DE102015108444A1 - 3D printing device and 3D printing process - Google Patents

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Abstract

3D-Druck-Vorrichtung für die Herstellung eines räumlich ausgedehnten Produkts, umfassend mindestens eine Elektronenstrahlquelle (20), die eine Elektronenstrahlung (4) mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugen kann, Modulatormittel, die die linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung (4) so modulieren können, dass eine modulierte linienförmige Intensitätsverteilung entsteht, ein Arbeitsbereich (14), dem mit Elektronenstrahlung (4) zu beaufschlagendes Ausgangsmaterial (15) für den 3D-Druck zugeführt wird oder werden kann, sowie Scannmittel, die den Arbeitsbereich (14) relativ zu der modulierten Elektronenstrahlung (4) oder die modulierte Elektronenstrahlung (4) relativ zu dem Arbeitsbereich (14) bewegen können, wobei die Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung stattfindet.A 3D printing apparatus for the production of a spatially extended product, comprising at least one electron beam source (20) capable of producing an electron beam (4) with a linear intensity distribution, modulator means capable of modulating the linear intensity distribution of the electron beam (4) such that a modulated line-shaped intensity distribution is produced, a working area (14) which is or can be supplied with 3D printing material (15) to be acted upon by electron radiation (4), and scanning means which measure the working area (14) relative to the modulated electron beam (14). 4) or the modulated electron beam (4) can move relative to the working area (14), the movement taking place in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the modulated linear intensity distribution.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-Druck-Vorrichtung für die Herstellung eines räumlich ausgedehnten Produkts sowie ein 3D-Druck-Verfahren für die Herstellung eines räumlich ausgedehnten Produkts. The present invention relates to a 3D printing apparatus for the production of a spatially extended product as well as a 3D printing method for the production of a spatially extended product.

Bei herkömmlichen 3D-Druck-Vorrichtungen wird beispielsweise mittels eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls punktförmig ein pulverförmig zugeführtes Ausgangsmaterial mit einer derartigen Energiemenge beaufschlagt, dass ein Prozess, wie beispielsweise ein Aufschmelzen oder Sintern des Ausgangsmaterials, an dem beaufschlagen Ort initiiert wird, wobei dieser Prozess zu einer Verbindung der Körner des Ausgangsmaterials führt. Durch rasterartiges Scannen des Laserstrahls oder des Elektronenstrahls über den Arbeitsbereich wird dadurch schichtweise das herzustellende Produkt erzeugt. Ein Beispiel für die Verwendung eines Elektronenstrahls findet sich in der WO 2014/173662 A1 . In conventional 3D printing apparatuses, for example, by means of a laser beam or an electron beam, a powdered starting material is spiked with an amount of energy such that a process, such as melting or sintering of the starting material, is initiated at the applied location, which process increases a compound of the grains of the starting material leads. Scanning the laser beam or the electron beam over the working area in a raster manner produces the product to be produced in layers. An example of the use of an electron beam can be found in the WO 2014/173662 A1 ,

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer 3D-Druck-Vorrichtung beziehungsweise die Angabe eines 3D-Druck-Verfahrens, die effektiver, insbesondere schneller als die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind. The problem underlying the present invention is the provision of a 3D printing device or the indication of a 3D printing process which are more effective, in particular faster, than the devices and methods known from the prior art.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine 3D-Druck-Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie durch ein 3D-Druck-Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. This is achieved by a 3D printing device according to claim 1 and by a 3D printing method according to claim 9. The subclaims relate to preferred embodiments of the invention.

Gemäß Anspruch 1 umfasst die Vorrichtung:

  • – mindestens eine Elektronenstrahlquelle, die eine Elektronenstrahlung mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugen kann,
  • – Modulatormittel, die die linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung so modulieren können, dass eine modulierte linienförmige Intensitätsverteilung entsteht, wobei die Modulatormittel derart in der 3D-Druck-Vorrichtung angeordnet sind, dass die von der Elektronenstrahlquelle ausgehende Elektronenstrahlung auf die Modulatormittel auftrifft,
  • – ein Arbeitsbereich, dem mit Elektronenstrahlung zu beaufschlagendes Ausgangsmaterial für den 3D-Druck zugeführt wird oder werden kann, wobei der Arbeitsbereich derart in der 3D-Druck-Vorrichtung angeordnet ist, dass die von den Modulatormitteln modulierte Elektronenstrahlung auf den Arbeitsbereich auftrifft,
  • – Scannmittel, die den Arbeitsbereich relativ zu der modulierten Elektronenstrahlung oder die modulierte Elektronenstrahlung relativ zu dem Arbeitsbereich bewegen können, wobei die Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung stattfindet.
According to claim 1, the device comprises:
  • At least one electron beam source capable of producing electron radiation with a linear intensity distribution,
  • Modulator means capable of modulating the line intensity distribution of electron radiation to produce a modulated line intensity distribution, the modulator means being disposed in the 3D printing device such that the electron beam emanating from the electron beam source impinges on the modulator means,
  • A work area which is or can be supplied with starting material for 3D printing which is to be exposed to electron radiation, the working area being arranged in the 3D printing device in such a way that the electron radiation modulated by the modulator means strikes the work area,
  • - Scanning means which can move the working area relative to the modulated electron beam or the modulated electron radiation relative to the working area, wherein the movement takes place in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the modulated line-shaped intensity distribution.

Durch die in den Arbeitsbereich eingebrachte linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung können gleichzeitig mehrere längs der Linie nebeneinander angeordnete Abschnitte des Arbeitsbereichs so mit Energie beaufschlagt werden, dass über die gesamte Länge der Linie der dem 3D-Druck entsprechende Prozess, wie beispielsweise ein Aufschmelzen oder Sintern des Ausgangsmaterials, an den beaufschlagten Orten initiiert wird. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Rastern eines punktförmig auftreffenden Laserstrahls oder Elektronenstrahls über den Arbeitsbereich ergibt sich bei der erfindungsgemäßen 3D-Druck-Vorrichtung eine wesentlich kürzere Bearbeitungszeit. By introduced into the work area line intensity distribution of the electron beam simultaneously several juxtaposed along the line sections of the work area can be energized so that over the entire length of the line corresponding to the 3D printing process, such as melting or sintering of the starting material , is initiated at the acted places. In contrast to the known from the prior art grids of a punctiform incident laser beam or electron beam over the work area results in the inventive 3D printing device a much shorter processing time.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Modulatormittel eine Längsrichtung aufweisen, in der mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Modulatorkanäle nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann die Längsrichtung der Modulatormittel parallel zu der Längsrichtung der auf sie auftreffenden linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung sein, so dass entsprechend den Anforderungen des zu erzeugenden Produkts die einzelnen Modulatorkanäle gezielt einzelne Abschnitte der Elektronenstrahlung aus der Elektronenstrahlung ablenken können, so dass sie nicht zu der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung beitragen. Auf diese Weise lässt sich durch geeignetes Ansteuern der Modulatormittel vorgeben, welche Abschnitte der auf den Arbeitsbereich auftreffenden linienförmigen Intensitätsverteilung zu dem gewünschten Prozess beitragen beziehungsweise am Ort welcher Abschnitte der dem 3D-Druck entsprechende Prozess initiiert wird. There is the possibility that the modulator means have a longitudinal direction in which a plurality of independently controllable modulator channels are arranged side by side. In this case, the longitudinal direction of the modulator means may be parallel to the longitudinal direction of the line-shaped intensity distribution of the electron radiation impinging on it, so that the individual modulator channels can selectively deflect individual sections of the electron radiation from the electron radiation in accordance with the requirements of the product to be produced, so that they do not modulate to the modulated one contribute to a linear intensity distribution. In this way, the modulator means can determine which sections of the line-shaped intensity distribution impinging on the working area contribute to the desired process or, at the location, which sections of the process corresponding to the 3D printing are initiated by suitably activating the modulator means.

