DE102011109411A1

DE102011109411A1 - Spritzschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102011109411A1
Application number: DE102011109411A
Authority: DE
Inventors: Frank Stiehler
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: EP2739430A1; DE102011109411B4; WO2013017121A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzschutzeinrichtung zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern, welche während des Aufbaus eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens auftreten beim selektiven Verfestigen einer Pulverschicht durch Energiestrahlung, wobei die Spritzschutzeinrichtung eine Aufnahme mit einem Träger aufweist, welcher mit wenigstens einer Schicht eines haftenden oder klebenden Materials versehen ist zur Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzschutzeinrichtung zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern, die beim selektiven verfestigen einer Pulverschicht aus einer Schmelze herausspritzen können, beim Aufbau eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.
Bei generativen Fertigungsverfahren wird ein Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut. Ein Beispiel für ein generatives Fertigungsverfahren (engl. Additive Manufacturing (AM)) ist das sog. selektive Laserschmelzen (engl. Selective Laser Melting (SLM)), das zur Gruppe der Strahlschmelzverfahren gehört. Bei diesem Verfahren wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform schichtweise auf eine Grundplatte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff der jeweiligen Schicht wird mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Zum Auftragen der nächsten Pulverschicht wird die Grundplatte hierbei um eine Schichtdicke abgesenkt und die neue Pulverschicht aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind. Anschließend wird das fertige Bauteil von dem überschüssigen Pulver gereinigt und kann je nach Bedarf entweder bearbeitet oder sofort verwendet werden.
Beim selektiven verfestigen der Pulverschicht können durch das Schmelzen oder Umschmelzen der Pulverschicht mittels des Lasers Schweiß- oder Schmelzspritzer entstehen. Diese Schweiß- oder Schmelzspritzer können nur teilweise abgesaugt werden, so dass ein Teil davon in das Pulverbett zurückgelangen kann. Hierdurch verschlechtert sich die Qualität des Pulvers und infolgedessen die Qualität der Schmelzung und des erstarrten Materials in diesem Bereich.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, das Zurückfallen von Schweiß- und Schmelzspritzern in das Pulverbett zu verhindern während des generativen Aufbaus eines Bauteils, insbesondere während der generativen Herstellung, Reparatur und/oder Austausch eines Bauteils.
Gemäß der Erfindung wird ein Spritzschutzeinrichtung bereitgestellt, zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern, welcher während des Aufbaus eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens auftreten, beim selektiven Verfestigen einer Pulverschicht durch Energiestrahlung, wobei die Spritzschutzeinrichtung eine Aufnahme mit einem Träger aufweist, welcher mit wenigstens einer Schicht eines haftenden oder klebenden Materials versehen ist zur Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzer.
Das Spritzschutzeinrichtung hat den Vorteil, dass Schweiß- oder Schmelzspritzer an dem haftenden oder klebenden Material aufgefangen und hängen bleiben können, so dass die Schweiß- oder Schmelzspritzer nicht mehr ungewollt zurück in eine Schmelze eines geschmolzenen Bereichs des Pulverbetts zurückfallen können. Dadurch kann die Qualität des so fertig gestellten Bauteils verbessert werden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, die Schweiß- und Schmelzspritzer die bei der selektiven Verfestigung einer Pulverschicht im Rahmen des generativen Aufbaus eines Bauteils entstehen aufzunehmen mittels einem haftenden oder klebenden Material, an dem diese Schweiß- oder Schmelzspritzer anhaften oder kleben bleiben können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Träger eine Platte, wobei die Platte aus einem Material oder einer Materialkombination besteht, die für die Energiestrahlung durchlässig oder undurchlässig ist, wobei die undurchlässige Platte insbesondere eine Öffnung zum Hindurchführen der Energiestrahlung aufweist. Dadurch kann der plattenförmige Träger, auch wenn der für die Energiestrahlung selbst undurchlässig ist, mit dieser beispielsweise mitgeführt werden und während die Energiestrahlung durch die Öffnung in dem Träger bzw. der Aufnahme hindurchtreten kann, der Träger mit seiner Beschichtung gleichzeitig Schweiß- und Schmelzspritzer aufnehmen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Platte eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte, welche vorzugsweise für die Energiestrahlung durchlässig ist. Die für die Energiestrahlung durchlässige Platte, kann, sofern die Beschichtung der Platte mit dem haftenden oder klebenden Material ebenfalls für die Energiestrahlung durchlässig ist, über der zu verfestigenden Pulverschicht beispielsweise fest oder stationär vorgesehen werden.