WO2019115140A1

WO2019115140A1 - Einrichtung zur schutzgaszufuhr, erwärmung und pulverzufuhr sowie vorrichtung und verfahren zur additiven herstellung von bauteilen und bauteil

Info

Publication number: WO2019115140A1
Application number: PCT/EP2018/081424
Authority: WO
Inventors: Ole Geisen
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: DE102017222645A1

Abstract

Einrichtung zur Schutzgaszufuhr und Erwärmung und/oder Pulverzufuhr sowie Vorrichtung und Verfahren zur additiven Her- Stellung von Bauteilen und Bauteil Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (7) zur Schutzgaszufuhr und Erwärmung und/oder Pulverzufuhr für eine Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen aus dem Pulverbett (1), umfassend - Schutzgasmittel, die zum Zu- und insbesondere Abführen eines Schutzgases ausgebildet sind, und - Pulvermittel, die zur Bereitstellung einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Lagen eines pulverförmigen Materials in dem Bauraum (3) einer Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen ausgebildet sind, und/oder - Erwärmungsmittel, die zur Erwärmung wenigstens eines bereits additiv aus dem Pulverbett (1) gefertigten Bau- teilabschnittes (8) und/oder eines Abschnittes eines Pulverbettes (1) und/oder einer Arbeitsplattform (4) einer Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen ausgebildet sind, wobei Mittel vorgesehen sind, über welche die Schutzgasmittel und die Pulver- und/oder Erwärmungsmittel gemeinsam bewegbar, insbesondere verfahrbar oberhalb der Arbeitsplattform (4) bzw. des Pulverbettes (1) einer Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen gelagert werden können oder gelagert sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vor- richtung und ein Verfahren zum additiven Herstellen von Bauteilen sowie ein Bauteil.

Description

Beschreibung

EINRICHTUNG ZUR SCHUTZGASZUFUHR, ERWÄRMUNG UND PULVERZUFUHR SOWIE VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ADDITIVEN HERSTELLUNG VON BAUTEILEN UND BAUTEIL

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schutzgaszufuhr und Erwärmung und/oder Pulverzufuhr für eine Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen, umfassend einen Bauraum, in dem insbesondere auf einer Arbeitsplattform ein Pulverbett zum additiven Aufbau wenigstens eines Bauteils bereitgestellt werden kann oder be reitsteht, eine Energiestrahleinrichtung, die ausgebildet ist, um wenigstens einen Energiestrahl, bevorzugt mehrere Energiestrahlen zum selektiven Aufschmelzen und/oder Sintern eines in dem Bauraum bereitgestellten Pulverbettes bereitzu stellen und den wenigstens einen Energiestrahl über ein in dem Bauraum bereitgestelltes Pulverbett gemäß vorgegebener Bauteilgeometrie zu verfahren. Schließlich betrifft die Er findung ein Verfahren zum additiven Herstellen von Bauteilen und ein Bauteil.

Verfahren und Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bau teilen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.

Als Beispiel für ein solches Verfahren sei das selektive La serschmelzen (englisch: Selective Laser Melting - SLM) aus dem Pulverbett genannt. Hierbei handelt es sich um ein Auf bauverfahren, bei dem nacheinander eine Vielzahl von pulver förmigen Materiallagen übereinanderliegend bereitgestellt und jede Lage mittels eines oder mehrerer Laserstrahlen gemäß vorgegebener Bauteilgeometrie lokal aufgeschmolzen wird. Da bei werden so viele Lagen bereitgestellt, und jeweils mit we nigstens einem Laserstrahl gescannt, bis das herzustellende Bauteil fertiggestellt ist. Alternativ zu einem oder mehreren Laserstrahl (en) können auch andere Energiestahlen, etwa Elektronenstrahlen zum Einsatz kommen (englisch: Selective Electron Beam Melting - SEBM) . Auch kann alternativ oder zu- sätzlich zu einem Schmelzen ein Sintern des bereitgestellten Materials erfolgen (englisch: Selective Laser Sintering - SLS, bzw. Selective Elektron Beam Sintering - SEBS) .