Es kann vorgesehen sein, dass die Modulatormittel eine Mehrzahl von in Längsrichtung nebeneinander angeordneten Anodenelementen umfassen, an der die Elektronenstrahlung reflektiert werden kann und/oder die eine zu der Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahlung geneigte Ablenkfläche aufweisen. Aufgrund der Reflexion an der Ablenkelektrode, die einer Reflexion an einem Spiegel entspricht, sind sehr große Ablenkwinkel, beispielsweise zwischen 0° und 180° möglich. It can be provided that the modulator means comprise a plurality of longitudinally juxtaposed anode elements, on which the electron radiation can be reflected and / or which have an inclined to the propagation direction of the electron beam deflection. Due to the reflection at the deflection electrode, which corresponds to a reflection at a mirror, very large deflection angles, for example between 0 ° and 180 °, are possible.

Es besteht Möglichkeit, dass die einzelnen Anodenelemente unabhängig voneinander ansteuerbar sind, wobei insbesondere durch die Ansteuerung der einzelnen Anodenelemente zwei voneinander verschiedene Anodenelemente auf einem unterschiedlichen Potential sein können oder einen unterschiedlichen Winkel zur Ausbreitungsrichtung der von der Elektronenstrahlquelle ausgehenden Elektronenstrahlung aufweisen können. Durch beide Maßnahmen kann erreicht werden, dass gezielt einzelne Abschnitte der linienförmigen Intensitätsverteilung in den Arbeitsbereich gelenkt oder aus der Elektronenstrahlung abgelenkt und beispielsweise in eine Strahlfalle überführt werden. It is possible that the individual anode elements can be controlled independently of one another, wherein in particular by controlling the individual anode elements, two mutually different anode elements can be at a different potential or can have a different angle to the propagation direction of the electron beam emanating from the electron beam source. Through both Measures can be achieved that targeted targeted individual sections of the line-shaped intensity distribution in the work area or deflected from the electron beam and transferred, for example, in a jet trap.

Es besteht die Möglichkeit, dass die 3D-Druck-Vorrichtung mindestens eine weitere Elektronenstrahlquelle umfasst, wobei die weitere Elektronenstrahlquelle eine weitere linienförmige Intensitätsverteilung einer Elektronenstrahlung in dem Arbeitsbereich erzeugen kann, wobei die weitere linienförmige Intensitätsverteilung in dem Arbeitsbereich parallel und/oder zumindest teilweise deckungsgleich zu der linienförmigen Intensitätsverteilung der modulierten Elektronenstrahlung ist. Dabei kann die von der mindestens einen weiteren Elektronenstrahlquelle ausgehende Elektronenstrahlung gleichzeitig oder zumindest teilweise zeitlich vor der modulierten Elektronenstrahlung auf den Arbeitsbereich auftreffen, so dass eine Zusatzheizung oder Vorheizung des mit der Elektronenstrahlung zu beaufschlagenden Ausgangsmaterials stattfindet. Auf diese Weise kann die von den Modulatormitteln ausgehende modulierte Elektronenstrahlung eine vergleichsweise geringe Intensität aufweisen, weil aufgrund der effektiven Vorheizung durch die weitere Elektronenstrahlung von der modulierten Elektronenstrahlung am gewünschten Ort nur noch eine geringe zusätzliche Energiemenge eingebracht werden muss. Das gezielte Vorheizen mit einer sich relativ zu dem Arbeitsbereich bewegenden linienförmigen Intensitätsverteilung einer Elektronenstrahlung bietet weiterhin den Vorteil, dass das Vorheizen nur lokal, genau an dem Ort stattfindet, an dem die Heizenergie gebraucht wird. Wegen der nur lokalen Erwärmung ist auch die Abkühldauer des fertigen Produkts sehr kurz. There is the possibility that the 3D printing device comprises at least one further electron beam source, wherein the further electron beam source can produce a further linear intensity distribution of electron radiation in the working area, wherein the further linear intensity distribution in the working area parallel and / or at least partially congruent to the linear intensity distribution of the modulated electron radiation. In this case, the electron radiation emanating from the at least one further electron beam source can impinge on the working area simultaneously or at least partially in time before the modulated electron beam, so that additional heating or preheating of the starting material to be charged with the electron beam takes place. In this way, the modulated electron beam emanating from the modulator means can have a comparatively low intensity, because due to the effective preheating by the further electron radiation from the modulated electron radiation at the desired location only a small additional amount of energy has to be introduced. The selective preheating with a relative to the work area moving line intensity distribution of electron radiation has the further advantage that the preheating takes place only locally, exactly at the place where the heating energy is needed. Because of the only local heating and the cooling time of the finished product is very short.

Gemäß Anspruch 9 ist das erfindungsgemäße Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

  • – Von mindestens einer Elektronenstrahlquelle wird eine Elektronenstrahlung mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugt.
  • – Die Elektronenstrahlung trifft auf Modulatormittel, die die linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung so modulieren, dass eine modulierte linienförmige Intensitätsverteilung geschaffen wird.
  • – Ausgangsmaterial für den 3D-Druck wird einem Arbeitsbereich zugeführt.
  • – Das dem Arbeitsbereich zugeführte Ausgangsmaterial wird mit der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung beaufschlagt.
  • – Der Arbeitsbereich wird relativ zu der modulierten Elektronenstrahlung oder die modulierte Elektronenstrahlung wird relativ zu dem Arbeitsbereich bewegt, wobei die Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung stattfindet.
According to claim 9, the method according to the invention is characterized by the following method steps:
  • An electron radiation with a linear intensity distribution is generated by at least one electron beam source.
  • The electron beam strikes modulator means which modulate the line intensity distribution of the electron beam to provide a modulated line intensity distribution.
  • - 3D printing material is fed to a work area.
  • - The output material supplied to the work area is subjected to the modulated line-shaped intensity distribution of the electron beam.
  • The working area is moved relative to the modulated electron beam or the modulated electron beam is moved relative to the working area, the movement taking place in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the modulated linear intensity distribution.

Es besteht die Möglichkeit, dass als Ausgangsmaterial für den 3D-Druck Kunststoff oder Kunstharz oder ein keramisches Material oder ein Glas oder ein glasähnliches Material oder ein polymeres Material oder ein Metall verwendet wird, wobei das Ausgangsmaterial insbesondere pulverförmig zugeführt wird, beispielsweise in einer Korngröße zwischen 60 µm und 100 µm. There is a possibility that plastic or synthetic resin or a ceramic material or a glass or a glass-like material or a polymeric material or a metal is used as starting material for the 3D printing, wherein the starting material is supplied in particular in powder form, for example in a grain size between 60 μm and 100 μm.

