in the vertical direction via a schematically indicated height adjustment device 3. A gap between the edge of the base plate 2 and the inner wall of the container 1 is sealed by a flexible sealing lip 2a that is attached all the way around the edge of the base plate 2.

Auf der Oberseite der Basisplatte 2 ist ein Plattformträger zum Tragen von Bauplattformen 21, 21' in Form einer Platte 20 abnehmbar befestigt, beispielsweise mittels Schrauben 22. Auf dem Plattformträger sind ein oder mehrere Bauplattformen 21, 2V vorgesehen, die als Bauunterlage bzw. Sockel für jeweils ein zu bildendes Objekt 50, 50' dienen. Die Platte 20 istOn the top of the base plate 2, a platform carrier for carrying construction platforms 21, 21' in the form of a plate 20 is detachably attached, for example by means of screws 22. One or more construction platforms 21, 2V are provided on the platform carrier, which serve as a construction base or base for each object 50, 50' to be formed. The plate 20 is

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quadratisch ausgebildet und weist im Querschnitt gesehen dieselbe Größe wir die Basisplatte 2 auf und schließt an den Außenflächen bündig mit dieser ab. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, bilden die in der Draufsicht aufeinander senkrecht stehenden Kanten der quadratischen Platte 20 Bezugskanten X, Y für die Achsen eines Koordinatensystems zum Bestimmen von absoluten Positionen auf der Plattenoberfläche. In einem Abstand von jeder Ecke der Platte ist jeweils eine durchgehende Bohrung 22 zum Hindurchführen der Befestigungsschrauben 22a, mit denen die Platte 20 an der Basisplatte 2 befestigt ist, vorgesehen. Auf der Oberseite der Platte 20 ist eine Mehrzahl von tolerierten Paßbohrungen 23 vorgesehen. Die Paßbohrungen 23 weisen einen als Sackbohrung mit Gewinde ausgebildeten ersten Abschnitt 24 zum Einschrauben von Befestigungsschrauben 25 und einen daran anschließenden sich bis zur Plattenoberfläche erstreckenden gewindelosen zweiten Abschnitt auf, der einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt 24 aufweist, der zur Aufnahme von auf der Unterseite der Bauplattformen 21, 21' angebrachten Positionierstiften 27 dient, auf. Die Paßbohrungen 23 sind in einer Mehrzahl von parallelen Reihen 28a, 28b, ...mit vorgegebenen Abständen von und parallel zu der Bezugskante X vorgesehen. Innerhalb einer Reihe 28a, 28b, ...weisen die Paßbohrungen gleichmäßige Abstände zueinander auf. Zwischen jeder der zur Bezugskante X parallelen Reihen 28a, 28b,... ist auf der Oberseite der Platte 20 eine zur Bezugskante X parallele Nut 29a, 29b,.... vorgesehen. Die Platte 20 ist geschliffen und aus Metall, bevorzugt aus einem verzugsarmen Stahl gebildet. Die Nut 29a, 29b,... dient beispielsweise bei der Reinigung als Staubauffänger.square and, viewed in cross-section, has the same size as the base plate 2 and is flush with the latter on the outer surfaces. As can be seen in particular from Fig. 2, the edges of the square plate 20, which are perpendicular to one another in plan view, form reference edges X, Y for the axes of a coordinate system for determining absolute positions on the plate surface. At a distance from each corner of the plate, a through hole 22 is provided for passing through the fastening screws 22a with which the plate 20 is fastened to the base plate 2. A plurality of toleranced fitting holes 23 are provided on the top side of the plate 20. The fitting holes 23 have a first section 24 designed as a blind hole with a thread for screwing in fastening screws 25 and an adjoining unthreaded second section extending to the plate surface, which has a larger diameter than the first section 24 and serves to accommodate positioning pins 27 attached to the underside of the construction platforms 21, 21'. The fitting holes 23 are provided in a plurality of parallel rows 28a, 28b, ... with predetermined distances from and parallel to the reference edge X. Within a row 28a, 28b, ... the fitting holes are evenly spaced from one another. Between each of the rows 28a, 28b, ... parallel to the reference edge X, a groove 29a, 29b, ... parallel to the reference edge X is provided on the top side of the plate 20. The plate 20 is ground and made of metal, preferably of a low-distortion steel. The groove 29a, 29b,... serves, for example, as a dust collector during cleaning.