Aus der DE 10 2014 222 302 Al beispielsweise gehen ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen durch SLM aus dem Pulverbett hervor. Der schicht weise Aufbau erfolgt dabei in hinlänglich bekannter Weise in dem durch den Innenraum eines Fertigungszylinders definierten Bauraum der Vorrichtung auf einer höhenverstellbaren Arbeits plattform. Es sind Mittel zur Bereitstellung von Pulverlagen vorgesehen, die einen neben der Arbeitsplattform angeordneten Vorratszylinder mit einem anhebbaren Boden und eine als Rakel ausgebildete Verteileinrichtung, mittels derer Pulver aus dem Vorrats- in den Fertigungszylinder gefördert und glattgezogen werden kann, umfassen. Die bereitgestellten Lagen werden zum Erhalt eines Bauteils mit mehreren Laserstrahlen gescannt.

Ein im Rahmen der additiven Herstellung von Bauteilen auftre tendes Problem besteht darin, dass während des Scanvorganges Plasma, Debris, Schweißspritzer und/oder Rauch erzeugt wer den. Hierdurch kann auf der einen Hand der Energiestrahl blo ckiert und so die Intensität unerwünscht abgeschwächt werden, und auf der anderen Hand kann es zu Ablagerungen in Bereichen einer Materiallage kommen, die noch zu scannen sind, wodurch zusätzliche Oberflächenrauheit verursacht werden und es zur Bildung von Materiallagen ungleichmäßiger Dicke kommen kann.

Um dieses Problem zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, ist es bekannt, einen Schutzgasstrom in dem Bauraum oberhalb der bearbeiteten Materiallage zu erzeugen. Aus der WO

2014/125280 A2 und der DE 10 2013 215 377 Al beispielsweise ist dies vorbekannt. Dabei lehrt letztere Druckschrift, dass die offenbarte Schutzgaseinrichtung Mittel zur beweglichen Lagerung oberhalb der Arbeitsplattform bzw. des Pulverbettes umfasst. Dies macht es möglich, die Schutzgaseinrichtung mit dem aktuellen Auftreffpunkt des Energiestrahls auf dem Pul verbett mitzuführen. Eine weitere Problemstellung beim additiven Fertigen besteht darin, dass der Energieeintrag durch den einen oder die meh reren Energie-, insbesondere Laserstrahlen stark lokal und die Möglichkeit der Wärmeableitung insbesondere im Falle des Pulverbetts vergleichsweise schlecht ist. Daher können hohe thermische Gradienten auftreten und es kann zur Bildung von Warmrissen führen. Diese Problematik ist insbesondere in dem jenigen Falle gegeben, dass Bauteile aus schwer schweißbaren Materialien herzustellen sind. Rein beispielhaft seien hier hochwarmfeste Legierungen sowie Ni-, Co- und Fe-Basiselemente genannt, wie sie u.a. für Lauf- und Leitschaufein sowie Bren nerkomponenten von Turbinen zum Einsatz kommen.

Um auch schwer schweißbare Werkstoffe im Rahmen der additiven Fertigung einsetzen zu können, bietet eine zusätzliche Erwär mung, insbesondere Vorwärmung auf Temperaturen von beispiels weise über 1000°C eine vielversprechende Möglichkeit. Werden die zu scannende Materiallage und/oder ein darunter ggf. be reits vorhandener Bauteilabschnitt bzw. eine darunter befind liche Arbeitsplattform vor und/oder während des Scanvorganges zusätzlich erwärmt, kann ein schnelles Auskühlen und das da mit verbundene Heißrissbildungsrisiko vermieden bzw. zumin dest reduziert werden.