Insbesondere wird das räumlich ausgedehnte Produkt schichtweise durch mehrfaches Zuführen des Ausgangsmaterials und mehrfaches Beaufschlagen mit der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung erzeugt. In particular, the spatially extended product is produced in layers by multiplying the starting material and applying it several times to the modulated linear intensity distribution of the electron beam.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen: Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen 3D-Druck-Vorrichtung; 1 a schematic view of a 3D printing device according to the invention;

2 eine schematische Vorderansicht von Modulatormitteln der 3D-Druck-Vorrichtung; 2 a schematic front view of modulator means of the 3D printing device;

3 eine Detailansicht der Modulatormittel gemäß 2; 3 a detailed view of the modulator means according to 2 ;

4 eine Seitenansicht des Details gemäß 3; 4 a side view of the details according to 3 ;

5 eine schematische Darstellung, bei der die Intensität I in einer Arbeitsebene eines Elektronenstrahls zu verschiedenen Zeitintervallen t1 bis tN gegen eine Ortskoordinate X aufgetragen ist; 5 a schematic representation in which the intensity I in a working plane of an electron beam at different time intervals t 1 to t N is plotted against a location coordinate X;

6 eine 5 entsprechende schematische Darstellung, die die zeitliche Mittelung der Intensität des Elektronenstrahls wiedergibt; 6 a 5 corresponding schematic representation representing the time averaging of the intensity of the electron beam;

7 schematisch mehrere Scanmöglichkeiten; 7 schematically several scanning options;

8 eine mögliche Intensitätsverteilung, mit der in einem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ausgangsmaterial beaufschlagt werden kann; 8th a possible intensity distribution with which a starting material can be applied in a method according to the invention;

9 schematisch das Auftreffen zweier linienförmiger Intensitätsverteilungen in einem Arbeitsbereich; 9 schematically the impact of two line-shaped intensity distributions in a work area;

10 schematisch die Überlagerung der beiden linienförmigen Intensitätsverteilungen zu einer Intensitätsverteilung in Querrichtung der Linie, die derjenigen aus 3 entspricht oder ähnelt; 10 schematically the superposition of the two line-shaped intensity distributions an intensity distribution in the transverse direction of the line, that of 3 corresponds or resembles;

11 eine schematische Ansicht einer weiteren Elektronenstrahlquelle einer erfindungsgemäßen 3D-Druck-Vorrichtung; 11 a schematic view of another electron beam source of a 3D printing device according to the invention;

12 schematisch das Erzeugen einer langen linienförmigen Intensitätsverteilung in einer erfindungsgemäßen 3D-Druck-Vorrichtung. 12 schematically the generation of a long line-shaped intensity distribution in a 3D printing device according to the invention.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical parts or elements are provided with the same reference numerals.

Bei der beschriebenen 3D-Druck-Vorrichtung können einige oder insbesondere sämtliche Teile in einem Vakuum angeordnet sein. Das dazu erforderliche Gehäuse ist in den Figuren nicht abgebildet. In the described 3D printing device, some or in particular all parts may be arranged in a vacuum. The required housing is not shown in the figures.

Die in 1 abgebildete 3D-Druck-Vorrichtung 20 umfasst eine Glühkathode 1, eine Kathodenelektrode 2 und eine Anodenelektrode 3. Hinsichtlich dieser Teile entspricht die 3D-Druck-Vorrichtung 20 im Wesentlichen einer Elektronenkanone vom Pierce-Typ. Sie kann eine Elektronenstrahlung 4 erzeugen. In the 1 pictured 3D printing device 20 includes a hot cathode 1 , a cathode electrode 2 and an anode electrode 3 , With regard to these parts corresponds to the 3D printing device 20 essentially a Pierce-type electron gun. It can be an electron radiation 4 produce.

Die Glühkathode 1 ist langgestreckt und kann als Draht ausgebildet sein. Sie erstreckt sich in die Zeichenebene der 1 hinein beziehungsweise in einer Längsrichtung, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Elektronenstrahlung 4 angeordnet ist. Durch diese Gestaltung wird ein linienförmiger Querschnitt beziehungsweise eine linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung 4 erzielt, wobei die Längsrichtung der linienförmigen Intensitätsverteilung parallel zur Längsrichtung des die Glühkathode 1 bildenden Drahtes ausgerichtet ist. The hot cathode 1 is elongated and can be designed as a wire. It extends into the drawing plane of the 1 in or in a longitudinal direction, which is perpendicular to the propagation direction of the electron beam 4 is arranged. By this configuration, a line-shaped cross-section or a linear intensity distribution of the electron radiation 4 achieved, wherein the longitudinal direction of the line-shaped intensity distribution parallel to the longitudinal direction of the hot cathode 1 is aligned with the forming wire.

Die Glühkathode 1 wird von nicht abgebildeten Spannungsmitteln derart mit einer Spannung beaufschlagt, dass ein Strom durch die Glühkathode 1 fließt, der zu einer Erwärmung der Glühkathode 1 führt. Dabei kann die Glühkathode 1 zumindest teilweise auf dem gleichen Potential wie die Kathodenelektrode 2 liegen. The hot cathode 1 is biased by voltage means not shown in such a way that a current through the hot cathode 1 flows, which leads to a warming of the hot cathode 1 leads. In this case, the hot cathode 1 at least partially at the same potential as the cathode electrode 2 lie.

Die Kathodenelektrode 2 umfasst Teile 5, die sich von der Glühkathode 1 weg erstrecken und einen Winkel α zwischen 70° und 110°, beispielsweise einen Winkel α von etwa 90° miteinander einschließen. Die beiden Teile 5 erstrecken sich in die Zeichenebene der 1 hinein, insbesondere ohne Veränderung ihres Querschnitts. The cathode electrode 2 includes parts 5 extending from the hot cathode 1 extend away and include an angle α between 70 ° and 110 °, for example, an angle α of about 90 ° with each other. The two parts 5 extend into the drawing plane of the 1 into it, in particular without changing its cross section.

Die Anodenelektrode 3 weist eine Öffnung 6 auf, durch die die von der Glühkathode 1 ausgehende Elektronenstrahlung 4 hindurchtreten kann. Die Öffnung 6 ist insbesondere rechteckig und kann in ihrer Längsrichtung, die sich in die Zeichenebene der 1 hinein erstreckt, eine wesentlich größere Abmessung aufweisen als in ihrer Querrichtung, um die linienförmige Elektronenstrahlung passieren zu lassen. The anode electrode 3 has an opening 6 on, through which the from the hot cathode 1 outgoing electron radiation 4 can pass through. The opening 6 is in particular rectangular and can in its longitudinal direction, which is in the plane of the drawing 1 extends into it, have a much larger dimension than in their transverse direction to allow the line-shaped electron radiation to pass.

Im Betrieb der 3D-Druck-Vorrichtung 20 liegt zwischen der Kathodenelektrode 2 und der Anodenelektrode 3 eine von einer in 1 schematisch angedeuteten Spannungsquelle 7 erzeugte Spannung zur Beschleunigung der aus der Glühkathode 1 austretenden Elektronen an. Die Spannung kann beispielsweise zwischen 1 kV und 10 kV betragen. Dabei ist die Kathodenelektrode 2 mit dem Minuspol und die Anodenelektrode 3 mit dem Pluspol der Spannungsquelle 7 verbunden, wobei insbesondere die Anodenelektrode 3 zusätzlich mit Masse verbunden ist. During operation of the 3D printing device 20 lies between the cathode electrode 2 and the anode electrode 3 one from one in 1 schematically indicated voltage source 7 generated voltage to accelerate the out of the hot cathode 1 exiting electrons. The voltage may be, for example, between 1 kV and 10 kV. In this case, the cathode electrode 2 with the negative pole and the anode electrode 3 with the positive pole of the voltage source 7 connected, in particular the anode electrode 3 additionally connected to ground.

