WO2015086585A1 - Method for producing a three-dimensionally structured object by sintering and sintering method therefor - Google Patents

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Jens GÜNSTER
Jürgen Heinrich
Thomas MÜHLER
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Bundesrepublik Deutschland, Vertreten Durch Den Bundesminister Für Wirtschaft Und Energie, Dieser Vertreten Durch Den Präsidenten Der Bundesanstalt Für Materialforschung Und -Prüfung (Bam)
Technische Universität Clausthal
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Definitions

  • the energy of at least one selected laser beam is focused on selected points in the three-dimensional green body for laser sintering, wherein the at least one laser beam penetrates into the volume of the three-dimensional green body.
  • the present invention teaches a laser sintering in the volume of a three-dimensional green body. This must be at least partially transparent to the laser beam. The laser beam thus penetrates into the interior of the volume of the three-dimensional green body, so that radiation energy is absorbed in the irradiated volume.

Abstract

The invention relates to a method for producing a three-dimensionally structured object by sintering, said method having the steps: providing a three-dimensional green body (7) which is at least semi-transparent to a laser beam (6a, 6b, 6c); and focussing the energy of at least one selected laser beam (6a, - 6b, 6c) onto selected points (9) in the three-dimensional green body (7) in order to carry out laser sintering, the at least one laser beam (6a, 6b, 6c) penetrating the volume of the three-dimensional green body (7).

Description

Verfahren zur Sinterherstellung eines dreidimensionalen strukturierten Objektes und Sintervorrichtung hierzu Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sinterherstellung eines dreidimensionalen strukturierten Objektes.  The invention relates to a method for sintering a three-dimensional structured object.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sintervorrichtung zur selektiven Lasersinterung eines dreidimensionalen Grünkörpers zur Herstellung eines dreidimensio- nalen strukturierten Objektes. The invention further relates to a sintering apparatus for the selective laser sintering of a three-dimensional green body for the production of a three-dimensional structured object.
Der Aufbau von dreidimensionalen Strukturen durch lokale Sinterung eines Grünkörpers ist an sich bekannt. Hierbei wird die thermisch aktivierte Sinterung von Partikeln des Grünkörpers, insbesondere von keramischen Partikeln eines keramischen Grünkörpers ausgenutzt. Die zum Sintern erforderliche Aktivierungsenergie wird mittels eines Lasers auf die zu sinternden Punkte des Grünkörpers eingekoppelt. The construction of three-dimensional structures by local sintering of a green body is known per se. Here, the thermally activated sintering of particles of the green body, in particular of ceramic particles of a ceramic green body is utilized. The activation energy required for sintering is coupled by means of a laser to the points of the green body to be sintered.
Herkömmlicherweise erfolgt hierbei der Aufbau des Grünkörpers schichtweise derart, dass die Oberfläche des Grünkörpers jeweils in einer zweidimensionalen Ebene an ausgewählten Punkten durch Lenken eines Laserstrahls auf die ausgewählten Punkte auf der Oberfläche gesintert werden. Auf diese Weise wird das strukturierte Objekt schichtweise gebildet. So ist aus DE 1 01 28 664 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von keramischen Formkörpern durch Sintern von ausgewählten Stellen eines keramischen Materials mit einem Laserstrahl bekannt. Hierbei wird mindestens eine Schicht einer flüssigen Suspension oder plastischen Masse aufgetragen, die anschließend getrocknet und an ausgewählten Stellen mit einem Laserstrahl zur Bildung des Formkörpers gesintert wird. Conventionally, in this case, the structure of the green body is carried out in layers such that the surface of the green body are each sintered in a two-dimensional plane at selected points by directing a laser beam to the selected points on the surface. In this way, the structured object is formed in layers. Thus, from DE 1 01 28 664 A1 a method and an apparatus for the production of ceramic moldings by sintering selected locations a ceramic material with a laser beam known. Here, at least one layer of a liquid suspension or plastic mass is applied, which is then dried and sintered at selected locations with a laser beam to form the shaped body.
Ein ähnliches Verfahren ist in US 4,863,538 A1 beschrieben. Auch hier wird ein Laserstrahl mit Hilfe eines Umlenkspiegels auf die Oberfläche eines schichtweise aufgebauten Grünkörpers gerichtet. DE 1 97 30 742 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, bei dem ein Laserstrahl mit einem X- Y-Scanner bewegt wird. Die Laserleistung ist so eingestellt, dass die Körner des Ausgangspulvers zumindest teilweise zertrümmert werden, sodass eine mechanische Bindung durch Verzahnung der Pulverkörner bewirkt wird. Auch hier wird der Formkörper schichtweise durch selektives Lasersintern hergestellt. A similar process is described in US 4,863,538 A1. Again, a laser beam is directed by means of a deflection mirror on the surface of a layered green body. DE 1 97 30 742 A1 discloses a method for producing a shaped body, in which a laser beam is moved with an XY scanner. The laser power is adjusted so that the grains of the starting powder are at least partially smashed, so that a mechanical bond is effected by toothing of the powder grains. Again, the shaped body is produced in layers by selective laser sintering.
