Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstücks gemäß einem Rapid-Prototyping-Verfahren mit einem Laser zum Erzeugen eines Laserstrahls für ein Aushärten eines Werkstoffs und einem Werkstückträger, der durch den Laser aus einem vorgegebenen Raumwinkelbereich direkt bestrahlbar ist. The present invention relates to an apparatus for producing a workpiece according to a rapid prototyping process using a laser for generating a laser beam for hardening a material and a workpiece carrier which is directly irradiated by the laser from a predetermined spatial angle range. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Rapid-Prototyping-Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks durch Erzeugen eines Laserstrahls, Bereitstellen eines Werkstückträgers, der durch den Laserstrahl aus einem vorgegebenen Raumwinkelbereich direkt bestrahlbar ist, und Aushärten eines Werkstoffs auf dem Werkstückträger mit dem Laserstrahl. Moreover, the present invention relates to a rapid prototyping method for manufacturing a workpiece by generating a laser beam, providing a workpiece carrier which is directly irradiated by the laser beam from a given solid angle, and curing of the material on the workpiece carrier with the laser beam.

Unter dem Begriff „Rapid-Prototyping” (schneller Prototypaufbau) versteht man ein Verfahren zum schnellen Herstellen von Musterbauteilen ausgehend von Konstruktionsdaten. The term "rapid prototyping" (rapid prototyping) refers to a method for rapid production of sample components on the basis of design data. Insbesondere kann dabei auf den Einsatz aufwändig herzustellender Formen wie etwa beim Spritzguss verzichtet werden. Particular, it may be no need to use costly to be manufactured forms, such as in injection molding. Typische Rapid-Prototyping-Verfahren sind die Stereolithografie (STL oder SLA) und das selektive Lasersintern (SLS). Typical rapid prototyping processes are stereolithography (STL or SLA) and selective laser sintering (SLS).

Die Stereolithografie ist ein Verfahren, bei dem ein Werkstück durch materialisierende Punkte schichtweise aufgebaut wird. Stereolithography is a method in which a workpiece by materializing points is built up in layers. Die Fertigung eines Teils oder mehrerer Teile erfolgt typischerweise vollautomatisch aus am Computer erstellten CAD-Daten. The production of a part or several parts are typically fully automatic computer-created from CAD data. Dabei wird ein lichtaushärtender Kunststoff, z. B. Epoxidharz, von einem Laser in dünnen Schichten ausgehärtet. Here, a lichtaushärtender plastic, for. Example, epoxy resin cured by a laser in thin layers.

Das selektive Lasersintern hingegen ist ein Verfahren, bei dem räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff hergestellt werden. Selective laser sintering, however, is a method in which three-dimensional structures are produced by sintering of a powdered starting material. Es handelt sich ebenfalls um ein generatives Schichtbauverfahren. There also is a generative layer manufacturing. Durch die Wirkung der Laserstrahlen können so beliebige dreidimensionale Geometrien auch mit Hinterschneidungen erzeugt werden, die sich beispielsweise mit konventioneller Gusstechnik nicht herstellen lassen. The effect of laser beams as any three-dimensional geometries can be created with undercuts, which can not be, for example using conventional casting technique. Als Werkstoffe werden insbesondere Thermoplaste wie beispielsweise Polycarbonate, Polyamide, Polyvinylchlorid aber auch Metalle verwendet. As materials, particularly thermoplastics such as polycarbonates, polyamides, polyvinyl chloride are also used metals.

Aus der Druckschrift From the document EP 1 464 298 A2 EP 1464298 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Dentalimplantaten bekannt. discloses a process for the production of dental implants. Das Verfahren basiert darauf, dass in Pulverform vorliegendes Material mittels Lasersintern oder Laserschmelzen schichtweise aufgesintert bzw. aufgeschmolzen wird. The method is based on that present in the form of powder material is sintered or fused layers by laser sintering or laser melting. Dabei wird ein Laserstrahl durch ein computergesteuertes Spiegelgalvanometer geführt. A laser beam is guided by a computer-controlled mirror galvanometer.

Aus der Druckschrift From the document JP 04 241 929 A JP 04241929 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers bekannt, das auf der Verwendung eines optisch aushärtbaren Materials basiert. a process for producing a molded article is known which is based on the use of an optically curable material. Dabei wird ebenfalls ein Laserstrahl verwendet, der durch Spiegel geführt wird. In this case also, a laser beam is used which is passed through the mirror.