Die 3D-Druck-Vorrichtung 20 umfasst weiterhin eine als Ablenkmittel und Modulatormittel dienende Ablenkelektrode 8, die im Strahlengang der Elektronenstrahlung 4 hinter der Anodenelektrode 3 angeordnet ist. Die der Elektronenstrahlung 4 zugewandte Seite der Ablenkelektrode 8 dient dabei als Ablenkfläche 9. Diese Ablenkfläche 9 schließt mit der Ausbreitungsrichtung der Elektronenstrahlung 4 einen Winkel β ein, der im abgebildeten Ausführungsbeispiel etwa gleich 45° ist. Dadurch beträgt auch der Einfallswinkel γ zwischen dem Einfallslot und der Elektronenstrahlung 45°. The 3D printing device 20 further comprises a deflection electrode serving as deflection means and modulator means 8th , in the beam path of electron radiation 4 behind the anode electrode 3 is arranged. The electron radiation 4 facing side of the deflection electrode 8th serves as a deflection surface 9 , This deflection surface 9 closes with the propagation direction of the electron radiation 4 an angle β, which is approximately equal to 45 ° in the illustrated embodiment. As a result, the angle of incidence γ between the incidence solder and the electron beam is 45 °.

Die Ablenkelektrode 8 befindet sich ebenfalls auf einem negativen Potenzial, insbesondere auf dem gleichen negativen Potenzial wie die Kathodenelektrode 2. Vorzugsweise ist sie mit dem negativen Pol der gleichen Spannungsquelle 7 verbunden wie die Kathodenelektrode 2. Dadurch kann erreicht werden, dass die Elektronen der Elektronenstrahlung an der Ablenkelektrode 8 zum Stillstand gelangen. The deflection electrode 8th is also at a negative potential, in particular at the same negative potential as the cathode electrode 2 , Preferably, it is with the negative pole of the same voltage source 7 connected as the cathode electrode 2 , It can thereby be achieved that the electrons of the electron radiation at the deflection electrode 8th come to a standstill.

Die 3D-Druck-Vorrichtung 20 umfasst weiterhin in Ausbreitungsrichtung der Elektronenstrahlung 4 hinter der Ablenkelektrode 8 eine weitere Elektrode 10, die eine Öffnung 11 für den Hindurchtritt der Elektronenstrahlung 4 aufweist, die der Öffnung 6 entspricht. Die weitere Elektrode 10 ist mit Masse verbunden und weist daher gegenüber der Ablenkelektrode 8 ein positives Potenzial auf. Daher werden die an der Ablenkelektrode abgebremsten Elektronen der Elektronenstrahlung 4 von der weiteren Elektrode 10 in Richtung auf die weitere Elektrode 10 beschleunigt und treten durch die Öffnung 11 hindurch. The 3D printing device 20 further comprises in the propagation direction of the electron beam 4 behind the deflection electrode 8th another electrode 10 that have an opening 11 for the passage of electron radiation 4 that has the opening 6 equivalent. The further electrode 10 is connected to ground and therefore faces the deflection electrode 8th a positive potential. Therefore, the electrons decelerated at the deflection electrode become the electron radiation 4 from the other electrode 10 towards the further electrode 10 accelerate and step through the opening 11 therethrough.

Aufgrund der Ausrichtung der Ablenkfläche 9 der Ablenkelektrode 8 unter einem Winkel von 45° ist die weitere Elektrode 10 zu der Ablenkelektrode 8 ebenfalls unter einem Winkel von 45° ausgerichtet. Due to the orientation of the deflection surface 9 the deflection electrode 8th at an angle of 45 ° is the further electrode 10 to the deflection electrode 8th also aligned at an angle of 45 °.

Insgesamt ist damit die weitere Elektrode 10 senkrecht zur Anodenelektrode 3 ausgerichtet. Die Elektronenstrahlung 4 wird somit an der Ablenkfläche 9 um einen Winkel von 90° abgelenkt. Insbesondere wirkt die Ablenkelektrode 8 zusammen mit der weiteren Elektrode 10 wie ein Spiegel für die Elektronenstrahlung 4, wobei wie bei einer Reflexion an einem Spiegel der Einfallswinkel γ gleich dem Ausfallswinkel δ ist. Overall, this is the other electrode 10 perpendicular to the anode electrode 3 aligned. The electron radiation 4 is thus at the deflection surface 9 deflected by an angle of 90 °. In particular, the deflection electrode acts 8th together with the other electrode 10 like a mirror for electron radiation 4 , wherein, as with a reflection at a mirror, the angle of incidence γ is equal to the angle of reflection δ.

Die Ablenkfläche 9 der Ablenkelektrode 8 kann unter anderen Winkeln als dem abgebildeten 45°-Winkel zur Elektronenstrahlung 4 ausgerichtet sein. Dann muss entsprechend die weitere Elektrode 10 anders ausgerichtet und positioniert werden, so dass der Einfallswinkel γ dem Ausfallswinkel δ entspricht. The deflection surface 9 the deflection electrode 8th may be at angles other than the imaged 45 ° angle to electron radiation 4 be aligned. Then the further electrode must be correspondingly 10 be aligned and positioned differently, so that the angle of incidence γ corresponds to the angle of divergence δ.

2 bis 4 zeigen, dass die als Modulatormittel dienende Ablenkelektrode 8 in Linienlängsrichtung der linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung 4 nebeneinander angeordnete Ablenkelemente 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, ... 8n aufweist, die jeweils als Modulationskanal dienen. 2 to 4 show that the deflection electrode serving as modulator means 8th in the line longitudinal direction of the linear intensity distribution of the electron radiation 4 juxtaposed deflecting elements 8a . 8b . 8c . 8d . 8e , ... 8n has, each serving as a modulation channel.

Es kann sich beispielsweise um Modulatormittel mit 1080 Modulationskanälen handeln, die in einer in 2 mit einem Pfeil verdeutlichten Längsrichtung 12 nebeneinander angeordnet sind. Es besteht durchaus auch die Möglichkeit, weniger oder mehr Modulationskanäle vorzusehen, wie beispielsweise 8192 Modulationskanäle. It may, for example, be modulator means with 1080 modulation channels, which in an in 2 with an arrow clarified longitudinal direction 12 are arranged side by side. There is also the possibility of providing fewer or more modulation channels, such as 8192 modulation channels.

Jeder einzelne der Modulationskanäle beziehungsweise jedes einzelne der Ablenkelemente 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, ... 8n können so angesteuert werden, dass auf ein einzelnes Ablenkelement 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, ... 8n auftreffender Teil der Elektronenstrahlung 4 ungehindert reflektiert oder komplett in eine in 1 schematisch angedeutete Strahlfalle 13 abgelenkt wird. Each one of the modulation channels or each of the deflection elements 8a . 8b . 8c . 8d . 8e , ... 8n can be controlled so that on a single deflection 8a . 8b . 8c . 8d . 8e , ... 8n incident part of the electron beam 4 unimpeded or completely reflected in a 1 schematically indicated beam trap 13 is distracted.