Auch DE 1 0 2004 01 2 682 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung von dreidimensionalen Objekten mit einer beweglichen Vorrichtung zur schichtförmigen Auftragung eines pulverförmigen Sub- strates auf einer Arbeitsplattform, einer in der X-Y-Ebene beweglichen Vorrichtung zum Auftragen einem Absorber aufweisenden Materials sowie mit einem Laser. Die Laserenergie wird hierbei nicht direkt den zu verbindenden Substraten zugeführt, sondern über einen Absorber, der die Energie absorbiert und in Form von Wärmeenergie an das ihm umgebende Substrat abgibt. DE 1 0 2004 01 2 682 A1 also discloses a method and a device for the layered production of three-dimensional objects with a movable device for the layered application of a powdered substrate on a working platform, a device movable in the XY plane for applying an absorber Materials as well as with a laser. The laser energy is not supplied directly to the substrates to be connected, but via an absorber, which absorbs the energy and releases it in the form of heat energy to the surrounding substrate.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Sinterherstellung eines dreidimensionalen strukturierten Objektes zu schaffen. Die Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die durch die Sintervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Proceeding from this, it is an object of the present invention to provide an improved method for sintering a three-dimensional structured object. The object is achieved by the method having the features of claim 1 and by the sintering device having the features of claim 7. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
Es wird vorgeschlagen, einen dreidimensionalen Grünkörper bereitzustellen, der für einen Laserstrahl mindestens teildurchlässig ist. Dabei wird die Energie mindestens eines ausgewählten Laserstrahls auf ausgewählte Punkte im dreidimensionalen Grünkörper zur Lasersinterung fokussiert, wobei der mindestens eine Laserstrahl in das Volumen des dreidimensionalen Grünkörpers eindringt. I m Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen die Lasersinterung immer an der Oberfläche eines schichtweise aufgebauten Grünkörpers durchgeführt wird, lehrt die vorliegende Erfindung eine Lasersinterung im Volumen eines dreidimensionalen Grünkörpers. Dieser muss hierzu für den Laserstrahl mindestens teildurchlässig sein. Der Laserstrahl dringt damit in den Innenraum des Volumens des dreidimensionalen Grünkörpers ein, sodass im durchstrahlten Volumen Strahlungsenergie absorbiert wird. Durch die Fokussierung der Laserstrahlen innerhalb des Volumens des dreidimensionalen Grünkörpers lassen sich dann diese Punkte in dem Volumenraum des dreidimensionalen Grünkörpers über die erforderliche Sintertemperatur für die zum Sintern erforderli- che Zeit erwärmen. It is proposed to provide a three-dimensional green body which is at least partially transparent to a laser beam. In this case, the energy of at least one selected laser beam is focused on selected points in the three-dimensional green body for laser sintering, wherein the at least one laser beam penetrates into the volume of the three-dimensional green body. In contrast to the conventional methods, in which the laser sintering is always performed on the surface of a layered green body, the present invention teaches a laser sintering in the volume of a three-dimensional green body. This must be at least partially transparent to the laser beam. The laser beam thus penetrates into the interior of the volume of the three-dimensional green body, so that radiation energy is absorbed in the irradiated volume. By focusing the laser beams within the volume of the three-dimensional green body, these points in the volume space of the three-dimensional green body can then be heated above the required sintering temperature for the time required for sintering.
Das Fokussieren der Energie kann z. B. durch selektives Kreuzen von mindestens zwei Laserstrahlen in den zur Lasersinterung ausgewählten Punkten im dreidimensionalen Grünkörper erfolgen. In dem Schnittpunkt der mindestens zwei Laserstrahlen wird dann im Unterschied zu der Energie eines einzelnen Laserstrahls eine zur Lasersinterung erforderliche Sintertemperatur erreicht bzw. überschritten. The focusing of the energy can z. B. by selectively crossing at least two laser beams in the laser sintering selected points in the three-dimensional green body done. In contrast to the energy of a single laser beam, a sintering temperature required for laser sintering is then reached or exceeded in the intersection of the at least two laser beams.
Das selektive Kreuzen von Laserstrahlen kann relativ einfach rechnerisch ge- steuert mittels Ansteuerung eines Spiegelsystems zum Umlenken der Laserstrahlen erfolgen. Denkbar ist aber auch, dass das Fokussieren der Energie durch Rotation des dreidimensionalen Grünkörpers im Strahlengang eines Laserstrahls derart erfolgt, dass die für eine lokalen Sinterung eines Punktes erforderliche Strah- lungsleistung im Schnittpunkt des Laserstrahls mit der Rotationsachse des rotierenden dreidimensionalen Grünkörpers als ausgewähltem Punkt zur Lasersinterung einwirkt. Durch die Rotation des Grünkörpers wird die in den Grünkörper durchdringende Energie des Laserstrahls im Volumen so verteilt, dass über die Länge des Laserstrahls die erforderliche Sintertemperatur nicht er- reicht wird. Lediglich im Kreuzungspunkt des Laserstrahls mit der Rotationsachse verharrt der Laserstrahl an dem ausgewählten Punkt, so dass dort über die Zeit eine selektive Erwärmung des Punktes zur Sinterung erfolgt. The selective crossing of laser beams can be carried out relatively simply by computer control by controlling a mirror system for deflecting the laser beams. It is also conceivable, however, for the energy to be focused by rotation of the three-dimensional green body in the beam path of a laser beam such that the radiation power required for local sintering of a point at the intersection of the laser beam with the axis of rotation of the rotating three-dimensional green body is selected as the laser sintering point acts. As a result of the rotation of the green body, the energy of the laser beam penetrating into the green body is distributed in the volume in such a way that the required sintering temperature is not reached over the length of the laser beam. Only at the point of intersection of the laser beam with the axis of rotation of the laser beam remains at the selected point, so that over there is a selective heating of the point for sintering over time.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Beimischen von Partikeln zu dem dreidi- mensionalen Grünkörper zur Modifizierung des Absorptionskoeffizienten des Grünkörpers erfolgt. Damit lässt sich der Absorptionskoeffizient gezielt beeinflussen und kann auf die teilweise Absorption der Laserenergie optimiert werden. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Partikel in Bezug auf die Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls und das Materials des Grünkörpers so ausgewählt sind, dass eine Erhöhung der Absorption erfolgt, so dass sich die Partikel des Grünkörpers erwärmen. It is particularly advantageous if particles are added to the three-dimensional green body to modify the absorption coefficient of the green body. This allows the absorption coefficient to be specifically influenced and can be optimized for the partial absorption of the laser energy. In this case, it is particularly advantageous if the particles are selected with respect to the wavelength of the laser beam used and the material of the green body so that an increase in the absorption takes place, so that the particles of the green body are heated.