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Träger ein bandförmiger Träger, insbesondere eine Folie, beispielsweise eine Plastik- oder Kunststofffolie.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der bandförmige Träger ein erstes und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende auf einer Rolle abwickelbar und das zweite Ende auf einer Rolle aufwickelbar vorsehbar ist, wobei insbesondere zusätzlich eine abziehbare Schutzschicht auf der Außenseite der Beschichtung des bandförmigen Trägers mit dem haftenden oder klebenden Material vorsehbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der bandförmige Träger am Anfang des Pulverbetts von der Rolle abgewickelt und über das Pulverbett geführt und am Ende des Pulverbetts auf die andere Rolle wieder aufgewickelt werden kann.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der bandförmige Träger umlaufend auf zwei Rollen anordenbar. Durch Drehen der Rollen kann der bandförmige Träger als ein laufendes Band entlang des Pulverbetts bewegt werden und dabei Schweiß- oder Schmelzspritzer mit seiner Beschichtung aus dem haftenden oder klebenden Material aufnehmen.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Träger mit einer Materialbeschichtungseinrichtung koppelbar und durch die Materialbeschichtungseinrichtung mit wenigstens einer Schicht des haftenden oder klebenden Materials beschichtbar, wobei die Materialbeschichtungseinrichtung insbesondere eine Walze aufweist, mit welcher das Material auf den Träger aufwalzbar ist, wobei die Walze mit einem Vorratsbehälter für das zu beschichtende Material koppelbar ist. Dadurch kann der Träger beispielsweise am Anfang des Pulverbetts mit dem haftenden oder klebenden Material beschichtet werden und anschließend entlang des Pulverbetts geführt werden. Am Ende des Pulverbetts kann das verbrauchte Material des Trägers, das durch Schweiß- und Schmelzspritzer nun verunreinigt ist, durch eine Materialentfernungseinrichtung wieder entfernt werden. Hierzu ins einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Träger mit einer Materialentfernungseinrichtung koppelbar, welche die wenigstens eine Schicht des haftenden oder klebenden Materials des Trägers entfernt, insbesondere wenn die Schicht durch die Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzern verunreinigt ist, wobei die Materialentfernungseinrichtung insbesondere ein Abstreifer ist und beispielsweise am Ende des Pulverbetts mit dem Träger und dessen Beschichtung gekoppelt ist.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Aufnahme durch die Energiestrahlung lokal durchschmelzbar, durchbrennbar und/oder verdampfbar zum Hindurchführen der Energiestrahlung durch die Aufnahme. Dies eignet sich insbesondere, wenn die Aufnahme, d. h. der Träger und/oder die Beschichtung aus einem Material oder einer Materialkombination bestehen, die nicht durchlässig ist für die Energiestrahlung. In diesem Fall kann durch die Energiestrahlung die Aufnahme lokal entfernt oder zerstört werden, um eine darunter liegender Pulverschicht selektiv zu verfestigen und gleichzeitig mit dem intakten Teil der Aufnahme Schweiß- und Schmelzspritzer aufzunehmen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum generativen Aufbauen eines Bauteils mit einer Spritzschutzeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Schnittansicht der Vorrichtung zum generativen Aufbauen eines Bauteils gemäß 1 mit einer Spritzschutzeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Schnittansicht der Vorrichtung zum generativen Aufbauen eines Bauteils gemäß 1 mit einer Spritzschutzeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
4 ein Detailausschnitt der Spritzschutzvorrichtung gemäß 3.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In 1 ist eine schematische und stark vereinfachte Schnittansicht einer Vorrichtung 1 zum generativen Aufbauen eines Bauteils gezeigt, wobei eine Spritzschutzeinrichtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.
Die Vorrichtung 1 zum generativen Aufbauen eines Bauteils zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen des Bauteils 3 in den 1 bis 4 ist rein beispielhaft und die erfindungsgemäße Spritzschutzeinrichtung 2 ist nicht auf den Einsatz mit dieser Vorrichtung 1 beschränkt, sondern kann bei jeder anderen Vorrichtung eingesetzt werden, welche ein Bauteil 3 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens aufbaut, d. h. insbesondere herstellt, repariert und/oder austauscht. Generative Fertigungsverfahren sind beispielsweise das sog. Rapid Manufacturing und das sog. Rapid Prototyping usw.. Dabei wird bei den entsprechenden generativen Verfahren, die als Lasersintern, Selective Laser Sintering (SLS), Elektronenstrahlsintern, Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Melting (SLM) oder 3D-Printing bekannt sind, der hinzuzufügende oder aufzutragende Werkstoff in Pulverform verarbeitet, beispielsweise ein Pulver aus wenigstens einem Metall und/oder einer Metalllegierung. Die Erfindung ist auf die genannten generativen Fertigungsverfahren jedoch nicht beschränkt.