Durch die Ansteuerung der einzelnen Modulationskanäle kann bewirkt werden, dass die Ablenkelemente 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, ... 8n voneinander verschiedene Potenziale aufweisen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Ablenkelemente 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, ... 8n schwenkbar zu gestalten, so dass für unterschiedliche Ablenkelemente 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, ... 8n während des Betriebs eine unterschiedliche Ablenkrichtung gewählt werden kann. Beispielsweise können dazu Schrittmotoren oder Piezoelemente verwendet werden. By controlling the individual modulation channels can be effected that the deflection elements 8a . 8b . 8c . 8d . 8e , ... 8n have different potentials from each other. There is also the possibility of the baffles 8a . 8b . 8c . 8d . 8e , ... 8n pivotable, allowing for different baffles 8a . 8b . 8c . 8d . 8e , ... 8n During operation, a different deflection direction can be selected. For example, stepper motors or piezoelectric elements can be used for this purpose.

Um die einzelnen Ablenkelemente 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, ... 8n dicht nebeneinander anzuordnen, kann die in 4 verdeutlichte in der Höhe versetzte Anordnung gewählt werden. To the individual baffles 8a . 8b . 8c . 8d . 8e , ... 8n close to each other, the in 4 clarified in height staggered arrangement can be selected.

Auf die als Modulatormittel dienende Ablenkelektrode trifft die Elektronenstrahlung 4 so auf, dass die linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung 4 sich in der Längsrichtung 12 der als Modulatormittel dienenden Ablenkelektrode 8 erstreckt. Die Auflösung, mit der die Elektronenstrahlung 4 in Längsrichtung der linienförmigen Intensitätsverteilung durch die Modulatormittel strukturiert werden kann, kann beispielsweise zwischen 20 µm und 100 µm betragen. On the serving as a modulator means deflection electrode meets the electron radiation 4 so on that the line-shaped intensity distribution of the electron radiation 4 in the longitudinal direction 12 the deflection electrode serving as modulator means 8th extends. The resolution with which the electron radiation 4 can be structured by the modulator means in the longitudinal direction of the linear intensity distribution, for example, be between 20 .mu.m and 100 .mu.m.

Es besteht durchaus die Möglichkeit, mehrere als Modulatormittel dienende Ablenkelektroden 8 vorzusehen, die insbesondere in Längsrichtung aneinander anschließen können. It is quite possible, several serving as a modulator means deflection 8th provide that can connect in particular in the longitudinal direction to each other.

Die modulierte Elektronenstrahlung 4 wird so in einen Arbeitsbereich 14 überführt, so dass dort ein Ausgangsmaterial für den 3D-Druck mit einer modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung beaufschlagt wird. Das in 1 schematisch angedeutete pulverförmige Ausgangsmaterial 15 wird dem Arbeitsbereich 14 dabei gleichzeitig mit der modulierten Elektronenstrahlung 4 oder zeitlich kurz vorher zugeführt. The modulated electron radiation 4 becomes like this in a workspace 14 transferred, so that there is a starting material for the 3D printing with a modulated linear intensity distribution is applied. This in 1 schematically indicated powdery starting material 15 becomes the workspace 14 at the same time as the modulated electron radiation 4 or timely fed shortly before.

Entsprechend der Gestaltung des herzustellenden Produkts werden die einzelnen Modulationskanäle angesteuert, so dass dort, wo das pulverförmige Ausgangsmaterial beispielsweise durch Aufschmelzen verfestigt werden soll, eine ausreichende Menge Elektronenstrahlung auftrifft. An Stellen, wo entsprechend der Gestaltung des herzustellenden Produkts das pulverförmige Ausgangsmaterial nicht mit Elektronenstrahlung beaufschlagt werden soll, werden die entsprechenden Modulationskanäle der Modulatormittel so angesteuert, dass die Elektronenstrahlung in die Strahlfalle 13 geleitet wird. According to the design of the product to be produced, the individual modulation channels are driven, so that where the powdery starting material is to be solidified, for example, by melting, a sufficient amount of electron radiation impinges. At locations where, according to the design of the product to be produced, the powdery starting material is not to be exposed to electron radiation, the corresponding modulation channels of the modulator means are controlled such that the electron radiation enters the beam trap 13 is directed.

Als pulverförmiges Ausgangsmaterial 15 für den 3D-Druck kann Kunststoff oder Kunstharz oder ein keramisches Material oder ein Glas oder ein glasähnliches Material oder ein polymeres Material oder ein Metall verwendet werden. Das Ausgangsmaterial 15 kann insbesondere eine Korngröße zwischen 60 µm und 100 µm aufweisen. As powdered starting material 15 For 3D printing, plastic or synthetic resin or a ceramic material or a glass or a glass-like material or a polymeric material or a metal can be used. The starting material 15 may in particular have a particle size between 60 microns and 100 microns.

Die Vorrichtung weist weiterhin Scannmittel auf, die den Arbeitsbereich 14 relativ zu der modulierten Elektronenstrahlung 4 oder die modulierte Elektronenstrahlung 4 relativ zu dem Arbeitsbereich 14 bewegen können. Die Scannmittel sind insbesondere so gestaltet, dass die Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung 4 stattfindet. Diese Richtung ist in 1 mit dem Bezugszeichen 16 versehen. The apparatus further comprises scanning means which comprise the work area 14 relative to the modulated electron radiation 4 or the modulated electron radiation 4 relative to the workspace 14 can move. The scanning means are in particular designed such that the movement in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the modulated linear intensity distribution of the electron radiation 4 takes place. This direction is in 1 with the reference number 16 Mistake.

In 7 sind diese beiden Möglichkeiten schematisch veranschaulicht, wobei zusätzlich aufgezeigt ist, dass die Bewegung entweder nach links in 7 (siehe Pfeil 16a) oder nach recht in 7 (siehe Pfeil 16b) erfolgen kann. In 7 These two possibilities are illustrated schematically, in addition It is shown that the movement is either left in 7 (See arrow 16a ) or right in 7 (See arrow 16b ).

Durch die Zuführung von pulverförmigem Ausgangsmaterial 15 und selektiver Beaufschlagung dieses Ausgangsmaterials 15 mit Elektronenstrahlung 4 wird das herzustellende räumlich ausgedehnte Produkt schichtweise aufgebaut, wobei immer nach Fertigstellung einer Schicht mit der Gestaltung der nächsthöheren Schicht begonnen wird. By the supply of powdered starting material 15 and selective loading of this starting material 15 with electron radiation 4 The produced spatially extended product is built up in layers, which is always started after completion of a layer with the design of the next higher layer.

8 bis 10 verdeutlichen eine Variante der Erfindung, bei der zusätzlich zu der Elektronenstrahlung 4 eine zweite Elektronenstrahlung 18 in den Arbeitsbereich 14 eingebracht wird. Dabei dient die zweite Elektronenstrahlung 18 dem Heizen, insbesondere dem Vorheizen des pulverförmigen Ausgangsmaterials 15. Die Temperatur, auf die das pulverförmige Ausgangsmaterial 15 durch die weitere Elektronenstrahlung 18 aufgeheizt wird, kann beispielsweise kurz unterhalb der Schmelztemperatur des Materials liegen. Alternativ kann die Temperatur kurz unterhalb einer Temperatur liegen, bei der ein für die Umwandlung des Ausgangsmaterials notwendiger Prozess beginnt. 8th to 10 illustrate a variant of the invention, in addition to the electron beam 4 a second electron beam 18 in the workspace 14 is introduced. The second electron beam serves here 18 the heating, in particular the preheating of the powdery starting material 15 , The temperature to which the powdered starting material 15 through the further electron radiation 18 is heated, for example, may be just below the melting temperature of the material. Alternatively, the temperature may be just below a temperature at which a process necessary for the conversion of the feedstock begins.