Wie insbesondere aus den Figuren 2, 3a und 3b ersichtlich ist, sind die Bauplattformen 21, 21' im wesentlichen quaderförmig ausgebildet mit einer Oberseite 30, 30' und einer der Platte 20 in eingebautem Zustand zugewandten Unterseite 31, 31'. An der Unterseite 31 jeder Bauplattform sind Sackbohrungen 32 zur paßgenauen Aufnahme der Positionierstifte 27 vorgesehen. Die Sackbohrungen 32 weisen einen Abstand voneinander auf, der dem Abstand der entsprechenden Paßbohrungen 23 auf der Platte 20 entspricht, so daß die Bauplattformen mittels der Positionierstifte 27 an gewünschten Positionen auf der Platte 20 positioniert werden können. Bevorzugt sind an der Unterseite der Bauplattformen zwei Sackbohrungen 32 zur Aufnahme von Positionierstiften vorgesehen. Durch das Vorsehen von zwei Sackbohrungen 32 mit Positionierstiften 27, die in die zweiten Abschnitte 26 der Paßbohrungen 23 auf der Platte 20 eingreifen, kann eine Bauplattform an gewünschten vorgegebenen Stellen auf der Platte 2 präzise positioniert werden. Die Größe der Bauplattform ist in AbhängigkeitAs can be seen in particular from Figures 2, 3a and 3b, the construction platforms 21, 21' are essentially cuboid-shaped with an upper side 30, 30' and a lower side 31, 31' facing the plate 20 in the installed state. On the lower side 31 of each construction platform, blind holes 32 are provided for the precise reception of the positioning pins 27. The blind holes 32 are spaced apart from one another by a distance that corresponds to the distance between the corresponding fitting holes 23 on the plate 20, so that the construction platforms can be positioned at desired positions on the plate 20 using the positioning pins 27. Preferably, two blind holes 32 are provided on the lower side of the construction platforms for the reception of positioning pins. By providing two blind holes 32 with positioning pins 27, which engage in the second sections 26 of the fitting holes 23 on the plate 20, a construction platform can be precisely positioned at desired predetermined locations on the plate 2. The size of the construction platform depends on

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von der Größe des zu bildenden Objektes gewählt. An jeder der Längsseiten jeder Bauplattform 21,21' ist eine in vorgegebenen Abstand zur Unterseite verlaufende Nut 33 mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen, in die zur Arretierung der Bauplattform vorgesehene Spannelemente 34,35 eingreifen. Die Bauplattformen sind aus einem Material gebildet, an dem das gesinterte Pulver gut anhaftet.selected on the size of the object to be formed. On each of the long sides of each construction platform 21,21' there is a groove 33 with a rectangular cross-section that runs at a predetermined distance from the underside, into which the clamping elements 34,35 intended to lock the construction platform engage. The construction platforms are made of a material to which the sintered powder adheres well.

Eine erste Ausführungsform eines Spannelementes 34 ist dazu vorgesehen, an einer freien Längsseite einer Bauplattform 21, 21' anzugreifen. Ein zweiter Typ eines Spannelementes ist dazu vorgesehen, jeweils an einer der Längsseiten zweier nebeneinander auf der Platte 2 angeordneten Bauplattformen 21, 21' anzugreifen, für den Fall, daß zwei Objekte nebeneinander und gleichzeitig gebaut werden sollen.A first embodiment of a clamping element 34 is intended to engage a free longitudinal side of a construction platform 21, 21'. A second type of clamping element is intended to engage one of the long sides of two construction platforms 21, 21' arranged next to one another on the plate 2, in the event that two objects are to be built next to one another and at the same time.