Eine zusätzliche Erwärmung durch induktive Heizung mittels wenigstens einer oberhalb und/oder um das Pulverbett angeord neten Spule im Rahmen von SLM bzw. SLS ist in der EP 2 572 815 Al beschrieben. Auch aus der DE 10 2012 206 122 Al geht hervor, dass im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens, etwa dem Laserpulverauftragsschweißen oder selektiven Be strahlen eines Pulverbetts, eine zusätzliche, konkret induk tive Erwärmung des herzustellenden Bauteils erfolgt. Dabei sieht dieses Dokument vor, dass die wenigstens eine Indukti onsspule bewegbar ist und ihre Position während der additiven Herstellung verändert wird. Die zusätzliche Erwärmung ermöglicht den Erhalt besserer Er gebnisse, insbesondere den Erhalt von Bauteilen mit verbes serten Eigenschaften, da die Bildung von Rissen - auch unter Verwendung schwer schweißbarer Werkstoffe - vermieden oder zumindest reduziert wird.

Insbesondere in demjenigen Falle, dass sowohl eine Schutzgas bereitstellung als auch eine zusätzliche Erwärmung gewünscht bzw. erforderlich ist, kann es zu einer gegenseitigen negati ven Beeinflussung kommen, können sich etwa sehr unterschied lichen Strömungsverhältnisses des Schutzgases einstellen, was wiederum zu schlechteren Ergebnisse führen kann. Auch hat es sich als problematisch erwiesen, eine zusätzliche etwa induk tive Erwärmung im Falle großer Bauräume und/oder Mehrlaser systeme zu realisieren.

Im Lichte dessen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur additiven Fertigung anzugeben, welche bzw. welches die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.

Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch eine Einrichtung zur Schutzgaszufuhr und Erwärmung und/oder Pulverzufuhr für eine Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen aus dem Pulverbett, die oberhalb einer bzw. eines in einem Bau raum der Vorrichtung zur additiven Herstellung vorgesehenen Arbeitsplattform bzw. Pulverbettes anzuordnen oder angeordnet ist, umfassend

- Schutzgasmittel, die zum Zu- und insbesondere Abführen eines Schutzgases ausgebildet sind,

und

- Pulvermittel, die zur Bereitstellung einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Lagen eines pulverförmigen Materi als in dem Bauraum einer Vorrichtung zur additiven Her stellung von Bauteilen ausgebildet sind,

und/oder - Erwärmungsmittel, die zur insbesondere induktiven Erwär mung wenigstens eines bereits additiv aus dem Pulverbett gefertigten Bauteilabschnittes und/oder eines Abschnit tes eines Pulverbettes und/oder einer Arbeitsplattform einer Vorrichtung zur additiven Herstellung ausgebildet sind, wobei Mittel vorgesehen sind, über welche die Schutzgasmittel und die Pulver- und/oder Erwärmungsmittel gemeinsam bewegbar, insbesondere verfahrbar oberhalb der Arbeitsplattform bzw. des Pulverbettes gelagert werden können oder gelagert sind.

Bei der Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen aus dem Pulverbett der eingangsgenannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass diese eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Schutzgaszufuhr und Erwärmung und/oder Pulverzufuhr um fasst, die oberhalb der bzw. des in dem Bauraum der Vorrich tung zur additiven Herstellung vorgesehenen Arbeitsplattform bzw. Pulverbettes angeordnet ist.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht mit ande ren Worten darin, die Schutzgasführung, die Mittel zur Erwär mung, die etwa durch eine oder mehrere Induktionsspule (n) ge geben sein bzw. (eine) solche umfassen können, und/oder die Pulvermittel als eine bzw. in einer Einheit bereit zu stellen und die Mittel gemeinsam zu verfahren. So kann in einer ein heitlichen Bewegung mit dem Schutzgasstrom und der Erwärmung dem Auftreffpunkt des wenigstens einen Energiestrahles ge folgt und gleichzeitig eine neue Pulverlage bereitgestellt werden .

In ganz besonders bevorzugter Ausgestaltung umfasst die er findungsgemäße Einrichtung sowohl Schutzgasmittel als auch Erwärmungs- und Pulvermittel und diese werden allesamt ge meinsam bewegt, insbesondere verfahren.