Die mittlere Partikelgröße der Partikel des dreidimensionalen Grünkörpers ist vorzugsweise kleiner als das 0,25-fache der Wellenlänge des verwendeten La- serstrahls. Bevorzugt ist die mittlere Partikelgröße kleiner als das 0, 1 -fache der Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls. Damit wird sichergestellt, dass die Laserstrahlung den Grünkörper durchdringen kann, insbesondere wenn der Grünkörper aus einem keramischen Material besteht, welches die Laserstrahlung an sich nicht absorbiert. Durch die im Verhältnis zur Wellenlänge kleine Partikelgröße wird erreicht, dass die Laserstrahlung den Grünkörper durchdringen kann. Eine Sintervorrichtung zur selektriven Lasersinterung eines dreidimensionalen Grünkörpers zur Herstellung eines dreidimensionalen strukturierten Objektes hat eine Plattform zum Tragen des dreidimensionalen Grünkörpers, mindestens eine Laserstrahleinheit zur Emission eines Laserstrahls auf den dreidimensionalen Grünkörper, und The mean particle size of the particles of the three-dimensional green body is preferably less than 0.25 times the wavelength of the laser beam used. The mean particle size is preferably less than 0.1 times the wavelength of the laser beam used. This ensures that the laser radiation can penetrate the green body, in particular if the green body consists of a ceramic material which does not absorb the laser radiation per se. Due to the small particle size in relation to the wavelength, it is achieved that the laser radiation can penetrate the green body. A sintering apparatus for selectively sintering a three-dimensional green body to produce a three-dimensional structured object has a platform for supporting the three-dimensional green body, at least one laser beam unit for emitting a laser beam onto the three-dimensional green body, and
eine Steuereinheit, die zum Fokussieren der Energie mindestens ei- nes ausgewählten Laserstrahls der mindestens einen Laserstrahleinheit auf ausgewählte Punkte im dreidimensionalen Grünkörper zur Lasersinterung eingerichtet ist, wobei der mindestens eine Laserstrahl zum Eindringen in das Volumen des dreidimensionalen Grünkörpers vorgesehen ist.  a control unit, which is set up for focusing the energy of at least one selected laser beam of the at least one laser beam unit onto selected points in the three-dimensional green body for laser sintering, wherein the at least one laser beam is provided for penetrating into the volume of the three-dimensional green body.
Zur Fokussierung der Energie des mindestens einen ausgewählten Laserstrahls kann die Sintervorrichtung mindestens zwei Laserstrahleinheiten haben. Diese Laserstrahleinheiten und die Steuereinheit sind dann zum selektiven Kreuzen der mindestens zwei Laserstrahlen der Laserstrahleinheiten in den zur Lasersinterung ausgewählten Punkten im dreidimensionalen Grünkörper eingerichtet. Hierzu können die Laserstrahleinheiten beispielsweise ein durch die Strahleinheit ansteuerbares Spiegelsystem haben, mit dem die mehreren Laserstrahlen frei auf das Volumen des Grünkörpers ausgerichtet werden und damit in möglichst kleinen Punkten im Volumen des dreidimensionalen Grün- körpers gekreuzt werden können. For focusing the energy of the at least one selected laser beam, the sintering device may have at least two laser beam units. These laser beam units and the control unit are then set up for selectively crossing the at least two laser beams of the laser beam units in the points selected for laser sintering in the three-dimensional green body. For this purpose, the laser beam units can for example have a controllable by the beam unit mirror system with which the multiple laser beams are aligned freely to the volume of the green body and thus can be crossed in smallest possible points in the volume of the three-dimensional green body.
Optional hierzu oder gegebenenfalls in Kombination mit dem Kreuzen der Laserstrahlen kann die Plattform für den Grünkörper rotatorisch drehbar gelagert sein. Die Sintervorrichtung hat dann einen Rotationsantrieb, der zur Rotation des dreidimensionalen Grünkörpers mit der Plattform gekoppelt ist. Die Steuereinheit ist mit dem Rotationsantrieb und der mindestens einen Laserstrah- leinheit gekoppelt und beispielsweise durch geeignete Programmierung eingerichtet, den dreidimensionalen Grünkörper im Strahlengang des Laserstrahls über eine vorgegebene Sinterzeit zu Rotieren derart, dass die für eine zur lokalen Sinterung eines Punktes erforderliche Strahlungsleistung im Schnittpunkt des Laserstrahls mit der Rotationsachse des rotierenden dreidimensionalen Grünkörpers als ausgewählten Punkt zur Lasersinterung einwirkt. Das Einwirken der Strahlungsleistung erfolgt dann für eine hinreichende Zeit, die zur Lasersinterung bei der erreichten Temperatur in dem ausgewählten Punkt erforderlich ist. Optionally, or optionally in combination with the crossing of the laser beams, the platform for the green body can be rotatably mounted rotatably. The sintering device then has a rotary drive which is coupled to the rotation of the three-dimensional green body with the platform. The control unit is connected to the rotary drive and the at least one laser beam Coupled coupled and set up, for example by appropriate programming, the three-dimensional green body in the beam path of the laser beam over a predetermined sintering time such that the required for local sintering of a point radiation power at the intersection of the laser beam with the axis of rotation of the rotating three-dimensional green body as a selected point to Lasersinterung acts. The exposure of the radiation power then occurs for a sufficient time required for laser sintering at the temperature reached at the selected point.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. Show it :
Figur 1 - Skizze einer ersten Ausführungsform einer Sintervorrichtung mit zwei Laserstrahleinheiten und Durchkreuzen von Laserstrahlen fokussierte Energie; Figure 1 - sketch of a first embodiment of a sintering device with two laser beam units and intersecting laser beams focused energy;
Figur 2 - Skizze einer zweiten Ausführungsform einer Sintervorrichtung mit rotierbarer Plattform und dreidimensionalen Grünkörper auf der Plattform ; Figure 2 - sketch of a second embodiment of a sintering device with rotatable platform and three-dimensional green body on the platform;
Figur 3 - Diagramm der Partikelgrö ßenverteilung über der Partikelgröße einer wässrigen 5-Masseprozentigen Si02- Suspension. FIG. 3 shows a diagram of the particle size distribution over the particle size of an aqueous 5% by mass Si0 2 suspension.