Wie insbesondere aus den Figuren 3a bis 4 ersichtlich ist, weist die erste Ausführungsform des Spannelementes , d.h. das Spannelement 34, einen quaderförmigen Grundkörper mit einer Oberseite 36 und einer in eingebautem Zustand der Platte 20 zugewandten Unterseite 37 auf. An einer der Seiten des Spannelementes ist an der Oberseite 36 ein leistenartiger Vorsprung 38 vorgesehen, der sich über die gesamte Länge des Spannelementes erstreckt. Diagonal gegenüberliegend zu dem leistenartigen Vorsprung 38 erstreckt sich an der Unterseite 37 des Spannelementes ein in eingebautem Zustand nach unten gerichteter leistenartiger Vorsprung 39. Von der Oberseite zur Unterseite des Spannelementes erstreckt sich eine Bohrung 40 zum Durchführen der Befestigungsschraube 25 mit der das Spannelement in dem Gewindeabschnitt 24 der Paßbohrungen 23 der Platte 20 verschraubt wird. Die Mittenachse der Bohrung 40 verläuft nicht mittig in dem Spannelement, sondern verläuft geringfügig näher an der Seite mit dem nach unten weisenden Vorsprung 39. Die Bohrung 40 weist einen ist an ihrer der Oberseite 36 zugewandten Seite einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser zur Aufnahme des Schraubenkopfes auf, so daß dieser nicht hervorsteht. Die Abmessungen des Spannelementes 34, d.h. der Abstand zwischen Oberseite und Unterseite und die Höhe und Tiefe der Vorsprünge 38, 39 sind so bemessen, daß das Spannelement 34 in eingebautem Zustand gerade mit dem an seiner Oberseite vorgesehenen Vorsprung 38 auf der Unterseite der Nut 33 aufliegt und mit seinem an der Unterseite vorgesehenem Vorsprung 39 mit der Oberseite der Platte 2 in Kontakt ist, wie insbesondere aus Fig. 3a und 3b ersichtlich istAs can be seen in particular from Figures 3a to 4, the first embodiment of the clamping element, i.e. the clamping element 34, has a cuboid-shaped base body with an upper side 36 and a lower side 37 facing the plate 20 when installed. On one of the sides of the clamping element, a strip-like projection 38 is provided on the upper side 36, which extends over the entire length of the clamping element. Diagonally opposite the strip-like projection 38, a strip-like projection 39 extends on the lower side 37 of the clamping element, which is directed downwards when installed. A hole 40 extends from the upper side to the lower side of the clamping element for passing through the fastening screw 25, with which the clamping element is screwed into the threaded section 24 of the fitting holes 23 of the plate 20. The center axis of the bore 40 does not run in the middle of the clamping element, but runs slightly closer to the side with the downward-pointing projection 39. The bore 40 has a section with an enlarged diameter on its side facing the top 36 for receiving the screw head so that it does not protrude. The dimensions of the clamping element 34, i.e. the distance between the top and bottom and the height and depth of the projections 38, 39 are dimensioned such that the clamping element 34 in the installed state rests exactly with the projection 38 provided on its top on the underside of the groove 33 and with its projection 39 provided on the underside is in contact with the top of the plate 2, as can be seen in particular from Fig. 3a and 3b.