Aus der Druckschrift From the document DE 101 06 607 A1 DE 101 06 607 A1 ist ein Verfahren zur Aufbringung einer genauen orts- und zeitabhängigen Temperaturverteilung auf einem Rohmaterial zur Umformung desselben bekannt. discloses a method for applying a precise location and time-dependent temperature distribution on a raw material for forming the same. Über die Oberfläche des Rohmaterials wird dabei ebenfalls ein Laserstrahl durch Spiegel geführt. A laser beam is likewise guided by mirrors across the surface of the raw material.

Aus der Druckschrift From the document JP 06 297 168 A JP 06297168 A ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung einer Substrat-Oberfläche bekannt, bei der ebenfalls Spiegel zur Führung eines Laserstrahl verwendet werden. is a device for irradiating a substrate surface is known, also be used in the mirror for guiding a laser beam.

Falls ein Werkstückrohling bereits vor dem Materialaufbau mit einem Rapid-Prototyping-Verfahren eine Komponente trägt, unter der sich – bezogen auf die Bestrahlung mit dem Laser – ein hohler Raum befindet, in welchen der Laser nicht direkt eindringen kann, so kann in diesem Hohlraum durch das Rapid-Prototyping-Verfahren kein Material aufgebaut werden. If a workpiece blank with a rapid prototyping method contains a component before the material structure under which - based on the irradiation with the laser - a hollow space is, in which the laser can not penetrate directly, then in this cavity by the rapid prototyping process, no material can be constructed. In solchen Fällen ist es notwendig, dass der Werkstückrohling zunächst ohne diese Komponente bereitgestellt wird, anschließend das Material mit dem Rapid-Prototyping-Verfahren aufge baut wird und schließlich die Komponente – in der Regel manuell – auf das endgültige Rapid-Prototyping-Werkstück aufgebracht wird. In such cases it is necessary that the workpiece blank is first provided without this component, builds subsequently the material with the rapid prototyping process, and finally the component - usually manually - is applied to the final rapid prototyping workpiece , Dadurch muss unter Umständen auf einen automatischen Bestückungsprozess bzw. -schritt verzichtet werden, mit dem sonst die Komponente auf das Werkstück bzw. dem Werkstückrohling aufgebracht wird. This eliminates the need to run under a automated assembly process or to dispense -Step, with the other component on the workpiece or workpiece blank is applied.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Herstellung von Werkstücken, bei der ein Rapid-Prototyping-Verfahren Teil des Herstellungsprozesses ist, weiter automatisieren zu können. The object of the present invention is thus, to be able to automate the production of workpieces, in which a rapid prototyping process is part of the manufacturing process.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstücks gemäß einem Rapid-Prototyping-Verfahren mit According to the invention this object is achieved by an apparatus for producing a workpiece according to a rapid prototyping method with

• – einem Laser zum Erzeugen eines Laserstrahls für ein Aushärten eines Werkstoffs und - A laser for generating a laser beam for curing of a material and
• – einem Werkstückträger, der durch den Laser direkt bestrahlbar ist, sowie - A workpiece carrier which is directly irradiated by the laser, and
• – einer Optikeinrichtung, mit der der Laserstrahl umgelenkt wird, so dass der Werkstückträger mit dem Laser auch indirekt bestrahlbar ist. - An optical device with which the laser beam is deflected so that the workpiece carrier with the laser is irradiated indirectly.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Rapid-Prototyping-Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks durch In addition, according to the invention provided by a rapid prototyping method for producing a workpiece

• – Erzeugen eines Laserstrahls, - Generating a laser beam,
• – Bereitstellen eines Werkstückträgers, der durch den Laserstrahl direkt bestrahlbar ist, und - Providing a workpiece carrier which is directly irradiated by the laser beam, and
• – Aushärten eines Werkstoffs auf dem Werkstückträger mit dem Laserstrahl, sowie - Curing a material on the workpiece carrier with the laser beam, and
• – Umlenken eines Laserstrahls, so dass der Werkstückträger mit dem Laserstrahl indirekt bestrahlt wird. - Deflecting a laser beam, so that the workpiece carrier with the laser beam is irradiated indirectly.

In vorteilhafter Weise ist es so möglich, beispielsweise einen automatisch hergestellten Werkstückrohling mit Hinterschneidungen auch nachträglich einem Rapid-Prototyping-Verfahren zu unterziehen, bei dem in der Hinterschneidung Material aufgebaut wird. Advantageously, it is thus possible, for example, also subsequently undergo a workpiece blank automatically produced with undercuts a rapid prototyping method in which the undercut material is constructed. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Laserstrahl auch indirekt über die Optikeinrichtung zu dem Werkstück gelenkt wird. This can be achieved that the laser beam is directed and indirectly through the optics system to the workpiece.