Figur 1 lässt eine Skizze einer ersten Ausführungsform einer Sintervorrichtung 1 erkennen, die eine Steuereinheit 2 sowie eine Mehrzahl von beispielsweise zwei Laserstrahleinheiten 3a, 3b hat. Die Laserstrahleinheiten 3a, 3b haben jeweils einen Laserstrahlgenerator (Laser) 4 zur Erzeugung eines Laserstrahls 6a, 6b mit einer vorgegebenen Wellenlänge, der auf einen steuerbaren Umlenkspiegel 5 der jeweiligen Laserstrahleinheit 3a, 3b ausgerichtet ist. Die La- serstrahleinheiten 3a, 3b und insbesondere die Umlenkspiegel 5 sind durch die Steuereinheit 2 so ansteuerbar, dass der jeweilige Laserstrahl 6a, 6b, der durch die Laserstrahleinheiten 3a, 3b erzeugt wird, auf einen dreidimensionalen Grünkörper 7 ausgerichtet wird. Der dreidimensionale Grünkörper 7 ist hierbei auf einer Plattform 8 gelagert und dort ortsfest positioniert. Durch die Änderung der Winkel der Umlenkspiegel 5 lassen sich die Laserstrahlen 6a, 6b wahlweise so positionieren, dass sich die Laserstrahlen 6a, 6b in ausgewählten Punkten 9 treffen. In diesen Kreuzungspunkten 9 ist die Energie der Laserstrahlen 6a, 6b dann so fokussiert, dass eine vorgegebener Sintertemperatur TSinter über die Zeit, in der die Laserstrahlen 6a, 6b in der jeweiligen Position verharren, zur Sinterung der entsprechenden Partikel in dem Punkt des dreidimensionalen Grünkörpers 7 überschritten wird. Auf diese Weise können im dreidimensionalen Raum beliebige Volumenpunkte des dreidimensionalen Grünkörpers 7 ausgewählt und gesintert werden. FIG. 1 shows a sketch of a first embodiment of a sintering device 1 which has a control unit 2 and a plurality of, for example, two laser beam units 3a, 3b. The laser beam units 3a, 3b each have a laser beam generator (laser) 4 for generating a laser beam 6a, 6b with a predetermined wavelength, which is aligned with a controllable deflection mirror 5 of the respective laser beam unit 3a, 3b. The laser beam units 3a, 3b and in particular the deflecting mirrors 5 can be controlled by the control unit 2 so that the respective laser beam 6a, 6b, which is generated by the laser beam units 3a, 3b, is aligned with a three-dimensional green body 7. The three-dimensional green body 7 is in this case mounted on a platform 8 and positioned there in a stationary manner. By changing the angle of the deflection mirror 5, the laser beams 6a, 6b can optionally be positioned so that the laser beams 6a, 6b meet at selected points 9. In these points of intersection 9, the energy of the laser beams 6a, 6b is then focused so that a predetermined sintering temperature T S i n t e r over the time in which the laser beams 6 a, 6 b remain in the respective position for sintering the corresponding particles in the point of the three-dimensional green body 7 is exceeded. In this way, in the three-dimensional space arbitrary volume points of the three-dimensional green body 7 are selected and sintered.
Voraussetzung hierfür ist es, dass der dreidimensionale, bevorzugt keramische Grünkörper 7 für die Wellenlänge der Laserstrahlen 6a, 6b mindestens teilweise transparent ist, so dass die Laserstrahlen 6a, 6b das Volumen des dreidimensionalen Grünkörpers 7 durchdringen können. The prerequisite for this is that the three-dimensional, preferably ceramic green body 7 for the wavelength of the laser beams 6a, 6b is at least partially transparent, so that the laser beams 6a, 6b can penetrate the volume of the three-dimensional green body 7.
Der Grünkörper 7 ist für die verwendete Laserstrahlung transparent oder teil- transparent, besitzt jedoch eine andere optische Brechzahl als das umgebende Medium, welches in der Regel Luft oder ein Gas ist. Die hierdurch hervorgerufene Beugung der Laserstrahlung am Übergang in den Grünkörper 7 (Übergang Luft (Gas) - Grünkörper), bei nicht senkrechtem Einfall der Strahlung, kann von der Steuerung errechnet und kompensiert werden. Zur Vermeidung der Beu- gung der Laserstrahlen am Übergang in den Grünkörper 7 können die Laserstrahlen auch derart angeordnet werden, dass die Laserstrahlen nur senkrecht auf die Oberfläche des Grünkörpers 7 treffen. Zur Bewegung des Kreuzungspunktes 9 wird dann nur der Grünkörper 7 relativ zu den Laserstrahlen 6a, 6b bewegt. Hierfür kann es auch zweckmäßig sein, den Grünkörper nicht zylind- risch sondern mit planen, parallelen Flächen auszufertigen, als Würfel oder Quader. The green body 7 is transparent or partially transparent to the laser radiation used, but has a different optical refractive index than the surrounding medium, which is usually air or a gas. The thus caused diffraction of the laser radiation at the transition into the green body 7 (transition air (gas) - green body), with non-normal incidence of radiation, can be calculated and compensated by the controller. To avoid diffraction of the laser beams at the transition into the green body 7, the laser beams can also be arranged such that the laser beams only impinge perpendicularly on the surface of the green body 7. For movement of the crossing point 9, only the green body 7 is then moved relative to the laser beams 6a, 6b. For this purpose, it may also be expedient to make the green body not cylindrically but with plan, parallel surfaces, as a cube or cuboid.
Die Durchstrahlung eines keramischen Grünkörpers 7 mit Laserlicht wird dadurch erreicht, dass der Grünkörper 7 aus einem keramischen Material be- steht, welches Laserstrahlung nicht absorbiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass die Pulverpartikel, welche den Grünkörper 7 bilden, klein gegenüber der Wellenlänge der Laserstrahlen 6a, 6b sind. Die Partikelgröße ist hierbei kleiner als 0,25 der Wellenlänge und typischerweise im Bereich von 0, 1 5 bis 0,5 und bevorzugt 0, 1 der Wellenlänge ge- wählt, so dass die Laserstrahlung den Grünkörper 7 durchdringen kann. Grundsätzlich eignen sich Laser mit einer Wellenlänge zwischen 0,5 bis 4 um für die beschriebene Anwendung. Hierzu stehen marktübliche Lasersysteme zur Verfügung, die eine ausreichende Leistung für lokale Sinterung keramischer Partikel zur Verfügung stellen und bei Wellenlängen von 0,5 bis ca. 2,5 μιτι abstrahlen. Bevorzugt werden Laser mit einer Wellenlänge von 0,9 bis 2,5 μιτι eingesetzt, da somit die Partikelgröße der zum Aufbau des Grünkörpers 7 verwendeten Partikel bei ca. 200 nm (mittlere Partikelgrö ße im Bereich von etwa 1 00 bis 300 nm) liegen kann. Die Partikelgrö ße lässt sich mit klassischer Keramikprozesstechnik, wie Trockenpressen, Schlickerguss oder Schlickdruck- guss zu kompakten Grünkörpern 7 mit einer Restporösität von weniger als 40 Vol.-% verarbeiten. Kleinere Partikel sind in ihrer Prozessierung zu keramischen Grünkörpern 7 im Allgemeinen wesentlich aufwendiger und lassen sich nicht ohne weiteres zu kompakten Grünkörpern 7 mit einer Restporösität von weniger als 40 Vol.