Wie aus den Figuren 2 bis 5 ersichtlich ist, hat die zweite Ausführungsform eines Span-As can be seen from Figures 2 to 5, the second embodiment of a voltage

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nelementes 35 einen T-förmigen Querschnitt mit einer Oberseite 41 und einer Unterseite 42. Durch den T-förmigen Querschnitt sind an beiden Seiten des Spannelementes Vorsprünge 43 gebildet, die, wenn das Spannelement zwischen zwei Bauplattformen 21,21' angeordnet ist, jeweils in eine Nut 33 eines Bauelementen 20, 21' eingreifen. Mittig durch das Spannelement 35 ersteckt sich eine Bohrung 44 zur Aufnahme der Befestigungsschraube 25 zum Festschrauben in einer Paßbohrung 23 der Platte 20, wobei die Form der Bohrung 44 der Form der Bohrung des des Spannelementes 34 entspricht. Die Abmessungen des Spannelementes 34 sind so, daß in eingebautem Zustand die Unterseite 42 nicht mit der Oberseite der Platte 2 in Berührung ist.nelement 35 has a T-shaped cross section with an upper side 41 and a lower side 42. Due to the T-shaped cross section, projections 43 are formed on both sides of the clamping element, which, when the clamping element is arranged between two construction platforms 21, 21', each engage in a groove 33 of a component 20, 21'. A hole 44 extends through the middle of the clamping element 35 to accommodate the fastening screw 25 for screwing into a fitting hole 23 of the plate 20, the shape of the hole 44 corresponding to the shape of the hole of the clamping element 34. The dimensions of the clamping element 34 are such that when installed, the lower side 42 is not in contact with the upper side of the plate 2.

Die Vorrichtung weist ferner, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, eine oberhalb des Behälters 1 vorgesehene Bestrahlungseinrichtung 4 in Form eines Lasers auf, die einen gerichteten Lichtstrahl 5 abgibt. Dieser wird über eine Ablenkeinrichtung 6, beispielsweise in Form eines Drehspiegels, als abgelenkter Strahl 7 auf eine durch die Behälteroberkante la definierte Arbeitsebene 8 fokussiert. Eine Steuerung 9 steuert die Ablenkeinrichtung 6 derart, daß der abgelenkte Strahl 7 auf jede gewünschte Stelle innerhalb der Arbeitsebene 8 auftrifft. Es ist außerdem eine Vorrichtung 10 zum Aufbringen einer gleichmäßigen Schicht eines durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung verfestigbaren Pulvermaterials 11 vorgesehen, die in bekannter Weise als Vorratsbehälter mit Wischer zum Aufbringen und Glätten der Schicht ausgebildet ist. Die Vorrichtung 10 ist parallell über die Arbeitsebene 8 hin- und herbewegbar. Das Pulvermaterial ist Metallpulver, Keramikpulver, kunststoffummanteltes Metalloder Keramikpulver, kunstharzummantelter Sand oder Kunststoffpulver. Die Höheneinstellvorrichtung 3 und die Steuerung 9 für die Bestrahlungseinrichtung 4 sind jeweils mit einer zentralen Steuer- und Regeleinheit 12 in Form eines Computers zur koordinierten Steuerung dieser Vorrichtungen verbunden.The device also has, as can be seen from Fig. 1, an irradiation device 4 in the form of a laser provided above the container 1, which emits a directed light beam 5. This is focused as a deflected beam 7 onto a working plane 8 defined by the upper edge of the container 1a via a deflection device 6, for example in the form of a rotating mirror. A control 9 controls the deflection device 6 in such a way that the deflected beam 7 hits any desired point within the working plane 8. A device 10 is also provided for applying a uniform layer of a powder material 11 that can be solidified by the action of electromagnetic radiation, which is designed in a known manner as a storage container with a wiper for applying and smoothing the layer. The device 10 can be moved back and forth parallel to the working plane 8. The powder material is metal powder, ceramic powder, plastic-coated metal or ceramic powder, synthetic resin-coated sand or plastic powder. The height adjustment device 3 and the control 9 for the irradiation device 4 are each connected to a central control and regulating unit 12 in the form of a computer for the coordinated control of these devices.