Vorzugsweise umfasst die Optikeinrichtung einen Spiegel. Preferably, the optical device comprises a mirror. Mit einem Spiegel lässt sich ein Laserstrahl stark umlenken, so dass auch entlegene Hohlräume eines Werkstückrohlings durch den Laserstrahl erreicht werden können. With a mirror can deflect a laser beam strong, so that even remote cavities of a workpiece blank can be achieved by the laser beam.

In einer speziellen Ausführungsform ist das Rapid-Prototyping-Verfahren ein Stereolithografieverfahren. In a specific embodiment, the rapid prototyping method is a stereolithography. Damit lässt sich ein Werkstück durch Laserhärten aus einem flüssigen Duromer herstellen. This means that a workpiece by laser hardening of a liquid thermoset produce.

Alternativ kann das Rapid-Prototyping-Verfahren auch ein selektives Lasersintern sein. Alternatively, the rapid prototyping process also be a selective laser sintering. In diesem Fall lässt sich das Werkstück beispielsweise aus Thermoplasten oder aus einem Metall herstellen. In this case, the workpiece can be, for example, thermoplastic or metal restore.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Werkstückträger einen Werkstückrohling mit einer Komponente tragen, unter der sich (bezogen auf den Laser) ein Hohlraum befindet, in dem durch indirekte Bestrahlung mit dem Laser Material durch Aushärten des Werkstoffs aufgebaut wird. According to a further embodiment of the workpiece carrier can carry a workpiece blank with a component, below which (with respect to the laser) is a cavity, in which is built up by indirect irradiation with the laser material by curing the material. Damit kann die Möglichkeit eingeräumt werden, den Werkstückrohling ohne das später durch das Rapid-Prototyping-Verfahren aufgebaute Material zunächst automatisch mit der Komponente zu bestücken. This can be allowed without the later built up by the rapid prototyping process material to equip the workpiece blank first automatically with the component. Die Komponente muss also nicht nach dem Rapid-Prototyping-Verfahren von Hand aufgebracht werden, wenn dies vorab automatisch geschehen kann. Thus, the component must not be applied after the rapid prototyping process manually if this can be done automatically advance. So können Standardbauteile weiter automatisch vervollständigt werden, bevor sie einer Individualisierung durch das Rapid-Prototyping unterzogen werden. Thus, standard components can be automatically completed before they are subjected to individualization through rapid prototyping.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Rapid-Prototyping-Vorrichtung darstellt. The present invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing which is a schematic diagram of a rapid prototyping apparatus according to the invention.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. The more detail below embodiments represent preferred embodiments of the present invention.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel bezieht sich wie die gesamte Erfindung auf ein Rapid-Prototyping-Verfahren, bei dem ein Laser zum Aushärten bzw. Auftragen von Material verwendet wird. The following embodiment as the entire invention relates to a rapid prototyping method, in which a laser is used to cure or application of material. Insbesondere soll auch auf einen Werkstückrohling, der Hinterschneidungen besitzt, individuell in einem raschen Prozess Material aufgetragen werden können. In particular, can be individually applied in a rapid process material on a workpiece blank which has undercuts.

Eine hierzu geeignete Rapid-Prototyping-Vorrichtung ist in der Fig. schematisch dargestellt. A suitable for this rapid prototyping apparatus is shown in FIG. Diagrammatically. Es sind lediglich die wesentlichen Komponenten wiedergegeben. There are only reproduced the essential components. Diese sind zunächst ein Laser These are, first, a laser 1 1 , der zum Erzeugen eines Laserstrahls That for generating a laser beam 2 2 dient. is used. Bestrahlt werden soll ein Werkstückrohling To be irradiated a workpiece blank 3 3 , der sich auf einem Werkstückträger Which refers to a workpiece carrier 4 4 befindet. is located. Der Werkstückrohling The workpiece blank 3 3 ist hier durch eine Platte here by a plate 5 5 und eine darauf montierte Komponente and a component mounted thereon 6 6 symbolisiert. symbolizes. Bezogen auf die „Blickrichtung” des Lasers Based on the "line of sight" of the laser 1 1 befindet sich unterhalb der Komponente located below the component 6 6 ein Hohlraum a cavity 7 7 , da die Komponente , Since the component 6 6 hier auf Stützen auf die Platte here on supports on the plate 5 5 montiert ist. is mounted.