-% formen. The irradiation of a ceramic green body 7 with laser light is achieved in that the green body 7 consists of a ceramic material which does not absorb laser radiation. In the illustrated embodiment, this is achieved in that the powder particles which form the green body 7 are small compared to the wavelength of the laser beams 6a, 6b. The particle size here is less than 0.25 of the wavelength and is typically selected in the range from 0.1 to 0.5 and preferably 0.1 of the wavelength, so that the laser radiation can penetrate the green body 7. In principle, lasers with a wavelength of between 0.5 and 4 .mu.m are suitable for the application described. Commercially available laser systems are available for this purpose, which provide sufficient power for local sintering of ceramic particles and emit at wavelengths of 0.5 to about 2.5 μm. Preference is given to using lasers having a wavelength of 0.9 to 2.5 μm, since the particle size of the particles used to construct the green body 7 can thus be about 200 nm (average particle size in the range from about 100 to 300 nm) , The particle size can be processed by conventional ceramic process technology, such as dry pressing, slip casting or slip casting to form compact green bodies 7 with a residual porosity of less than 40% by volume. Smaller particles are generally much more expensive in their processing into ceramic green bodies 7 and can not readily be formed into compact green bodies 7 with a residual porosity of less than 40% by volume.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Laserstrahlen 6a, 6b durch Steuerung mit Hilfe der computerprogrammgestützten Steuereinheit 2 so gesteuert, dass in den ausgewählten Kreuzungspunkten 9 die vorgegebene Sintertemperatur Tsinter für eine bestimmte Zeitspanne (Haltezeit), bei der die Temperatur ungefähr gleich der Sintertemperatur Tsinter ist, erreicht wird. Hierbei versintern die keramischen Partikel des Grünkörpers 7 im Kreuzungspunkt 9, ohne dass die benachbarten Partikel wesentlich beeinträchtigt werden. Durch dieses lokale Sintern lässt sich eine dreidimensionale Struktur im Volumen des keramischen Grünkörpers 7 aufbauen, indem gezielt einzelne Kreu- zungspunkte 9 und nicht das gesamte von den Laserstrahlen 6a, 6b durchstrahlte Volumen erwärmt wird. Hierbei führt nur in den ausgewählten Kreuzungspunkten 9 die Absorption von Laserenergie zu einer Erwärmung auf die Sintertemperatur Tsinter- Die minimale Grö ße der Volumenpunkte, in denen die Erwärmung des Grünkörpers 7 zu einer lokalen Sinterung führt, ohne dass direkt angrenzende Volumenbereiche gesintert werden, entspricht der maximalen Auflösung, mit der dreidimensionale Strukturen aufgebaut werden können. Die Konzentration der Strahlungsleistung auf die Kreuzungspunkte 9 der Probe wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Kreuzung mehrerer Laserstrahlen 6a, 6b erreicht. Denkbar ist bei dem Ausführungsbeispiel, dass noch mehr als zwei Laserstrahlen zur Kreuzung verwendet werden. In the described embodiments, the laser beams 6a, 6b are controlled by control by the computer program-based control unit 2 such that at the selected crossing points 9 the predetermined sintering temperature T sinte r for a certain period of time (holding time) at which the temperature is approximately equal to the sintering temperature T. sin t e r is achieved. Here sinter the ceramic particles of the green body 7 at the intersection 9, without the adjacent particles are significantly impaired. This local sintering makes it possible to build up a three-dimensional structure in the volume of the ceramic green body 7 by selectively heating individual crossing points 9 and not the entire volume irradiated by the laser beams 6a, 6b. In this case, the absorption of laser energy leads to heating to the sintering temperature Tsinter- only at the selected points of intersection 9. The minimum size of the volume points in which the heating of the green body 7 leads to local sintering, without sintering directly adjacent volume areas, corresponds to FIG maximum resolution with which three-dimensional structures can be built up. The concentration of the radiation power on the crossing points 9 of the sample is achieved in the illustrated embodiment by crossing a plurality of laser beams 6a, 6b. It is conceivable in the embodiment that even more than two laser beams are used for crossing.
Figur 2 lässt ein zweites Ausführungsbeispiel der Sintervorrichtung 1 zur Sinterherstellung eines dreidimensionalen strukturierten Objektes aus einem dreidimensionalen Grünkörper 7 erkennen. Auch hier ist eine computergesteuerte Steuereinheit 2 vorgesehen, die eine einzige Laserstrahleinheit 3c ansteuert. Wiederum hat die Laserstrahleinheit 3c einen Laser 4 und einen Umlenkspiegel 5. FIG. 2 shows a second embodiment of the sintering apparatus 1 for sintering a three-dimensional structured object from a three-dimensional green body 7. Again, a computer-controlled control unit 2 is provided which drives a single laser beam unit 3c. Again, the laser beam unit 3c has a laser 4 and a deflection mirror 5.
In diesem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Plattform 8 durch mit Hilfe eines Rotationsantriebs 1 0 rotatorisch gelagert. Der auf der Plattform 8 aufge- lagerte Grünkörper kann damit um eine Rotationsachse R gedreht werden. Bei der Rotation des Grünkörpers 7 um die Rotationsachse R wird die Energie des Laserstrahls 6c auf den Kreuzungspunkt 9 des Laserstrahls 6c mit der Rotationsachse R fokussiert. Im Kreuzungspunkt 9 wird dabei die vorgegebene Sintertemperatur TSinter für die zur lokalen Sinterung benötigte Zeitspanne (Halte- zeit) erreicht. In this illustrated embodiment, the platform 8 is rotatably supported by means of a rotary drive 1 0. The green body deposited on the platform 8 can thus be rotated about an axis of rotation R. During the rotation of the green body 7 about the axis of rotation R, the energy of the laser beam 6c is focused on the point of intersection 9 of the laser beam 6c with the axis of rotation R. In the crossing point 9, the predetermined sintering temperature T S i n t e r is reached for the time required for local sintering (holding time).
Um nun beliebige Kreuzungspunkte 9 im Volumen des Grünkörpers 7 lokal sintern zu können, ist der Grünkörper 7 bzw. die Plattform 8 relativ beweglich zum Rotationsantrieb 1 0 angeordnet, so dass die Rotationsachse R in Bezug auf den Grünkörper 7 verlagert werden kann. Diese verschiebbare oder anderweitig im Raum bewegbare Einrichtung ist durch die Pfeile an der Plattform 8 angedeutet. In order to be able to locally sinter any intersection points 9 in the volume of the green body 7, the green body 7 or the platform 8 is arranged to be relatively movable relative to the rotary drive 10, so that the axis of rotation R can be displaced with respect to the green body 7. This displaceable or otherwise movable in space device is indicated by the arrows on the platform 8.