Im Betrieb werden die für die Herstellung des Objektes 50 oder der Objekte 50, 50' erforderliche Bauplattformen 21, 21' in Abhängigkeit von der Größe des Objektes aus einem Vorrat von Bauplattformen ausgewählt oder speziell angefertigt. Die Bauplattformen 21, 21' werden sodann auf der Platte an vordefinierten Positionen relativ zu den Bezugskanten X, Y mittels der Positionierstifte 27 positioniert. Dazu wird entweder die Basisplatte 2 mit der darauf montierten Platte 20 mittels der Höheneinstellvorrichtung 3 ganz nach oben gefahren oder die Platte 20 wird außerhalb der Vorrichtung mit den Bauplattformen bestückt undIn operation, the construction platforms 21, 21' required for the manufacture of the object 50 or the objects 50, 50' are selected from a stock of construction platforms or specially manufactured depending on the size of the object. The construction platforms 21, 21' are then positioned on the plate at predefined positions relative to the reference edges X, Y using the positioning pins 27. To do this, either the base plate 2 with the plate 20 mounted on it is moved all the way up using the height adjustment device 3 or the plate 20 is equipped with the construction platforms outside the device and

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danach als Ganzes eingesetzt. Die Bauplattformen 21,2&Ggr; werden auf der Platte 20 mittels der Spannelemente 34, 35 arretiert. Im Fall des Spannelementes 34 wird die durch das Einschrauben der Schraube 25 erzeugte Kraft durch das Spannelement auf die Nut 33 und damit auf die Bauplattform übertragen. Der nach unten weisende Vorsprung 39 wirkt dabei als ein außerhalb der Schraubenachse liegendes Widerlager für die von dem oberen Vorsprung 38 auf die Nut 33 ausgeübte Kraft und ermöglicht, daß das Spannelement etwas um die Auflagefläche des Vorsprunges 39 kippen kann, um die Bauplattform fest einzuspannen. Falls nur eine Bauplattform 21 vorgesehen ist, werden wenigstens zwei Spannelemente 34, an jeder Seite der Bauplattform eines, verwendet. Falls zwei Bauplattformen 21, 21' verwendet werden, werden an den einander abgewandten freien Seiten der Bauplattformen jeweils Spannelemente vom Typ des Spannelementes 34 verwendet, während zwischen den Bauplattformen ein Spannelement des Typs 35 verwendet wird. Bei letzterem wird die durch die Schraube 25 ausgeübte Kraft gleichmäßig über die Vorsprünge 43 auf die einander zugewandten Nuten der Bauplattformen 21, 21' übertragen und so die Bauplattformen nach unten gedrückt. Natürlich ist es auch möglich mehr als zwei Bauplattformen einzusetzen, wobei dann jeweils eine entsprechende Anzahl und der entsprechende Typ von Spannelementen verwendet wird.then inserted as a whole. The construction platforms 21,2&Ggr; are locked on the plate 20 by means of the clamping elements 34, 35. In the case of the clamping element 34, the force generated by screwing in the screw 25 is transferred by the clamping element to the groove 33 and thus to the construction platform. The downward-pointing projection 39 acts as an abutment lying outside the screw axis for the force exerted by the upper projection 38 on the groove 33 and enables the clamping element to tilt slightly around the support surface of the projection 39 in order to firmly clamp the construction platform. If only one construction platform 21 is provided, at least two clamping elements 34 are used, one on each side of the construction platform. If two construction platforms 21, 21' are used, clamping elements of the type 34 are used on the free sides of the construction platforms facing away from each other, while a clamping element of type 35 is used between the construction platforms. In the latter case, the force exerted by the screw 25 is evenly transferred via the projections 43 to the facing grooves of the construction platforms 21, 21' and the construction platforms are thus pressed downwards. Of course, it is also possible to use more than two construction platforms, in which case a corresponding number and the corresponding type of clamping elements are used in each case.