Das in den 1 bis 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum generativen Aufbau eines Bauteils dient lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Spritzschutzeinrichtung 2.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Aufbau eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens weist eine Grundplatte 4 auf, welche, wie in 1 mit einem Pfeil angedeutet ist, in Z-Richtung auf und ab verfahrbar ausgebildet ist. Die Grundplatte 4 ist dabei durch einen Rahmen 5 begrenzt, so dass ein Pulver 6 darin aufgenommen werden kann. Auf die Grundplatte 4 wird mittels einer Beschichtungseinrichtung 7, beispielsweise einer Abstreifereinrichtung 8, wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist, einem Rakel und/oder einer oder mehrerer Pulverzuführdüsen, Pulver 6 schichtweise aufgetragen. Das Pulver 6 ist hierbei aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination die durch Energiestrahlung 9, wie beispielsweise einen Laserstrahl und/oder einen Elektronenstrahl, verfestigt werden kann. Das Pulver 6 ist dabei beispielsweise wenigstens ein Metallpulver, ein Keramikpulver und/oder ein Kunststoffpulver. Die Versorgung der Beschichtungseinrichtung 7 mit dem Pulver 6, z. B. durch wenigstens einen Vorratsbehälter, wurde in 1 und den nachfolgenden 2–4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Mittels Energiestrahlung 9 einer Energiestrahlungsquelle 10 wird nun ein Bauteilbereich 11 einer Pulverschicht 12 verfestigt. Anschließend wird die Grundplatte 4 um eine Pulverschichtdicke nach unten bewegt und die nächste Pulverschicht aufgebracht. Der Bauteilbereich dieser Pulverschicht wird ebenfalls durch die Energiestrahlung 9 der Energiestrahlungsquelle 10 geschmolzen und dadurch verfestigt. Als Energiestrahlungsquelle 10 kann, wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 illustriert ist, beispielsweise eine Lasereinrichtung eingesetzt werden. Die Erfindung ist aber auf Laserstrahlen als Energiestrahlung 9 nicht beschränkt. Grundsätzlich kann jede andere Energiestrahlungsquelle neben einem Laser oder einer Elektronenstrahlquelle eingesetzt werden, die geeignet ist, ein zugeordnetes Pulver zu verfestigen.
Beim Schmelzen des Bauteilbereichs 11 der jeweiligen Pulverschicht 12 können, wie zuvor beschrieben, Schweiß- oder Schmelzspritzer entstehen. Diese Schweiß- oder Schmelzspritzer können dabei in das Pulverbett 13 zurückgelangen. Um dies zu verhindern oder zumindest zu reduzieren wird die erfindungsgemäße Spritzschutzeinrichtung 2 bereitgestellt.
Diese erfindungsgemäße Spritzschutzeinrichtung 2 weist dabei eine Aufnahme 14 auf zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern. Die Aufnahme 14 weist hierbei einen Träger 15 mit einer oder mehreren Schichten aus einem klebenden oder haftenden Material 16 auf Das Material 16 ist dabei derart ausgewählt, dass ein Schweiß- oder Schmelzspritzer daran anhaften kann oder kleben bleibt und somit nicht mehr zurück in das Pulverbett 13 fallen kann. Als Material 16 kann beispielsweise ein Haftklebstoff und/oder ein Einkomponentenklebstoff verwendet werden.
Haftklebstoffe sind nicht-aushärtende Klebstoffe, die nach der Fertigstellung der Klebstoff-Masse (Synthese, Teilvernetzung, etc.) ihren chemischen Zustand (Zusammensetzung, Molekulargewicht und -verteilung) bis zum Zeitpunkt der Verklebung, während des Verklebungsvorgangs und in der Anwendung selber nicht verändern. Innerhalb der Anwendungstemperatur verfügen sie über eine permanente Oberflächenklebrigkeit (Tack). Diese Klebrigkeit ermöglicht die Verklebungen durch leichten Anpressdruck, ohne Zuführen von Energie und z. T. mehrmaliges Verkleben. Kräfte können spontan übertragen werden. Typisch für Haftklebstoffe ist ein dynamischer Adhäsionsaufbau, der je nach Haftklebstofftyp, Temperatur und Anpressdruck sowie – dauer wenige Minuten bis mehrere Tage betragen und zu einer unterschiedlich hohen Endfestigkeit führen kann. Die Eigenschaften einer Haftklebstoff-Klebung werden entscheidend durch das visko-elastische und -plastische Verformungsverhalten unter Last bestimmt, z. B. das Kriechen bei Langzeitbelastung. Haftklebstoff-Systeme bestehen meistens aus einem funktionalen Träger der ein- oder beidseitig mit einer Haftklebstoff-Masse ausgestattet ist. Ein funktionaler Träger dient u. a. der mechanischen Stabilität und Festigkeit der Klebstoff Masse. Typische Materialien sind Papier, Polymerschäume, -folien, Metallfolien, Metall- und Kunststoffhalbzeuge. Prinzipiell können aber eine Vielzahl von technischen und natürlichen Materialien direkt oder mittels Transfer-Filmen zum Haftklebstoff-System aufgebaut werden.
Einkomponentenklebstoffe sind Klebstoffe, die entweder mit Hilfe der Luftfeuchtigkeit (aerob) oder unter Luftausschluss – unterstützt durch Kontakt mit Metalloberflächen (anaerob) – härten. ”Aktive” Metalle wirken als Katalysator und unterstützen deshalb den Aushärtevorgang.