Bei einigen Rapid-Prototyping-Geräten ist der Laser in einer Ebene oberhalb des Werkstückträgers In some rapid prototyping machines, the laser is in a plane above the workpiece carrier 4 4 in gewissen Grenzen gemäß den Pfeilen within certain limits according to the arrows 8 8 relativ zu dem Werkstück bzw. Werkstückträger relative to the workpiece or workpiece carrier 4 4 verschiebbar. displaced. Ferner ist der Laser oft in einem vorgegebenen räumlichen Winkelbereich (hier symbolisiert durch den Winkel α) schwenkbar. Furthermore, the laser is often in a predetermined spatial angle range (here symbolized by the angle α) pivotally. Außerdem lässt sich gegebenenfalls auch der Werkstückträger Also, can optionally also the workpiece carrier 4 4 um seine Achse gemäß Pfeil about its axis as indicated by arrow 9 9 drehen. rotate. Mit diesen Freiheitsgraden des Lasers These degrees of freedom of the laser 1 1 relativ zu dem Werkstück bzw. Werkstückträger relative to the workpiece or workpiece carrier 4 4 können hier aber nicht die Hinterschneidungen des Werkstückrohlings but can not here the undercuts of the workpiece blank 3 3 durch ein Rapid-Prototyping-Verfahren mit Material gefüllt werden. be filled by a rapid prototyping process with material. Es würden hier also Hinterschneidungen vorliegen, die stets im Schattenbereich des Lasers It would thus undercuts are present here, which is always in the shadow region of the laser 1 1 liegen. are.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, den Laserstrahl According to the invention therefore provides the laser beam 2 2 mit Hilfe eines Spiegels Using a mirror 10 10 umzulenken und das Werkstück bzw. den Werkstückrohling redirect and the workpiece or the workpiece blank 3 3 so indirekt mit dem Laserlicht zu bestrahlen. so indirectly, to be irradiated with the laser light. Es ist ohne Weiteres zu erkennen, dass der umgelenkte Laserstrahl It can be seen readily that the deflected laser beam 11 11 sehr viel weiter unter die Komponente much further below the component 6 6 eindringen kann als der direkte Laserstrahl can penetrate than the direct laser beam 2 2 , der unmittelbar von dem in seinen Bewegungen beschränkte Laser Which directly by the restricted in his movements laser 1 1 stammt. comes from. Wenn der Laser den Werkstückträger demnach ohne den Spiegel When the laser the workpiece carrier therefore without the mirror 10 10 nur aus einem vorgegebenen Raumwinkelbereich direkt bestrahlen kann, kann er das Werkstück bzw. den Werkstückträger can irradiate directly only from a given solid angle, it can the workpiece or workpiece carrier 4 4 mit Hilfe des Spiegels with the help of the mirror 10 10 (sofern dieser geeignet platziert ist) auch aus einem Zusatzwinkelbereich bestrahlen, der außerhalb des vorgegebenen Raumwinkelbereichs liegt. (If it is suitable placed) irradiating also from an additional angular range which is outside of the predetermined solid angle range. Die indirekte Bestrahlung vergrößert somit den Einfallsbereich des Laserstrahls auf das Werkstück. The indirect radiation has increased the incidence area of ​​the laser beam on the workpiece.

Der Spiegel The Mirror 10 10 kann durch eine beliebige andere Optikeinrichtung ersetzt werden, die den Laserstrahl umlenkt. can be replaced by any other optical device, which deflects the laser beam. Beispielsweise kann es sich bei der Optikeinrichtung auch um eine Anordnung von mehreren Spiegeln handeln. For example, it may be in the optical device and an arrangement of a plurality of mirrors. Außerdem kann der oder die Spiegel auch dynamisch bewegt sein. In addition, the mirror or mirrors can be moved dynamically. Des Weiteren kann die Optikeinrichtung auch Elemente zur Lichtbrechung, wie z. B. ein Prisma, aufweisen. Furthermore, the optical device may also include elements for refraction, such. As a prism.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können somit Werkstückrohlinge mit Hinterschneidungen in die Rapid-Prototyping-Vorrichtung eingelegt und verarbeitet werden, die wegen ihrer Hinterschneidungen mit konventionellen Rapid-Prototyping-Vorrichtungen nicht bearbeitet werden könnten. According to the present invention workpiece blanks with undercuts in the rapid prototyping device can thus be placed and processed, which could not be processed because of their undercuts with conventional rapid prototyping devices. In dem konkreten Beispiel kann nun auch nach dem automatischen Bestücken der Platte In the concrete example can now also after the automatic loading of the plate 5 5 mit der Komponente with the component 6 6 Material auf der Platte Material on the disk 5 5 gegebenenfalls auch unter der Komponente optionally also with the component 6 6 durch ein Rapid-Prototyping-Verfahren, wie z. B. Stereolithografie oder selektives Lasersintern, aufgebracht werden. be applied by a rapid prototyping method such. as stereolithography or selective laser sintering. Somit braucht nicht auf das automatische Bestücken der Platte Thus does not need the automatic loading of the plate 5 5 mit der Komponente with the component 6 6 verzichtet zu werden. to be omitted.