Insbesondere 9 und 10 zeigen, wie die beiden Elektronenstrahlungen 4, 18 in dem Arbeitsbereich 14 überlappen. Dabei weist auch die zweite Elektronenstrahlung 18 in dem Arbeitsbereich 14 eine linienförmige Intensitätsverteilung auf. Diese linienförmige Intensitätsverteilung der zweiten Elektronenstrahlung 18 ist jedoch in dem Arbeitsbereich 14 nicht moduliert, sondern weist über die gesamte Länge der linienförmigen Erstreckung im Wesentlichen die gleiche Intensität auf. Especially 9 and 10 show how the two electron beams 4 . 18 in the workspace 14 overlap. In this case also has the second electron beam 18 in the workspace 14 a line-shaped intensity distribution. This line-shaped intensity distribution of the second electron radiation 18 is however in the workspace 14 not modulated, but has substantially the same intensity over the entire length of the linear extension.

Die beiden linienförmigen Intensitätsverteilungen der Elektronenstrahlung 4, 18 sind parallel zueinander und werden gleichzeitig mit der gleichen Geschwindigkeit relativ zu dem Arbeitsbereich 14 bewegt. Insbesondere ist dabei aber die Linienbreite 19 in Querrichtung der linienförmigen Intensitätsverteilung der zweiten Elektronenstrahlung 18 größer als die Linienbreite 23 der modulierten Elektronenstrahlung 4 in Querrichtung (siehe 10). Auf diese Weise ergibt sich bei der gleichzeitigen und gleichschnellen Bewegung der Intensitätsverteilungen in Querrichtung eine längere Einstrahldauer der zweiten Elektronenstrahlung 18, wie dies aus 8 ersichtlich ist, bei der die durch die beiden Elektronenstrahlungen 4, 18 insgesamt bewirkte Temperatur T des in dem Arbeitsbereich 14 befindlichen Ausgangsmaterials 15 gegen die Zeit t aufgetragen ist. The two linear intensity distributions of the electron radiation 4 . 18 are parallel to each other and are at the same time relative to the work area at the same speed 14 emotional. In particular, but is the line width 19 in the transverse direction of the linear intensity distribution of the second electron radiation 18 larger than the line width 23 the modulated electron radiation 4 in the transverse direction (see 10 ). In this way results in the simultaneous and gleichschnschnlichen movement of the intensity distributions in the transverse direction a longer Einstrahldauer the second electron radiation 18 like this 8th it can be seen in the case of the two electron beams 4 . 18 total temperature T caused in the work area 14 located starting material 15 plotted against time t.

Es zeigt sich, dass durch die zweite Elektronenstrahlung 18 eine Heiz-Temperatur TH erzeugt wird, die kurz unterhalb der Prozessgrenze TP, insbesondere kurz unterhalb der Schmelztemperatur liegt. Durch die modulierte Elektronenstrahlung 4 wird an den gewünschten Stellen ein zusätzlicher Temperaturpeak 21 hinzuaddiert, der die Gesamttemperatur in ein Prozessfenster anhebt, in dem der gewünschte Prozess, wie beispielsweise das Aufschmelzen des Ausgangsmaterials 15 abläuft. It turns out that by the second electron radiation 18 a heating temperature T H is generated, which is just below the process limit T P , in particular just below the melting temperature. Due to the modulated electron radiation 4 At the desired locations, an additional temperature peak is generated 21 which adds the total temperature to a process window in which the desired process, such as the melting of the starting material, is added 15 expires.

Die zweite Elektronenstrahlung 18 kann von einer zweiten Elektronenstrahlquelle 24 erzeugt werden, die in 11 abgebildet ist. Die zweite Elektronenstrahlquelle 24 entspricht hinsichtlich der Glühkathode 1, der Kathodenelektrode 2 und der Anodenelektrode 3 der in 1 abgebildeten ersten Elektronenstrahlquelle 20, so dass sie auch eine Elektronenstrahlung 18 mit linienförmiger, sich in die Zeichenebene der 11 hinein erstreckender Intensitätsverteilung erzeugen kann. The second electron radiation 18 can from a second electron beam source 24 be generated in 11 is shown. The second electron beam source 24 corresponds with respect to the hot cathode 1 , the cathode electrode 2 and the anode electrode 3 the in 1 pictured first electron beam source 20 so they also have an electron beam 18 with line-shaped, in the plane of the drawing 11 can generate into extending intensity distribution.

Hinter der Anodenelektrode 3 sind zwei als Plattenkondensator wirkende Elektroden 25, 26 vorgesehen, an die eine Wechselspannung angelegt ist. Die entsprechende Spannungsquelle ist nicht abgebildet. Die Wechselspannung kann beispielsweise eine Frequenz größer als 10kHz, vorzugsweise zwischen 25 kHz und 75 kHz, insbesondere zwischen 40 kHz und 60 kHz, beispielsweise eine Frequenz von 50 kHz aufweisen. Behind the anode electrode 3 are two acting as a plate capacitor electrodes 25 . 26 provided, to which an AC voltage is applied. The corresponding voltage source is not shown. The alternating voltage may for example have a frequency greater than 10 kHz, preferably between 25 kHz and 75 kHz, in particular between 40 kHz and 60 kHz, for example a frequency of 50 kHz.

Die zwei als Plattenkondensator wirkenden Elektroden 25, 26 können aufgrund der vergleichsweise hohen Frequenz der Wechselspannung den Elektronenstrahl 18 mit großer Geschwindigkeit auf dem Arbeitsbereich 14 hin und her bewegen. Insbesondere kann dabei die Wechselspannung gezielt beeinflusst werden, um einige Bereiche des Arbeitsbereichs 14 länger mit der Elektronenstrahlung 18 zu beaufschlagen als andere Bereiche. The two electrodes acting as a plate capacitor 25 . 26 can due to the relatively high frequency of the AC voltage, the electron beam 18 at high speed on the work area 14 to move back and fourth. In particular, the AC voltage can be specifically influenced to some areas of the work area 14 longer with the electron radiation 18 to act as other areas.

5 und 6 verdeutlichen, wie mit der zweiten Elektronenstrahlquelle 24 eine Intensitätsverteilung mit einer großen Linienbreite 19 erzeugt werden kann. 5 zeigt beispielhaft einen schmalen Elektronenstrahl, der in einer Ortskoordinate X auf einem Werkstück bewegt wird, die beispielsweise der Richtung senkrecht zur Längserstreckung des Querschnitts der Elektronenstrahllinie entspricht. Dabei ist in 5 nach oben die Intensität der Elektronenstrahlung 18 aufgetragen. Insbesondere sind den einzelnen Intensitätsverteilungen Zeitintervalle t1 bis tN zugeordnet, in denen die Elektronenstrahlung 18 auf den Bereich mit der entsprechenden Ortskoordinate X auftrifft. 5 and 6 clarify how with the second electron beam source 24 an intensity distribution with a large line width 19 can be generated. 5 shows by way of example a narrow electron beam, which is moved in a location coordinate X on a workpiece, which corresponds for example to the direction perpendicular to the longitudinal extent of the cross section of the electron beam line. It is in 5 to the top the intensity of electron radiation 18 applied. In particular, the individual intensity distributions are assigned time intervals t 1 to t N , in which the electron radiation 18 hits the area with the corresponding location coordinate X.