Wie in dem vergrößerten Ausschnitt der Aufnahme 14 in 1 gezeigt ist, weist der Träger 15 beispielsweise wenigstens eine Schicht aus dem klebenden oder haftenden Material 16 auf. Schweiß- oder Schmelzspritzer können beim selektiven Verfestigen eines Bauteilbereichs 11 einer jeweiligen Pulverschicht 12 aus der dabei entstehenden Schmelze herausspritzen und bleiben dabei an dem klebenden oder haftenden Material 16, mit welchem der Träger 15 beschichtet ist, hängen und können somit nicht mehr ungewollt zurück in das Pulverbett 13 fallen.
In der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzschutzeinrichtung 2 ist der Träger 14 beispielsweise plattenförmig ausgebildet, beispielsweise eine Glasplatte oder Kunststoffplatte usw., und mit wenigstens einer Schicht aus dem haftenden oder klebenden Material 16 beschichtet, wie in dem Ausführungsbeispiel und dem vergrößerten Ausschnitt des Ausführungsbeispiels in 1 gezeigt ist. Die Platte (Glas/Kunststoff) ist beispielsweise so groß wie der Bauraum oder aber die Platte deckt lediglich ein oder mehrere definierte Bereiche ab. Die Dicke beispielsweise einer Kunststoffplatte kann dabei abhängig von den vorhandenen Abmessungen, wie z. B. dem Bauraum, und der Aufnahme von klebendem Material 16 und der damit verbundenen Durchbiegung der Platte gewählt werden.
Die Aufnahme 14 erstreckt sich z. B. zumindest über einen Teil des Pulverbetts 13, beispielsweise zumindest über einen Teil des Bauteilbereichs 11 der jeweiligen Pulverschicht 12 oder über zumindest den gesamten Bauteilbereich 11, wie in 1 illustriert ist.
Die Aufnahme 14 kann hierbei z. B. beweglich ausgebildet sein. Dabei kann die Aufnahme 14 derart beweglich ausgebildet sein, dass die Aufnahme 14 zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern beim Schmelzen des Bauteilbereichs 11 der obersten Pulverschicht 12 durch den Laserstrahl 9 ausreichend nahe an der Oberfläche der obersten zu verfestigenden Pulverschicht 12 positionierbar ist, um Schweiß- oder Schmelzspritzer aufzunehmen, ohne dass diese zurück in das Pulverbett 13 fallen. Zum Beschichten der Pulverschicht 12 mit der nächsten Pulverschicht kann die Aufnahme 14 von der zuletzt verfestigen Pulverschicht 12 beispielsweise wieder entfernt werden und im Anschluss an das Beschichten wieder ausreichend nahe an der nächsten selektiv zu verfestigenden Pulverschicht positioniert werden, um erneut Schweiß- oder Schmelzspritzer aufnehmen zu können. Die Aufnahme 14 kann beispielsweise zum Beschichten angehoben werden, damit darunter ein Abstreifer oder dergleichen eine selektiv zu verfestigende Pulverschicht 12 aufbringen kann. Nach dem Entfernen des Abstreifers kann die Aufnahme 14 wieder geeignet abgesenkt werden zum Aufnehmen von Schweiß- und Schmelzspritzern. Ebenso kann die Aufnahme 14 auch beispielsweise kurzfristig heraus- oder weggefahren werden, um eine selektiv zu verfestigende Pulverschicht 12 aufzubringen. Die Aufnahme 14 kann dabei in X, Y- und Z-Richtung bewegbar ausgebildet sein. Grundsätzlich kann die Aufnahme 14 auch fest oder stationär ausgebildet sein und umgekehrt die Grundplatte 4 und der Rahmen 5, welche das Pulver 6 aufnehmen, relativ zu der Aufnahme 14 beweglich ausgebildet sein und beispielsweise in X, Y- und Z-Richtung bewegbar ausgebildet sein. Dabei kann die Spritzschutzeinrichtung, wie zuvor beschrieben, derart angehoben werden, so dass der Abstreifer und/oder Rakel darunter verfahrbar ist. Oder die Spritzschutzeinrichtung kann vollständig aus dem Bearbeitungsbereich entfernt werden, z. B. durch Schwenken und/oder Herausfahrens. Die Erfindung ist auf ein Rakel und einen Abstreifer zum Aufbringen der jeweiligen Pulverschicht nicht beschränkt, sondern es kann jede andere Beschichtungseinrichtung vorgesehen werden, die geeignet ist Pulver schichtweise aufzutragen.
Die Aufnahme 14 kann während des Umschmelzens des Bauteilbereichs 11 der Pulverschicht 12 fest oder beweglich vorgesehen sein. Beispielsweise können der Träger 15 und seine Beschichtung mit dem Material 16 zum Aufnehmen der Schweiß- oder Schmelzspritzer für den Energiestrahl 9 der Energiestrahlungsquelle 10 durchlässig sein, beispielsweise eine durchlässige oder transparente Glasplatte mit einer durchlässigen oder transparenten Materialbeschichtung zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern. In diesem Fall kann die Aufnahme 14 während des Schmelzens des Bauteilbereichs 11 der jeweiligen Pulverschicht 12 beispielsweise stillstehen.