Nach erfolgter Befestigung der Bauplattformen 21, 2&Ggr; wird die Vorrichtung in bekannter Weise betrieben. Zuerst wird die Basisplatte 2 soweit nach oben gefahren, bis die Oberseite der Bauplattformen um das einer Schichtdicke entsprechende Maß unterhalb der Arbeitsebene 8 liegen. Dann wird eine Schicht Pulvermaterial 11 aufgetragen und anschließend mit dem Laser 5 an den dem jeweiligen Querschnitt des zu bildenden Objekts 50, 50' in der Schicht entsprechenden Stellen gesintert bzw. verfestigt. Anschließend wird die Basisplatte um das einer Schichtdicke entsprechende Maß abgesenkt und eine neue Schicht Pulver aufgetragen. Die beschriebenen Schritte werden sooft wiederholt, bis das Objekt 50 bzw. die Objekte 50,50' fertiggestellt sind.After the construction platforms 21, 2' have been attached, the device is operated in a known manner. First, the base plate 2 is moved upwards until the top of the construction platforms is below the working plane 8 by a distance corresponding to one layer thickness. A layer of powder material 11 is then applied and then sintered or solidified with the laser 5 at the points in the layer that correspond to the respective cross-section of the object 50, 50' to be formed. The base plate is then lowered by a distance corresponding to one layer thickness and a new layer of powder is applied. The steps described are repeated until the object 50 or the objects 50, 50' are completed.

Anschließend werden die Bauplattformen 21, 21' mit den darauf gebildeten Objekten 50, der Vorrichtung entnommen und falls es erforderlich ist, die Objekte einer Nachbearbeitung unterzogen.The construction platforms 21, 21' with the objects 50 formed thereon are then removed from the device and, if necessary, the objects are subjected to post-processing.

Für den Fall, daß vorgesinterte Bauplattformen verwendet werden, die bereits angepaßt an dieIn case pre-sintered building platforms are used, which are already adapted to the

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Größe des jeweiligen Objektes hergestellt worden sind und als Sockel für das Objekt dienen, kann Material eingespart werden verglichen mit der Verwendung einer sich über die gesamte Basisplatte 2 erstreckenden vorgesinterten Platte. Die Bauplattformen sind an definierten Stellen auf der Platte (20) angeordnet, was die Reproduzierbarkeit der Position gewährleistet.Size of the respective object and serve as a base for the object, material can be saved compared to the use of a pre-sintered plate extending over the entire base plate 2. The construction platforms are arranged at defined locations on the plate (20), which ensures the reproducibility of the position.

In einer weiteren Ausführungsform, die in den Figuren 6a bis 6c gezeigt ist, weist eine Bauplattform 121 eine an ihren Seitenflächen rundumlaufende Nut 133 auf. Bohrungen zur Aufnahme von Positionierstiften an der Unterseite der Bauplattform müssen dann nicht notwendigerweise vorhanden sein. Eine Positioniereinrichtung zum Positionieren der Bauplattform 121 auf der Platte 20 weist an den Seitenflächen der Bauplattform 121 angreifende Elemente auf. Diese Elemente bilden genaue Anlageflächen gegen die die Bauplattform mit entsprechenden Fixierelementen gedrückt wird. In dem in Fig. 6a gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Anlageflächen durch Positionierstifte 127 gebildet, von denen an zwei senkrecht zueinander verlaufenden Seitenflächen der Bauplattform 128,128' je wenigstens ein Positionierstift 127 vorgesehen ist. Die Positionierstifte 127 sind in die Paßbohrungen 23 der Platte 20 eingesteckt. Ferner sind Positionier- und Fixierelemente 340 vorgesehen, die sich von den zuvor anhand der Figuren 4a bis 4c beschriebenen Spannelementen dadurch unterscheiden, daß ihr unterer Vorsprung 390 größer bzw. höher ist als der Vorsprung 39 des Spannelementes 34. Ferner weist das Positionier- und Fixierelement 340 eine sich von einem Vorsprung 38 des Spannelementes 34 entsprechenden Vorsprung 380 in Richtung des Vorsprunges 390 erstreckende Abschrägung 381 auf. Durch diese Abschrägung 381 bzw. abgeschrägte Fläche kann das Positionier- und Fixierelement 340 nicht nur eine Kraft F_s senkrecht zur Platte 20, sondern auch eine Kraft F_P parallel zur Oberfläche der Platte 20 in Richtung auf die Bauplattform 121 hin ausüben, wenn die abgeschrägte Fläche 381 auf die Außenkante der Nut drückt.In a further embodiment, which is shown in Figures 6a to 6c, a construction platform 121 has a groove 133 running all the way around its side surfaces. Holes for receiving positioning pins on the underside of the construction platform then do not necessarily have to be present. A positioning device for positioning the construction platform 121 on the plate 20 has elements that engage the side surfaces of the construction platform 121. These elements form precise contact surfaces against which the construction platform is pressed with corresponding fixing elements. In the embodiment shown in Fig. 6a, the contact surfaces are formed by positioning pins 127, of which at least one positioning pin 127 is provided on each of two side surfaces of the construction platform 128, 128' that run perpendicular to one another. The positioning pins 127 are inserted into the fitting holes 23 of the plate 20. Furthermore, positioning and fixing elements 340 are provided which differ from the clamping elements previously described with reference to Figures 4a to 4c in that their lower projection 390 is larger or higher than the projection 39 of the clamping element 34. Furthermore, the positioning and fixing element 340 has a bevel 381 extending from a projection 380 corresponding to a projection 38 of the clamping element 34 in the direction of the projection 390. Due to this bevel 381 or beveled surface, the positioning and fixing element 340 can not only exert a force F _s perpendicular to the plate 20, but also a force F _P parallel to the surface of the plate 20 in the direction of the construction platform 121 when the beveled surface 381 presses on the outer edge of the groove.