6 zeigt eine 5 entsprechende schematische Darstellung, die die zeitliche Mittelung der Intensität der Elektronenstrahlung 18 wiedergibt. Wenn in dem Arbeitsbereich 14 durch die Elektronenstrahlung 18 Veränderungen bewirkt werden sollen, die durch die von der Elektronenstrahlung 18 übertragene Wärmeenergie verursacht werden, entspricht die in 6 abgebildete beispielhafte gemittelte Intensitätsverteilung 17 dem wirksamen Strahlprofil der Elektronenstrahlung 18 in dem Arbeitsbereich 14. Dies insbesondere deshalb, weil Wärmeprozesse in der Regel langsamer als die Bewegung der Elektronenstrahlung 18 in dem Arbeitsbereich 14 ablaufen. 6 shows one 5 corresponding schematic representation showing the time averaging of the intensity of electron radiation 18 reproduces. If in the workspace 14 through the electron radiation 18 Changes are to be effected by the electron beam radiation 18 transferred heat energy caused corresponds to the in 6 Illustrated exemplary average intensity distribution 17 the effective beam profile of the electron beam 18 in the workspace 14 , This is particularly because heat processes are generally slower than the movement of electron radiation 18 in the workspace 14 expire.

Es besteht also die Möglichkeit, mittels der beiden als Plattenkondensator wirkenden Elektroden 25, 26 und der Ansteuerwechselspannung gezielt ein wirksames Strahlprofil der Elektronenstrahlung 18 auszuwählen oder zu gestalten. 6 zeigt nur ein beliebiges Beispiel. Andere Strahlprofilformen sind möglich. It is therefore possible, by means of the two acting as a plate capacitor electrodes 25 . 26 and the drive AC voltage targeted an effective beam profile of the electron beam 18 to select or design. 6 shows just any example. Other beam profile shapes are possible.

Wenn eine sehr lange Elektronenstrahllinie erzeugt werden soll, kann vorgesehen sein, dass der als Glühkathode 1 dienende Draht und/oder die Kathodenelektrode 2 und/oder die Anodenelektrode 3 und/oder die Ablenkelektrode 8 in der Längsrichtung des die Glühkathode 1 bildenden Drahtes in Segmente unterteilt ist oder sind. Dadurch kann ein modularer Aufbau der Vorrichtung ermöglicht werden. If a very long electron beam line to be generated, it can be provided that the as the hot cathode 1 serving wire and / or the cathode electrode 2 and / or the anode electrode 3 and / or the deflection electrode 8th in the longitudinal direction of the hot cathode 1 forming wire is divided into segments or are. As a result, a modular construction of the device can be made possible.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, mehrere Elektronenstrahlquellen 20, 24 in Längsrichtung der linienförmigen Intensitätsverteilungen nebeneinander so anzuordnen, dass sie zu einer ununterbrochenen linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlungen 4, 18 beitragen. Ein schematisches Beispiel ist in 12 abgebildet. Dort sind insgesamt jeweils acht unterschiedliche Elektronenstrahlquellen 20, 24 jeweils abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten der zu erzeugenden langen linienförmigen Intensitätsverteilung angeordnet. Diese linienförmige Intensitätsverteilung kann sich beispielsweise in die Zeichenebene der 12 hineinbewegen. There is still the possibility of multiple electron beam sources 20 . 24 be arranged side by side in the longitudinal direction of the line-shaped intensity distributions so that they form an uninterrupted line-shaped intensity distribution of the electron beams 4 . 18 contribute. A schematic example is in 12 displayed. There are a total of eight different electron beam sources 20 . 24 each arranged alternately on different sides of the long line-shaped intensity distribution to be generated. This linear intensity distribution can, for example, in the plane of the 12 inside move.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2014/173662 A1 [0002] WO 2014/173662 A1 [0002]

Claims (13)