In dem Fall, dass der Träger 15 und/oder seine Materialbeschichtung 16 zum Aufnehmen der Schweiß- oder Schmelzspritzer undurchlässig für die Energiestrahlung 9 der Energiestrahlungsquelle 10 sind, kann die Aufnahme 14 während des Schmelzens des Bauteilbereichs 11 der jeweiligen Pulverschicht 12 über das Pulverbett 13 am Fokus 17 des Energiestrahls 9 geführt werden, welcher den Schmelzpunkt bildet. Hierbei wird der Energiestrahl 9 nicht durch die Aufnahme 14 verdeckt und andererseits kann die Aufnahme 14 möglichst nahe an dem Fokus des Energiestrahls geführt und mit diesem über die selektiv zu verfestigende Pulverschicht 12 bewegt werden, so dass die Aufnahme 14 Schweiß- und Schmelzspritzer aufnehmen kann. Dabei kann die Aufnahme 14 beispielsweise mit einer Öfnnung ausgebildet sein (nicht dargestellt) zum Hindurchlassen des Energiestrahls 9, hier z. B. Laserstrahls. Die Platte wird dann derart bewegt, dass der Laserstrahl vorzugsweise immer oder zumindest meistens durch die Öffnung trifft.
In 2 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung 1 zum generativen Aufbauen eines Bauteils gemäß 1 gezeigt, wobei eine Spritzschutzeinrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Die Ausführungen zu der Vorrichtung 1 zum generativen Aufbau eines Bauteils werden daher nicht wiederholt.
Die Spritzschutzeinrichtung 2 gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist eine Aufnahme 14 auf, wobei der Träger 15 der Aufnahme 14 als ein Band ausgebildet ist, das auf einer Seite mit einer oder mehreren Schichten aus dem klebenden oder haftenden Material 16 versehen ist, zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern. Optional kann das klebende oder haftende Material 16 auf seiner Außenseite außerdem mit einer zusätzlichen abziehbaren Schutzschicht versehen sein (nicht dargestellt).
Der bandförmige Träger 15 kann hierbei, wie in dem Ausführungsbespiel in 2 gezeigt ist, entlang der zu verfestigenden Pulverschicht 12 bewegt werden. Hierbei kann der bandförmige Träger 15 mit seiner Materialbeschichtung 16 mit einem Ende aufgewickelt auf einer ersten Trägerrolle 18 auf einer Seite des Pulverbetts 13 vorgesehen werden und abgewickelt werden. Mit seinem anderen Ende kann der bandförmige Träger 15 mit seiner Materialbeschichtung 16 auf der anderen Seite des Pulverbetts 13 wiederum auf eine zweite Trägerrolle 19 aufgewickelt werden, nachdem der bandförmige Träger 15 mit seiner Materialbeschichtung 16 zuvor entlang der selektiv zu verfestigenden Pulverschicht 12 geführt wurde, in einem vorzugsweise konstanten Abstand a zu der Pulverschicht 12 der geeignet ist, dass das klebende oder haftende Material 16 Schweiß- oder Schmelzspritzer aufnehmen kann, die beim Schmelzendes Bauteilbereichs 11 der Pulverschicht 12 entstehen können. Auf dieser Weise kann die Aufnahme 15 fortlaufend entlang der zu verfestigende Pulverschicht 12 bewegt werden, durch ein entsprechendes Drehen der Trägerrollen 18, 19 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn in 2. Wie zuvor mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel der Spritzschutzeinrichtung 1 beschrieben, kann der Träger 15 und seine Beschichtung mit dem klebenden oder haftenden Material 16 für den Energiestrahl 9 der Energiestrahlungsquelle 10, beispielsweise einen Laserstrahl, durchlässig sein.
Ebenso können aber auch der Träger 15 und/oder seine Beschichtung mit dem klebenden oder haftenden Material 16 für den Energiestrahl 9 der Energiestrahlungsquelle 10, beispielsweise einen Laserstrahl, undurchlässig sein. In diesem Fall ist die Aufnahme 14 derart ausgebildet, dass der Energiestrahl 9, z. B. ein Laserstrahl, die Aufnahme 14 auf- bzw. lokal durchschmilzt, lokal verbrennt und/oder lokal verdampft, so dass der Energiestrahl 9 auf diese Weise die Aufnahme 14 lokal durchdringen und die darunterliegenden Pulverschicht 12 selektiv schmelzen kann. Beispiele für Bandmaterialien oder Folien sind kalandrierte monomere PVC-Folien, Acrylglas, Acrylfolien, Polycarbonat, Floatglas, PVC-Folien, PE-Folien usw.. Die Erfindung ist auf die genannten Beispiele jedoch nicht beschränkt. Der übrige Teil der Aufnahme 14, der nicht durch den Energiestrahl 9 durchtrennt wurde, kann weiterhin, wie gewünscht, Schweiß- oder Schmelzspritzer aufnehmen. Dabei wird die Aufnahme 14 beispielsweise entlang der selektiv zu verfestigenden Pulverschicht 12 bewegt, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist. Dabei kann die unbenutzte Aufnahme 14 beispielsweise an einem Ende des Pulverbetts 13 von der ersten Rolle 18 abgewickelt werden und am anderen Ende des Pulverbetts 13, die gebrauchte Aufnahme 14, mit ihrer durch die aufgenommenen Schweiß- oder Schmelzspritzern verunreinigte Materialbeschichtung 16, auf die zweite Trägerrolle 19 wieder aufgewickelt werden. Dazwischen wird die Aufnahme 14 mit ihrer Materialbeschichtung 16 entlang der selektiv zu verfestigenden Pulverschicht 12 bewegt zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern während des Schmelzens des Bauteilbereichs 11 der Pulverschicht 12 zum Aufbauen eines Bauteils 3.