An den Positionierstiften 127 anliegenden Seitenflächen 128,128' jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen 129,129' der Bauplattform ist jeweils wenigstens ein Positionier- und Fixierelement 340, wie in Fig. 6c dargestellt ist, vorgesehen. Zusätzlich kann zwischen zwei Positionierstiften 127, die an der einen Seitenfläche 128 der Bauplattform anliegen, ein Spannelement 34 des in Fig. 6b und den Figuren 4a bis 4c dargestellten Typs vorgesehen sein.At least one positioning and fixing element 340, as shown in Fig. 6c, is provided on the side surfaces 128, 128' of the construction platform that are opposite to the positioning pins 127. In addition, a clamping element 34 of the type shown in Fig. 6b and Figures 4a to 4c can be provided between two positioning pins 127 that are in contact with one side surface 128 of the construction platform.

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Im Betrieb werden die Positionierstifte 127 an den gewünschten Stellen in die Bohrungen auf der Platte 20 eingesteckt. Anschließend wird die Bauplattform 121 auf die Platte 20 angelegt und so gegen die Positionierstifte 127 geschoben, daß sie mit zwei zueinander senkrecht verlaufenden Seitenflächen 128,128' an den Positionierstiften anliegt. Durch die Positionier- und Fixierelemente 340 wird die Bauplattform sodann gegen die Positionierstifte gedruckt und durch die auf die Platte 20 beim Festschrauben wirkende Kraft fixiert. Zur zusätzlichen Fixierung wird noch ein Spannelement 34 zwischen den Positionierstiften angebracht. Die präzise Positionierung der Bauplattform 121 wird durch die präzise Position der Positionierstifte und der an diesen anliegenden geschliffenen Seitenflächen der Bauplattform bewirkt.During operation, the positioning pins 127 are inserted into the holes on the plate 20 at the desired locations. The construction platform 121 is then placed on the plate 20 and pushed against the positioning pins 127 so that it rests against the positioning pins with two side surfaces 128, 128' that run perpendicular to each other. The construction platform is then pressed against the positioning pins by the positioning and fixing elements 340 and fixed by the force acting on the plate 20 when it is screwed tight. For additional fixing, a clamping element 34 is attached between the positioning pins. The precise positioning of the construction platform 121 is achieved by the precise position of the positioning pins and the ground side surfaces of the construction platform that rest against them.