Bei beiden Ausführungsformen werden neben den ausgewählten, lokal zu sin- ternden Kreuzungspunkten 9 im Allgemeinen auch andere Bereiche des Grünkörpers 7 durch die Laserstrahlen 6a, 6b, 6c erwärmt. Jedoch bleibt die Tem- peratur der anderen Bereiche aufgrund der dort verfahrensbedingt geringeren Strahlungsleistung weit unterhalb der Sintertemperatur Tsinter- Auch bei Temperaturen unterhalb der Sintertemperatur Tsinter kann eine Sinterung initiiert werden. Dies erfordert jedoch eine erheblich längere Haltezeit. Über eine Rech- nersteuerung wird nur das gesamte Volumen des Grundkörpers 7 im Laserstrahl-Strahlengang derart positioniert, dass der Aufbau komplexer Strukturen durch Fokussieren der Laserstrahlen 6a, 6b, 6c, die das Volumen des keramischen Grünkörpers 7 durchdringen, möglich ist. Figur 3 lässt ein Diagramm der Partikelgrö ßenverteilung über die Partikelgröße in μιη für eine wässrige 5-Masse-Prozentige Si02-Suspension erkennen. Hierbei wird ein Siliziumoxid (Si02) Pulver mit einem d50 von 1 86 nm und einer in Figur 3 dargestellten Partikelgrö ßenverteilung zu einem zylindrischen Grünkörper 7 durch uniaxiales Pressen geformt. In both embodiments, in addition to the selected, locally sintered crossing points 9, in general also other areas of the green body 7 are heated by the laser beams 6a, 6b, 6c. However, the temperature remains Due to the process-related lower radiation power, the temperature of the other regions is far below the sintering temperature T sin t e r- Even at temperatures below the sintering temperature T sinte r, sintering can be initiated. However, this requires a considerably longer holding time. Via a computer control, only the entire volume of the main body 7 in the laser beam path is positioned in such a way that it is possible to construct complex structures by focusing the laser beams 6a, 6b, 6c, which penetrate the volume of the ceramic green body 7. FIG. 3 shows a diagram of the particle size distribution over the particle size in μιη for an aqueous 5 mass% Si0 2 suspension. Here, a silicon oxide (SiO 2 ) powder having a d 50 of 1 86 nm and a particle size distribution shown in FIG. 3 is formed into a cylindrical green body 7 by uniaxial pressing.
In der Figur 3 sind die Partikelverteilungskurven für verschiedene Produkte, nämlich a) 4649-Corning In Figure 3, the particle distribution curves for various products are a) 4649 Corning
b) 4650-Corning  b) 4650-Corning
c) 4654-Corning  c) 4654-Corning
d) 4655-Corning  d) 4655 Corning
e) 4651 -Wacker  e) 4651-Wacker
f) 4652-Wacker  f) 4652-Wacker
g) 4653-Wacker aufgetragen.  g) 4653-Wacker applied.
Nach der Herstellung des Grünkörpers 7 wird dieser von einem Thulium- Faserlaser bei einer Wellenlänge von 1 940 nm und mit einer maximalen Leistung von 1 00 Watt durchstrahlt. Der Grünkörper 7 ist für die Wellenlänge des Thulium-Faserlasers teiltransparent. Die Teiltransparenz des Grünkörpers 7 wird durch geeignete Additive (Farbkörper wie Kohlenstoff oder organische Verbindungen) im Si02-Pulver eingestellt. Der Fokus des durch ein Laserobjekt konvergierenden Laserstrahls 6c liegt im Volumen des Grünkörpers 7. Der Fo- kuspunkt ist der Kreuzungspunkt 9, in dem der Grünkörper 7 lokal auf die vorgegebene Sintertemperatur Tsinter erwärmt wird. Um eine Erwärmung des Grünkörpers 7 auf die Sintertemperatur Tsinter nur in diesem Punkt zu erreichen, rotiert der Grünkörper 7 um eine Rotationsachse R, auf der sich der Fokuspunkt des Laserstrahls 6c befindet. Die Prozessgrößen Laserleistung, Brennweite der Laseroptik und Rotationsgeschwindigkeit der Probe sind so anzupassen, dass eine Erwärmung des Kreuzungspunktes 9 auf die vorgegebene Sintertemperatur Tsinter im gewünschten Teilvolumen über die zur lokalen Sinterung erforderliche Haltezeit erreicht wird. After the green body 7 has been produced, it is irradiated by a thulium fiber laser at a wavelength of 1940 nm and with a maximum power of 1 00 watts. The green body 7 is for the wavelength of Thulium fiber laser partially transparent. The partial transparency of the green body 7 is adjusted by suitable additives (color bodies such as carbon or organic compounds) in the Si0 2 powder. The focus of the laser beam 6c converging through a laser object lies in the volume of the green body 7. The focal point is the point of intersection 9, in which the green body 7 is locally heated to the predetermined sintering temperature T sin t e r. In order to achieve heating of the green body 7 to the sintering temperature T sinte r only at this point, the green body 7 rotates about an axis of rotation R on which the focal point of the laser beam 6c is located. The process variables laser power, focal length of the laser optics and rotational speed of the sample are to be adjusted so that heating of the intersection point 9 to the predetermined sintering temperature Tsinter in the desired partial volume is achieved over the holding time required for local sintering.
Nach dem so ausgeführten lokalen Sintern der dreidimensionalen Struktur wird diese mit Wasser aus dem ungesinterten Rest des Grünkörpers 7 herausgelöst.  After the so-executed local sintering of the three-dimensional structure, this is dissolved out with water from the unsintered remainder of the green body 7.
Gemäß der Partikelgrößenverteilung in Figur 3 ist das genutzte Pulver so auf die verwendete Wellenlänge des Lasers abzustimmen, dass der keramische Grünkörper 7 für die Wellenlänge teiltransparent ist. According to the particle size distribution in Figure 3, the powder used is tuned to the wavelength of the laser used so that the ceramic green body 7 is partially transparent to the wavelength.