Die erfindungsgemäße Einrichtung und damit auch eine mit ei ner solchen ausgestattete Vorrichtung zur additiven Fertigung bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Eine negative Beeinflus sung einer Relativbewegung der beispielsweise durch Indukti onsspulen gegebenen Erwärmungsmittel relativ zu den Schutz gasmitteln in gleicher Richtung wird durch die erfindungsge mäße gemeinsame Bewegung vermieden. Somit kann während eines Scanvorgangs mit einem oder mehreren Energie-, insbesondere Laserstrahlen ohne negative Wechselwirkungen gleichzeitig ei ne zusätzliche Erwärmung und ein Schutz vor Rauch, Plasma, Debris und dergleichen ermöglicht werden. Sind auch Pulver mittel vorgesehen, werden diese bevorzugt mit den Schutzgas- und ggf. Erwärmungsmitteln mitbewegt, so dass während eines Scanvorgangs, wenn bereits eine Schutzgasbereitstellung und zusätzliche Erwärmung möglich sind, gleichzeitig die nächste Pulverlage auf der Oberseite des Pulverbettes bereitgestellt werden kann, wodurch eine Zeitersparnis und somit eine beson ders effiziente Bauteilherstellung möglich wird. Dabei wird die ohnehin erfolgende Bewegung der Schutzgasmittel, über welche diese dem oder den Auftreffpunkten des bzw. der Ener giestrahlen folgen, dann auch für den Pulverauftrag über die Ausdehnung des Pulverbettes genutzt. Es wird eine besonders effiziente Vorgehensweise, insbesondere auch eine gleichzei tige Nutzung aller Mittel ermöglicht.

Die Mittel, die dazu ausgebildet sind, dass die Schutzgas-, Pulver und/oder Erwärmungsmittel bei bestimmungsgemäßer Mon tage der erfindungsgemäßen Einrichtung oberhalb der Arbeits plattform bzw. des Pulverbettes in den Bauraum einer Vorrich tung zur additiven Bauteilfertigung gemeinsam bewegbar gela gert werden können bzw. gelagert sind, umfassen in bevorzug ter Ausgestaltung ein bewegbar gelagertes bzw. lagerbares Ge stell, an dem die Mittel gehalten sind.

Entsprechend zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen, welche eine erfin dungsgemäße Einrichtung umfasst, in vorteilhafter Weiterbil dung dadurch aus, dass die Einrichtung ein Gestell umfasst, an dem die Schutzgasmittel und die Erwärmungs- und/oder Pul vermittel gehalten sind und das Gestell relativ zu der Ar- beitsplattform der Vorrichtung bzw. einem insbesondere darauf bereitgestellten Pulverbett relativ verfahrbar gehalten ist.

Das Gestell ist bevorzugt rahmenförmig ausgebildet und/oder diesem sind Verfahrmittel zugeordnet, über welche das Gestell insbesondere linear verfahrbar oberhalb einer Arbeitsplatt form bzw. eines Pulverbettes einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gehalten werden kann oder gehalten wird. Ein Ge stell bildet eine besonders einfache konstruktive Maßnahme für eine gemeinsame bewegbare Lagerung der genannten Mittel. Es sei angemerkt, dass sich eine Rahmenform als besonders ge eignet erwiesen hat, diese jedoch nicht erforderlich ist. In besonders simpler Ausbildung könnte z.B. auch ein streben- bzw. balkenförmiges Gestell Verwendung finden. Das Gestell kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.

Die Bewegung des Gestells kann insbesondere sowohl für das Mitführen des Schutzgasstromes als auch das Mitführen der Er wärmungsmittel, etwa Induktionsspule (n) als auch den Pulver auftrag zum Erhalt einer weitere Pulverlage genutzt werden. Das Gestell ist zweckmäßiger Weise motorisiert verfahrbar.

Ist ein Gestell zum Tragen und gemeinsamen bewegen der

Schutzgas-, Erwärmungs- und insbesondere Pulvermittel vorge sehen, ist die Einrichtung auch besonders gut vor allem nach oben hin skalierbar, indem z.B. das Gestell vergrößert und/oder beispielsweise die Anzahl von daran gehaltenen In duktionsspulen als Erwärmungsmittel und/oder von Schutzgas eis- und/oder Auslässen erhöht bzw. deren Größe erhöht wird. So können die erfindungsgemäßen Vorteile auf besonders einfa che Weise auch für vergleichsweise große Bauräume und Mehrla sersysteme erzielt werden.