Weitere Ausführungsformen sind denkbar. Die Bauplattform muß nicht notwendigerweise aus einem Material gefertigt sein, an dem das zu sinternde Pulver gut anhaftet, sondern kann auch aus einem Grundmaterial gefertigt sein, welches wenigstens an seiner Oberfläche mit einem Material beschichtet ist, welches der Anhaftung des Pulvers dient. Der in Fig. 1 dargestellte Vorratsbehälter 10 mit Wischer zum Aufbringen des Pulvermaterials auf die Bauplattform bzw. eine zuletzt gesinterte Schicht kann auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Vorratsbehälter 10 auch neben dem Behälter 1 angeordnet sein und einen Nachschub an Pulvermaterial durch Bewegung eines Kolbens nach oben liefern. Der Wischer zum Auftragen der Schicht des Pulvers kann starr oder flexibel sein.Other embodiments are conceivable. The construction platform does not necessarily have to be made of a material to which the powder to be sintered adheres well, but can also be made of a base material which is coated at least on its surface with a material which serves to adhere the powder. The storage container 10 shown in Fig. 1 with a wiper for applying the powder material to the construction platform or a last sintered layer can also be designed differently. For example, the storage container 10 can also be arranged next to the container 1 and provide a supply of powder material by moving a piston upwards. The wiper for applying the layer of powder can be rigid or flexible.

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Claims

10 Protection claims

1. Device for producing a three-dimensional object (50, 50') by means of rapid prototyping by successively solidifying layers of a construction material (11) that can be solidified by means of electromagnetic radiation or particle radiation at the locations corresponding to the respective cross-section of the object (50, 50') in each layer, with:

a height-adjustable support (2),

a plate (20) provided on the carrier (2),

an application device (10) for applying layers of the material (11), and an irradiation device (4) for irradiating layers of the material (11) at the locations corresponding to the respective cross-section of the object (50, 50'), characterized in that

the plate has a device (X, Y, 23) with which a construction platform (21, 21') carrying the object (50, 50') can be positioned at predetermined positions on the plate (20).

2. Device according to claim 1, characterized in that the device (X, Y, 23) is designed so that the positions are reproducible.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the plate has at least two mutually perpendicular precision-ground edges which form the reference axes for the positions.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one construction platform (21, 21') is provided for forming the object thereon, which can be positioned at a desired position on the plate by means of elements engaging the construction platform.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plate (20) has a plurality of holes (23) at predetermined locations.

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6. Device according to claim 5, characterized in that the holes are precisely aligned with the edges.

7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the holes are arranged in the form of a hole grid.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the building platform (21, 21') has at least two positioning pins (27) or holes for positioning pins on its underside facing the plate (20), by means of which the building platform (21, 21') can be inserted into the holes (23) on the plate (20) corresponding to the predetermined positions for the object

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a device for locking the construction platform (21, 21') in the predetermined position is provided.

10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the bores have a first section (24) with a thread for receiving a locking screw (25) and an adjacent unthreaded second section (26) opening into the top of the plate for receiving a positioning element (27).

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that clamping elements (34, 35) engaging the construction platform are provided for clamping the construction platform in the predetermined position.

12. Device according to claim 11, characterized in that the clamping elements are fastened in corresponding bores by means of the locking screws (25).

13. Device according to claim 11 or 12, characterized in that at least two construction platforms (21, 21') are provided and a first clamping element (34) is attached to each

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a free side of a construction platform and a second clamping element (35) simultaneously engages the face-to-face sides of the construction platforms.

14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the plate (20) is removably attached to the carrier (2).

15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that positioning elements (27) for positioning the construction platform (21, 21') on the plate (20) are provided, which engage the underside of the construction platform.

16. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that positioning elements (127) are provided for positioning the construction platform (121) on the plate (20), which engage at least two mutually perpendicular side surfaces (128, 128'; 129, 129') of the construction platform (121).

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