3D-Druck-Vorrichtung für die Herstellung eines räumlich ausgedehnten Produkts, umfassend – mindestens eine Elektronenstrahlquelle (20), die eine Elektronenstrahlung (4) mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugen kann, – Modulatormittel, die die linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung (4) so modulieren können, dass eine modulierte linienförmige Intensitätsverteilung entsteht, wobei die Modulatormittel derart in der 3D-Druck-Vorrichtung angeordnet sind, dass die von der Elektronenstrahlquelle (20) ausgehende Elektronenstrahlung (4) auf die Modulatormittel auftrifft, – ein Arbeitsbereich (14), dem mit Elektronenstrahlung (4) zu beaufschlagendes Ausgangsmaterial (15) für den 3D-Druck zugeführt wird oder werden kann, wobei der Arbeitsbereich (14) derart in der 3D-Druck-Vorrichtung angeordnet ist, dass die von den Modulatormitteln modulierte Elektronenstrahlung (4) auf den Arbeitsbereich (14) auftrifft, – Scannmittel, die den Arbeitsbereich (14) relativ zu der modulierten Elektronenstrahlung (4) oder die modulierte Elektronenstrahlung (4) relativ zu dem Arbeitsbereich (14) bewegen können, wobei die Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung stattfindet. 3D printing apparatus for the production of a spatially extended product, comprising - at least one electron beam source ( 20 ), which is an electron beam ( 4 ) can produce with a linear intensity distribution, - modulator means, the linear intensity distribution of the electron beam ( 4 ) in such a way that a modulated line-shaped intensity distribution is produced, wherein the modulator means are arranged in the 3D printing device in such a way that the signals emitted by the electron beam source ( 20 ) outgoing electron radiation ( 4 ) impinges on the modulator means, - a work area ( 14 ), which with electron radiation ( 4 ) to be acted upon starting material ( 15 ) is or can be supplied for 3D printing, the work area ( 14 ) is arranged in the 3D printing device such that the modulated by the modulator means electron radiation ( 4 ) on the workspace ( 14 ), - Scanning means, the work area ( 14 ) relative to the modulated electron radiation ( 4 ) or the modulated electron radiation ( 4 ) relative to the workspace ( 14 ), the movement taking place in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the modulated line-shaped intensity distribution. 3D-Druck-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulatormittel eine Längsrichtung (12) aufweisen, in der mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Modulatorkanäle nebeneinander angeordnet sind. 3D printing device according to claim 1, characterized in that the modulator means comprise a longitudinal direction ( 12 ), in which a plurality of independently controllable modulator channels are arranged side by side. 3D-Druck-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung (12) der Modulatormittel parallel zu der Längsrichtung der auf sie auftreffenden linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung (4) ist, so dass entsprechend den Anforderungen des zu erzeugenden Produkts die einzelnen Modulatorkanäle gezielt aus der Elektronenstrahlung (4) ablenken können, so dass sie nicht zu der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung beitragen. 3D printing device according to claim 2, characterized in that the longitudinal direction ( 12 ) of the modulator means parallel to the longitudinal direction of the incident thereon line intensity distribution of the electron beam ( 4 ), so that according to the requirements of the product to be produced, the individual modulator channels targeted from the electron beam ( 4 ) so that they do not contribute to the modulated linear intensity distribution. 3D-Druck-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulatormittel eine Mehrzahl von in Längsrichtung nebeneinander angeordneten Anodenelementen (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8n) umfassen, an der die Elektronenstrahlung (4) reflektiert werden kann und/oder die eine zu der Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahlung (4) geneigte Ablenkfläche aufweisen. 3D printing device according to claim 3, characterized in that the modulator means comprise a plurality of longitudinally juxtaposed anode elements (FIG. 8a . 8b . 8c . 8d . 8e . 8n ) at which the electron radiation ( 4 ) and / or the one to the propagation direction of the electron beam ( 4 ) have an inclined deflection surface. 3D-Druck-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Anodenelemente (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8n) unabhängig voneinander ansteuerbar sind. 3D printing device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual anode elements ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e . 8n ) are independently controllable. 3D-Druck-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung der einzelnen Anodenelemente (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8n) zwei voneinander verschiedene Anodenelemente (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8n) auf einem unterschiedlichen Potential sein können oder einen unterschiedlichen Winkel (β) zur Ausbreitungsrichtung der von der Elektronenstrahlquelle (20) ausgehenden Elektronenstrahlung (4) aufweisen können. 3D printing device according to one of claims 1 to 5, characterized in that by controlling the individual anode elements ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e . 8n ) two mutually different anode elements ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e . 8n ) can be at a different potential or a different angle (β) to the propagation direction of the electron beam source ( 20 ) outgoing electron radiation ( 4 ). 3D-Druck-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druck-Vorrichtung mindestens eine weitere Elektronenstrahlquelle (24) umfasst, wobei die weitere Elektronenstrahlquelle (24) eine weitere linienförmige Intensitätsverteilung einer Elektronenstrahlung (18) in dem Arbeitsbereich (14) erzeugen kann, wobei die weitere linienförmige Intensitätsverteilung in dem Arbeitsbereich (14) parallel und/oder zumindest teilweise deckungsgleich zu der linienförmigen Intensitätsverteilung der modulierten Elektronenstrahlung (4) ist. 3D printing device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the 3D printing device at least one further electron beam source ( 24 ), wherein the further electron beam source ( 24 ) a further line-shaped intensity distribution of an electron beam ( 18 ) in the workspace ( 14 ), wherein the further line-shaped intensity distribution in the working area ( 14 ) parallel and / or at least partially congruent with the linear intensity distribution of the modulated electron radiation ( 4 ). 3D-Druck-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von der mindestens einen weiteren Elektronenstrahlquelle (24) ausgehende Elektronenstrahlung (18) gleichzeitig oder zumindest teilweise zeitlich vor der modulierten Elektronenstrahlung (4) auf den Arbeitsbereich (14) auftrifft, so dass eine Zusatzheizung oder Vorheizung des mit der Elektronenstrahlung (4) zu beaufschlagenden Ausgangsmaterials (15) stattfindet. 3D printing device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the of the at least one further electron beam source ( 24 ) outgoing electron radiation ( 18 ) simultaneously or at least partially in time before the modulated electron radiation ( 4 ) on the workspace ( 14 ), so that an additional heating or preheating of the with the electron beam ( 4 ) to be acted upon starting material ( 15 ) takes place. 3D-Druck-Verfahren für die Herstellung eines räumlich ausgedehnten Produkts, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Von mindestens einer Elektronenstrahlquelle (20) wird eine Elektronenstrahlung (4) mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugt. – Die Elektronenstrahlung (4) trifft auf Modulatormittel, die die linienförmige Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung (4) so modulieren, dass eine modulierte linienförmige Intensitätsverteilung geschaffen wird. – Ausgangsmaterial (15) für den 3D-Druck wird einem Arbeitsbereich (14) zugeführt. – Das dem Arbeitsbereich (14) zugeführte Ausgangsmaterial (15) wird mit der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung (4) beaufschlagt. – Der Arbeitsbereich (14) wird relativ zu der modulierten Elektronenstrahlung (4) oder die modulierte Elektronenstrahlung (4) wird relativ zu dem Arbeitsbereich (14) bewegt, wobei die Bewegung in einer Richtung (16, 16a, 16b) senkrecht zur Längserstreckung der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung stattfindet. 3D printing process for the production of a spatially extended product, characterized by the following process steps: - by at least one electron beam source ( 20 ) an electron radiation ( 4 ) is generated with a linear intensity distribution. - The electron radiation ( 4 ) encounters modulator means which determine the linear intensity distribution of the electron beam ( 4 ) in such a way that a modulated linear intensity distribution is created. - starting material ( 15 ) for 3D printing becomes a workspace ( 14 ). - The workspace ( 14 ) supplied starting material ( 15 ) with the modulated linear intensity distribution of the electron beam ( 4 ). - The workspace ( 14 ) is relative to the modulated electron beam ( 4 ) or the modulated electron radiation ( 4 ) is relative to the workspace ( 14 ), whereby the movement in one direction ( 16 . 16a . 16b ) takes place perpendicular to the longitudinal extent of the modulated linear intensity distribution. 3D-Druck-Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial (15) für den 3D-Druck Kunststoff oder Kunstharz oder ein keramisches Material oder ein Glas oder ein glasähnliches Material oder ein polymeres Material oder ein Metall verwendet wird, wobei das Ausgangsmaterial (15) insbesondere pulverförmig zugeführt wird, beispielsweise in einer Korngröße zwischen 60 µm und 100 µm. 3D printing method according to claim 9, characterized in that as starting material ( 15 ) is used for 3D printing plastic or synthetic resin or a ceramic material or a glass or a glass-like material or a polymeric material or a metal, wherein the starting material ( 15 ) is supplied in particular in powder form, for example in a particle size between 60 microns and 100 microns. 3D-Druck-Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung (4) eine weitere linienförmigen Intensitätsverteilung einer Elektronenstrahlung (18) erzeugt wird, wobei die beiden linienförmigen Intensitätsverteilung in dem Arbeitsbereich (14) parallel und/oder zumindest teilweise deckungsgleich zueinander sind. 3D printing method according to one of claims 9 or 10, characterized in that in addition to the modulated linear intensity distribution of the electron beam ( 4 ) a further line-shaped intensity distribution of an electron radiation ( 18 ), wherein the two line-shaped intensity distribution in the working area ( 14 ) are parallel and / or at least partially congruent to each other. 3D-Druck-Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Elektronenstrahlung (18) gleichzeitig oder zumindest teilweise zeitlich vor der modulierten Elektronenstrahlung (4) auf den Arbeitsbereich (14) auftrifft, so dass eine Zusatzheizung oder Vorheizung des mit der Elektronenstrahlung (4) zu beaufschlagenden Ausgangsmaterials (15) stattfindet. 3D printing method according to claim 11, characterized in that the at least one further electron radiation ( 18 ) simultaneously or at least partially in time before the modulated electron radiation ( 4 ) on the workspace ( 14 ), so that an additional heating or preheating of the with the electron beam ( 4 ) to be acted upon starting material ( 15 ) takes place. 3D-Druck-Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das räumlich ausgedehnte Produkt schichtweise durch mehrfaches Zuführen des Ausgangsmaterials (15) und mehrfaches Beaufschlagen mit der modulierten linienförmigen Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlung (4) erzeugt wird. 3D printing method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the spatially extended product in layers by multiple feeding of the starting material ( 15 ) and multiple impingement with the modulated linear intensity distribution of the electron radiation ( 4 ) is produced.
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