Durch die Beimischung von Farbkörpern, die auf die Wellenlänge der verwendeten Laserenergie abgestimmt sind und den Absorptionskoeffizient für die Wellenlänge anpasst, d.h. in der Regel erhöht, lässt sich das beschriebene Sinterverfahren optimieren. By incorporating color bodies tuned to the wavelength of the laser energy used and adjusting the absorption coefficient for the wavelength, i. As a rule, the described sintering process can be optimized.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Material des Grünkörpers und/oder die verwendeten Zusatzstoffe so ausgewählt sind, dass sich der Absorptionskoeffizient der gesinterten Teile nicht wesentlich ändert und hinreichend transparent bleibt. Damit wird sichergestellt, dass diese bereits lokal gesinterten Punkte noch von Laserstrahlen durchdrungen werden können, um von der Laserquelle ausgehend Kreuzungspunkte hinter den bereits gesinterten Punkten chen, ohne dass der Grünkörper 7 gedreht werden muss. Furthermore, it is advantageous if the material of the green body and / or the additives used are selected so that the absorption coefficient of the sintered parts does not change significantly and remains sufficiently transparent. This ensures that these locally sintered points can still be penetrated by laser beams to from the laser source starting crossing points behind the already sintered points chen without the green body 7 must be rotated.

Claims

Patentansprüche: claims:
1 . Verfahren zu Sinterherstellung eines dreidimensionalen strukturierten Objektes, gekennzeichnet durch 1 . Process for sintering a three-dimensional structured object, characterized by
Bereitstellen eines dreidimensionalen Grundkörpers (7), der für einen Laserstrahl (6a, 6b, 6c) mindestens teildurchlässig ist, und fokussieren der Energie mindestens eines ausgewählten Laser Strahls auf ausgewählte Punkte (9) im dreidimensionalen Grünkörper (7) zur Lasersinterung, wobei der mindestens eine Laserstrahl (6a, 6b, 6c) in das Volumen des dreidimensionalen Grünkörpers (7) eindringt. Providing a three-dimensional basic body (7) which is at least partially transparent to a laser beam (6a, 6b, 6c) and focusing the energy of at least one selected laser beam on selected points (9) in the three-dimensional green body (7) for laser sintering, wherein the at least a laser beam (6a, 6b, 6c) penetrates into the volume of the three-dimensional green body (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch selektives Kreuzen von mindestens zwei Laserstrahlen (6a, 6b) in den zur Lasersinterung ausgewählten Punkten (9) im dreidimensionalen Grünkörper (7). 2. The method according to claim 1, characterized by selectively crossing at least two laser beams (6a, 6b) in the laser sintering selected points (9) in the three-dimensional green body (7).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Rotation des dreidimensionalen Grünkörpers (7) im Strahlengang eines Laserstrahls (6c) derart, dass die für eine zur lokalen Sinterung eines Punktes (9) erforderliche Strahlungsleistung im Schnittpunkt des Laserstrahls (6c) mit der Rotationsachse (R) des rotierenden dreidimensionalen Grünkörpers (7) als ausgewählten Punkt (9) zur Lasersinterung einwirkt. 3. The method according to claim 1, characterized by rotation of the three-dimensional green body (7) in the beam path of a laser beam (6c) such that for a local sintering of a point (9) required radiation power at the intersection of the laser beam (6c) with the axis of rotation ( R) of the rotating three-dimensional green body (7) acts as a selected point (9) for laser sintering.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Beimischen von Partikeln zur Bildung des dreidimensionalen Grünkörpers (7) verwendeten Ausgangsmaterials zur Modifizierung des Absorptionskoeffizienten. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized by admixing of particles to form the three-dimensional green body (7) used to modify the absorption coefficient.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beimischen von Partikeln zur Modifizierung der Absorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge des mindestens einen Laserstrahls (6a, 6b, 6c) erfolgt. 5. The method according to claim 4, characterized in that the admixing of particles for modifying the absorption as a function of the wavelength of the at least one laser beam (6a, 6b, 6c) takes place.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgrö ße der Partikel des dreidimensionalen Grünköpers (7) kleiner als das 0,25-fache der Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls (6a, 6b, 6c) und bevorzugt kleiner als das 0, 1 - fache der Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls (6a, 6b, 6c) ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the average particle size of the particles of the three-dimensional green body (7) is less than 0.25 times the wavelength of the laser beam used (6a, 6b, 6c) and preferably smaller than that 0, 1 - times the wavelength of the laser beam used (6a, 6b, 6c).
7. Sintervorrichtung (1 ) zur selektiven Lasersinterung eines dreidimensionalen Grünkörpers (7) zur Herstellung eines dreidimensionalen strukturierten Objektes, mit: a) einer Plattform (8) zum Tragen des dreidimensionalen Grünkörpers (7) ; 7. sintering apparatus (1) for selective laser sintering of a three-dimensional green body (7) for producing a three-dimensional structured object, comprising: a) a platform (8) for supporting the three-dimensional green body (7);
b) mindestens einer Laserstrahleinheit (3a, 3b, 3c) zur Emission eines Laserstrahls (6a, 6b, 6c) auf den dreidimensionalen Grünkörper; und c) einer Steuereinheit (2), die zum Fokussieren der Energie mindestens eines ausgewählten Laserstrahls (6a, 6b, 6c) der mindestens eine Laserstrahleinheit (3a, 3b, 3c) auf ausgewählte Punkte (9) im dreidimensionalen Grünkörper (7) zur Lasersinterung eingerichtet ist, wobei der mindestens eine Laserstrahl (6a, 6b, 6c) zum Eindringen in das Volumen des dreidimensionalen Grünkörpers (7) vorgesehen ist.  b) at least one laser beam unit (3a, 3b, 3c) for emitting a laser beam (6a, 6b, 6c) onto the three-dimensional green body; and c) a control unit (2) for focusing the energy of at least one selected laser beam (6a, 6b, 6c) of the at least one laser beam unit (3a, 3b, 3c) on selected points (9) in the three-dimensional green body (7) for laser sintering is arranged, wherein the at least one laser beam (6a, 6b, 6c) is provided for penetrating into the volume of the three-dimensional green body (7).
8. Sintervorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sintervorrichtung (1 ) mindestens zwei Laserstrahleinheiten (3a, 3b) hat und die Laserstrahleinheiten (3a, 3b) und die Steuereinheit (2) zum selektiven Kreuzen der mindestens zwei Laserstrahlen (6a, 6b) der Laserstrahleinheiten (3a, 3b) in den zur Lasersinterung ausgewählten Punkten (9) im dreidimensionalen Grünkörper (7) eingerichtet sind. 8. sintering device (1) according to claim 7, characterized in that the sintering device (1) has at least two laser beam units (3a, 3b) and the laser beam units (3a, 3b) and the control unit (2) are arranged to selectively cross the at least two laser beams (6a, 6b) of the laser beam units (3a, 3b) in the laser sintering selected points (9) in the three-dimensional green body (7) ,
9. Sintervorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (8) für den Grünkörper (7) rotatorisch drehbar gelagert ist und die Sintervorrichtung (1 ) einen Rotationsantrieb (1 0) zur Rotation des dreidimensionalen Grünkörpers (7) mit der Plattform (8) gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit (2) mit dem Rotationsantrieb (1 0) und der mindestens einen Laserstrahleinheit (3c) gekoppelt und eingerichtet ist, den dreidimensionalen Grünkörper (7) im Strahlengang des Laserstrahls (6c) über eine vorgegebene Sinterzeit zu Rotieren, derart, dass die für eine zur lokalen Sinterung eines Punktes (9) erforderliche Strahlungsleistung im Schnittpunkt des Laserstrahls (6c) mit der Rotationsachse (R) des rotierenden dreidimensionalen Grünkörpers (7) als ausgewähltem Punkt zur Lasersinterung einwirkt. 9. sintering device (1) according to claim 7, characterized in that the platform (8) for the green body (7) is rotatably mounted rotatably and the sintering device (1) has a rotary drive (1 0) for rotation of the three-dimensional green body (7) the platform (8) is coupled, wherein the control unit (2) with the rotary drive (1 0) and the at least one laser beam unit (3c) is coupled and arranged, the three-dimensional green body (7) in the beam path of the laser beam (6c) over a predetermined To sintering time to rotate, such that the required for a local sintering of a point (9) radiation power at the intersection of the laser beam (6c) with the axis of rotation (R) of the rotating three-dimensional green body (7) acts as a selected point for laser sintering.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105750544A (en) * 2016-03-03 2016-07-13 西安铂力特激光成形技术有限公司 Automatic laser head focusing positioning device and focusing positioning method thereof
EP3173227A1 (en) 2015-11-27 2017-05-31 Lakeview Innovation Ltd. Free form ceramic components

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018210282A1 (en) * 2018-06-25 2020-01-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Device and method for producing a three-dimensional object made up of at least one material layer
FR3095143B1 (en) * 2019-04-16 2021-12-17 Safran Aircraft Engines A method of manufacturing a part by localized irradiation of a material using at least two beams

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4863538A (en) 1986-10-17 1989-09-05 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for producing parts by selective sintering
US5393482A (en) * 1993-10-20 1995-02-28 United Technologies Corporation Method for performing multiple beam laser sintering employing focussed and defocussed laser beams
DE19730742A1 (en) 1997-07-17 1999-01-21 Fraunhofer Ges Forschung Silicon-containing non-oxide ceramic material production
US6007764A (en) * 1998-03-27 1999-12-28 United Technologies Corporation Absorption tailored laser sintering
DE10128664A1 (en) 2001-06-15 2003-01-30 Univ Clausthal Tech Method and device for producing ceramic moldings
US20040118158A1 (en) * 2002-12-20 2004-06-24 Wacker-Chemie Gmbh SiO2 shaped body which has been vitrified in partial areas, process for producing it, and its use
DE102004012682A1 (en) 2004-03-16 2005-10-06 Degussa Ag Process for the production of three-dimensional objects by means of laser technology and application of an absorber by inkjet method
CN101050113A (en) * 2007-04-02 2007-10-10 贵州大学 Electronic functional ceramics of doped barium titanate, and preparation method
US20080090716A1 (en) * 2006-05-24 2008-04-17 The Regents Of The University Of California Fabrication of transparent ceramics using nanoparticles
US20110150735A1 (en) * 2006-11-01 2011-06-23 Lawrence Livermore National Security, Llc. Fabrication of Transparent Ceramics Using Nanoparticles Synthesized Via Flame Spray Pyrolysis

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD231522A1 (en) * 1984-12-14 1986-01-02 Mittweida Ing Hochschule METHOD FOR THE LASER-INDUCED MODIFICATION OF CERAMIC MATERIALS
IL99170A0 (en) * 1990-08-15 1992-07-15 United Distillers Plc Method and apparatus for sub-surface marking
DE19841547B4 (en) * 1998-09-11 2004-04-08 Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Glasses with colored structures and processes for their manufacture
DE102004026257B4 (en) * 2004-04-19 2009-08-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Glass colored interior marking articles, method of making the same and use of this method
DE102005048314B4 (en) * 2005-10-06 2009-02-12 Laserinstitut Mittelsachsen E.V. Device for selective laser sintering
DE102009059015B4 (en) * 2009-12-17 2014-02-13 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Quartz glass component with opaque inner zone and method of making the same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4863538A (en) 1986-10-17 1989-09-05 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for producing parts by selective sintering
US5393482A (en) * 1993-10-20 1995-02-28 United Technologies Corporation Method for performing multiple beam laser sintering employing focussed and defocussed laser beams
DE19730742A1 (en) 1997-07-17 1999-01-21 Fraunhofer Ges Forschung Silicon-containing non-oxide ceramic material production
US6007764A (en) * 1998-03-27 1999-12-28 United Technologies Corporation Absorption tailored laser sintering
DE10128664A1 (en) 2001-06-15 2003-01-30 Univ Clausthal Tech Method and device for producing ceramic moldings
US20040118158A1 (en) * 2002-12-20 2004-06-24 Wacker-Chemie Gmbh SiO2 shaped body which has been vitrified in partial areas, process for producing it, and its use
DE102004012682A1 (en) 2004-03-16 2005-10-06 Degussa Ag Process for the production of three-dimensional objects by means of laser technology and application of an absorber by inkjet method
US20080090716A1 (en) * 2006-05-24 2008-04-17 The Regents Of The University Of California Fabrication of transparent ceramics using nanoparticles
US20110150735A1 (en) * 2006-11-01 2011-06-23 Lawrence Livermore National Security, Llc. Fabrication of Transparent Ceramics Using Nanoparticles Synthesized Via Flame Spray Pyrolysis
CN101050113A (en) * 2007-04-02 2007-10-10 贵州大学 Electronic functional ceramics of doped barium titanate, and preparation method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3173227A1 (en) 2015-11-27 2017-05-31 Lakeview Innovation Ltd. Free form ceramic components
CN105750544A (en) * 2016-03-03 2016-07-13 西安铂力特激光成形技术有限公司 Automatic laser head focusing positioning device and focusing positioning method thereof
CN105750544B (en) * 2016-03-03 2017-11-24 西安铂力特增材技术股份有限公司 A kind of laser head auto-focusing positioner and its focusing localization method

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