Als bandförmiger Träger 15 kann beispielsweise eine Folie vorgesehen werden z. B. aus Kunststoff. Des Weiteren kann, wie zuvor beschrieben, die Außenseite der Beschichtung des bandförmigen Trägers 15 mit dem klebenden oder haftenden Material 16 mit einer zusätzlichen abziehbaren Schutzschicht versehen sein, welche beim Abrollen der unbenutzten Aufnahme 14 abgezogen werden kann, bevor der bandförmige Träger 15 mit seiner Beschichtung aus dem haftenden oder klebenden Material 16 entlang der selektiv zu verfestigenden Pulverschicht 12 bewegt wird.
Wie zuvor mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel in 1 beschrieben wurde, kann die Aufnahme 14 in X, Y- und/oder Z-Richtung bewegbar vorgesehen sein, um die Aufnahme 14 entlang des Pulverbetts 13 in einem ausreichenden Abstand a zu der zu verfestigenden Pulverschicht 12 zu bewegen, so dass diese Schweiß- und Schmelzspritzer auffangen kann, und andererseits so zu bewegen, dass ein zwischenzeitliches Beschichten des Pulverbetts 13 mit der nächsten selektiv zu verfestigenden Pulverschicht möglich ist. Die Beschichtungseinrichtung in 2 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Dabei kann wenigstens eine der Rollen 18, 19, auf welcher die Aufnahme 14 aufgewickelt oder abgewickelt wird, in X, Y- und/oder Z-Richtung bewegbar vorgesehen sein, z. B. durch einen Elektromotor (nicht dargestellt). Außerdem können auch die Grundplatte 4 und der Rahmen 5 zum Aufnehmen des Pulvers 6 statt fest bzw. stationär relativ zu der Aufnahme 14 in X, Y- und/oder Z-Richtung bewegbar ausgebildet sein, durch einen oder mehrere Motoren, z. B. Elektromotoren (nicht dargestellt).
In 3 ist des Weiteren eine Schnittansicht der Vorrichtung 1 zum generativen Aufbauen eines Bauteils gemäß 1 gezeigt, welche mit einer Spritzschutzeinrichtung 2 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gekoppelt ist. Die Ausführungen zu der Vorrichtung 1 zum generativen Aufbau eines Bauteils werden daher nicht wiederholt.
Bei der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzschutzeinrichtung 2 weist die Aufnahme 14 einen umlaufenden bandförmigen Träger 15 auf, der auf zwei Rollen 18, 19 angeordnet ist und entlang einer selektiv zu verfestigenden Pulverschicht 12 bewegt wird. Die Rollen 18, 19 sind dabei beispielsweise jeweils am Ende des Pulverbetts 13 angeordnet. Dabei wird der bandförmige Träger 15 an einem Ende des Pulverbetts 13 mittels einer Materialbeschichtungseinrichtung 21 mit einer Schicht des klebenden oder haftenden Materials 16 versehen. Durch die Drehung der Rollen 18, 19 wird der mit dem klebenden oder haftenden Material 16 beschichtete bandförmige Träger 15 entlang der selektiv zu verfestigenden Pulverschicht 12 bewegt, wobei Schweiß- und Schmelzspritzer 22 durch das klebende oder haftenden Material 16 aufgenommen werden können. Am anderen Ende des Pulverbetts 13 ist eine Materialentfernungseinrichtung 23 vorgesehen, z. B. ein Abstreifer, welche das inzwischen mit Schweiß- oder Schmelzspritzern 22 behaftete Material 16, mit welchem der bandförmige Träger 15 beschichtet ist, entfernt oder im Wesentlichen entfernt. Der umlaufende bandförmige Träger 15 kann anschließend durch die Materialbeschichtungseinrichtung 21 erneut mit dem klebenden oder haftenden Material 16 beschichtet, um entlang der nächsten selektiv zu verfestigenden Pulverschicht bewegt zu werden, so dass er erneut Schweiß- und Schmelzspritzer 22 aufnehmen kann.
Ms Materialbeschichtungseinrichtung 21 kann, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 gezeigt ist, beispielsweise eine Walze 24 vorgesehen werden, welcher über einen Vorratsbehälter 25 das zu klebende oder haftende Material 16 zugeführt wird. Die Walze 24 überträgt wiederum das Material 16 aus dem Vorratsbehälter 25 auf den bandförmigen Träger 15. Dazu kann die Walze 24 beispielsweise mit der Rolle 18 und dem darauf angeordneten bandförmigen Träger 15 am Anfang des Pulverbetts 13 gekoppelt sein. Die Walze 24 mit dem Vorratsbehälter 25 kann aber ebenso beispielsweise direkt im Anschluss an die Materialentfernungseinrichtung 23 vorgesehen und mit dem bandförmigen Träger 15 gekoppelt sein zum Beschichten des Trägers 15 mit neuem Material 16. Die Materialbeschichtungseinrichtung 21 kann statt oder zusätzlich zu der Walze 24 auch z. B. ein oder mehrere Materialdüsen (nicht dargestellt) aufweisen, zum Aufsprühen wenigstens einer Schicht des klebenden oder haftenden Materials 16 auf den bandförmigen Träger 15. Die Erfindung ist auf die genannten Materialbeschichtungseinrichtungen 21 und auf die Materialentfernungseinrichtung 23 nicht beschränkt, sie dienen lediglich als ein Beispiel.
Die Aufnahme 14 mit dem bandförmigen Träger 15 und der wenigstens einen Schicht aus dem haftenden oder klebenden Material 16 ist vorzugsweise durchlässig für den Energiestrahl 9 der Energiestrahlungsquelle 10, z. B. der in 3 gezeigten Laserstrahleinrichtung, zum selektiven Verfestigen der jeweiligen Pulverschicht 12.
Wie zuvor mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele in 1 und 2 beschrieben wurde, kann die Aufnahme 14 in X, Y- und/oder Z-Richtung bewegbar vorgesehen sein, um die Aufnahme 14 entlang des Pulverbetts 13 in einem ausreichenden Abstand a zu der zu verfestigenden Pulverschicht 12 zu bewegen, so dass diese Schweiß- und Schmelzspritzer 22 auffangen kann, und andererseits so zu bewegen, dass ein zwischenzeitliches Beschichten des Pulverbetts 13 mit der nächsten selektiv zu verfestigenden Pulverschicht möglich ist. Die Beschichtungseinrichtung zum Beschichten des Pulverbetts mit einer nächsten Pulverschicht in 3 wurde dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Hierbei kann wenigstens eine der Rollen 18, 19, auf welcher die Aufnahme 14 umlaufend angeordnet ist, in X, Y- und/oder Z-Richtung bewegbar vorgesehen sein, beispielsweise mittels eines Motors, wie z. B. eines Elektromotors (nicht dargestellt). Außerdem können auch die Grundplatte 4 und der Rahmen 5 zum Aufnehmen des Pulvers 6 statt fest bzw. stationär relativ zu der Aufnahme 14 in X, Y- und/oder Z-Richtung bewegbar ausgebildet sein.
In 4 ist ein Detailausschnitt der Spritzschutzvorrichtung 1 gemäß 3 gezeigt. Dabei ist das Pulverbett 13 gezeigt und darüber angeordnet die Spritzschutzvorrichtung 2 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Beim Schmelzen des Bauteilbereichs 11 der obersten Pulverschicht 12 kann es passieren, dass Schweiß- oder Schmelzpunkte 22 der Schmelze aus dieser herausspritzen. Normalerweise würden diese Schweiß- und Schmelzpunkte 22 dann wieder zurückfallen in die Schmelze. Um dies zu verhindern, werden diese Schweiß- und Schmelzpunkte 22 durch die Aufnahme 14 der Spritzschutzeinrichtung 1 aufgenommen und gebunden, so dass sie nicht wieder ungewollt in das Pulverbett und dort in die Schmelze zurückfallen können. Dazu weist die Aufnahme 14 den Träger 15 auf, welcher, wie in dem Ausführungsbeispiel in 4 gezeigt ist, wenigstens eine Schicht mit dem haftenden oder klebenden Material 16 aufweist, an welchem Schweiß- oder Schmelzpunkte 22 anhaften und durch das Material 16 aufgenommen und gebunden oder eingebunden werden können, dass sie nicht ungewollt in die Schmelze der Pulverschicht 12 zurückfallen können.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Träger 15 und die Materialbeschichtung 16 für den Energiestrahl 9 vorzugsweise durchlässig. Grundsätzlich können aber auch der Träger 15 und/oder die Materialbeschichtung 16 für den Energiestrahl 9 der Energiestrahlungsquelle undurchlässig sein, wobei der Energiestrahl 9 in diesem Fall, wie zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, die Aufnahme 14 lokal durchschmilzt oder lokal verbrennt oder verdampft, um die Aufnahme 14 zu durchdringen und eine Pulverschicht 12 darunter selektiv zu verfestigen.
Wie in 4 des Weiteren gezeigt ist, ist die Aufnahme 14 in einem geeigneten Abstand a welcher größer Null ist, zu der obersten selektiv zu verfestigenden Pulverschicht 12 angeordnet. Der Abstand a ist dabei so gewählt, dass die Aufnahme 14 Schweiß- und Schmelzspritzer 22, die aus der Schmelze herausspritzen, die durch das Schmelzen der Pulverschicht 12 in dem Bauteilbereich 11 durch die Energiestrahlung 9 entsteht, aufnehmen kann.
Die erfindungsgemäße Spritzschutzeinrichtung 2 hat den Vorteil, dass die Herstellungskosten reduziert werden können. So kann die Losgröße erhöht werden, da beispielsweise weniger Ausschuss erzeugt wird. Des Weiteren kann die Materialqualität verbessert und die Prozessstabilität erhöht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Spritzschutzeinrichtung
3: Bauteil
4: Grundplatte
5: Rahmen
6: Pulver
7: Beschichtungseinrichtung
8: Abstreifereinrichtung
9: Energiestrahl
10: Energiestrahlungsquelle
11: Bauteilbereich
12: Pulverschicht
13: Pulverbett
14: Aufnahme
15: Träger
16: klebendes oder haftendes Material
17: Fokus
18: Rolle
19: Rolle
21: Materialbeschichtungseinrichtung
22: Schweiß- oder Schmelzspritzer
23: Materialentfernungseinrichtung
24: Walze
25: Vorratsbehälter

Claims

Spritzschutzeinrichtung (2) zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern (22), welche während des Aufbaus eines Bauteils (3) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens auftreten beim selektiven Verfestigen einer Pulverschicht (12) durch Energiestrahlung (9), wobei die Spritzschutzeinrichtung (2) eine Aufnahme (14) mit einem Träger (15) aufweist, welcher mit wenigstens einer Schicht eines haftenden oder klebenden Materials (16) versehen ist zur Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzer (22).
Spritzschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (15) eine Platte ist, wobei die Platte aus einem Material oder einer Materialkombination besteht, die für die Energiestrahlung (9), insbesondere Laserstrahlung und/oder Elektronenstrahlung, durchlässig oder undurchlässig ist, wobei die undurchlässige Platte insbesondere eine Öffnung zum Hindurchführen der Energiestrahlung (9) aufweist.
Spritzschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte ist, welche vorzugsweise für die Energiestrahlung (9) durchlässig ist.
Spritzschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (15) ein bandförmiger Träger ist, insbesondere eine Folie.
Spritzschutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Träger (15) ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende auf einer Rolle (18) abwickelbar und das zweite Ende auf einer Rolle (19) aufwickelbar vorsehbar ist, wobei insbesondere zusätzlich eine abziehbare Schutzschicht auf der Außenseite der Beschichtung des bandförmigen Trägers (15) mit dem haftenden oder klebenden Material (16) vorsehbar ist.
Spritzschutzeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Träger (15) umlaufend auf zwei Rollen (18, 19) anordenbar ist.
Spritzschutzeinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (15) mit einer Materialbeschichtungseinrichtung (21) koppelbar ist und durch die Materialbeschichtungseinrichtung (21) mit wenigstens einer Schicht des haftenden oder klebenden Materials (16) beschichtbar ist, wobei die Materialbeschichtungseinrichtung (21) insbesondere eine Walze (24) aufweist, mit welcher das Material (16) auf den Träger (15) aufwalzbar ist, wobei die Walze (24) mit einem Vorratsbehälter (25) für das zu beschichtende Material (16) koppelbar ist.
Spritzschutzeinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (15) mit einer Materialentfernungseinrichtung (23) koppelbar ist, welche die wenigstens eine Schicht des haftenden oder klebenden Materials (16) des Trägers (15) entfernt, insbesondere wenn die Schicht durch die Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzern (22) verunreinigt ist, wobei die Materialentfernungseinrichtung (23) insbesondere ein Abstreifer ist.
Spritzschutzeinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhahme (14) durch die Energiestrahlung (9) lokal durchschmelzbar, durchbrennbar und/oder verdampfbar ist zum Hindurchführen der Energiestrahlung (9) durch die Aufnahme (14).
Spritzschutzeinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzschutzeinrichtung (2) fest oder in eine X-, Y- und/oder Z-Richtung beweglich ausgebildet ist.
Spritzschutzeinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das haftende oder klebende Materials (16) wenigstens ein Haftklebstoff und/oder wenigstens ein Einkomponentenklebstoff ist.
Vorrichtung (1) zum Aufbauen eines Bauteils, insbesondere zum Herstellen, Austauschen und/oder Reparieren eines Bauteils (3), durch ein generatives Fertigungsverfahren mit einer Spritzschutzeinrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzschutzeinrichtung (2) während des Verfestigens eines Bauteilbereichs (11) einer Pulverschicht (12) in einem vorbestimmten Abstand (a) zu der Pulverschicht (12) des Pulverbetts (13) stationär angeordnet ist oder entlang der Pulverschicht (12) des Pulverbetts (13) beweglich vorgesehen ist.