Sind dem Gestell Verfahrmittel zugeordnet, können diese bei spielsweise eine bei bestimmungsgemäßer Montage der erfin dungsgemäßen Einrichtung oberhalb der Arbeitsplattform bzw. des Pulverbettes einer Vorrichtung zur additiven Fertigung befestigte Schiene umfassen, an welcher das Gestell dann be- _Vorzug linear verfahrbar - etwa über eine oder mehrere Rollen - gehalten ist.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die Schutzgas- und/oder die Pulvermittel ortsfest an dem Gestell gehalten sind und/oder die Erwärmungsmittel ihrerseits verfahrbar an dem Gestell gehalten sind, dies be vorzugt linear entlang einer zugehörigen Verfahrachse. Die Anordnung ist dann insbesondere derart, dass die Erwärmungs mittel, beispielsweise eine oder mehrere Induktionsspulen, entlang einer Achse bewegbar an dem Gestell gehalten sind, die zumindest im Wesentlichen orthogonal zu der Verfahrachse des Gestells orientiert ist. So können zwei Bewegungsrichtun gen in der Ebene oberhalb eines Pulverbettes abgedeckt sein. Auch hat sich gezeigt, dass eine Relativbewegung der Erwär mungsmittel, beispielsweise einer oder mehrerer Induktions spulen, zu dem Schutzgasstrom in orthogonaler Richtung zu keiner oder nur geringfügiger Beeinflussung des Schutz gasstromes führt. Die Erwärmungsmittel sind dann zweckmäßiger Weise motorisiert verfahrbar an dem Gestell gehalten, so dass eine Steuerung der Bewegung auf einfache Weise möglich ist.

Die Schutzgasmittel der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in vorteilhafter Ausgestaltung zur Bereitstellung wenigstens ei nes bevorzugt im Wesentlichen laminaren Schutzgasstroms aus gebildet. Sie können beispielsweise wenigstens einen insbe sondere balkenförmigen Schutzgaseinlass und wenigstens einen dem Schutzgaseinlass insbesondere gegenüberliegenden bevor zugt balkenförmigen Schutzgasauslass umfassen. Sind der Ein- und Auslass balkenförmig ausgebildet, sind diese insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Schutzgaseinlass eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden und/oder übereinanderliegenden Schutzgasdüsen aufweist. Bei spielsweise kann eine Mehrzahl von in einer Zeile nebeneinan derliegend angeordneten Schutzgasdüsen vorgesehen sein. Auch können mehrere derartiger Zeilen übereinanderliegend vorhan den sein. Durch die Mehrzahl von Schutzgasdüsen kann ein la- minarer Schutzgasstrom oberhalb eines in einem Bauraum einer Vorrichtung zur additiven Herstellung bereitstehenden Pulver bettes, insbesondere über dessen gesamte Breite, auf einfache Weise erzeugt werden. Der eine oder die mehreren Schutzgas auslässe können ferner ausgebildet sein, um Schutzgas abzu saugen bzw. diesem oder diesen können Mittel zur Absaugung von Schutzgas zugeordnet sein.

Die Schutzgaszuvor aus einem externen Reservoir zu dem we nigstens einen Schutzgaseinlass der erfindungsgemäßen Ein richtung kann, zur Gewährleistung der Bewegungsfreiheit der Schutzgasmittel, beispielsweise über flexible Schläuche rea lisiert sein. Umfasst der wenigstens eine Schutzgaseinlass eine Mehrzahl von Schutzgasdüsen, kann auch eine Mehrzahl von flexiblen Schläuchen insbesondere eine der Anzahl der Schutz gasdüsen entsprechende Anzahl flexibler Schläuche vorgesehen sein. In gleicher Weise kann die Schutzgasabfuhr über wenigs tens einen Schutzgasauslass der erfindungsgemäßen Einrichtung insbesondere zurück zu einem Reservoir über einen oder mehre re flexible Schläuche erfolgen.

Die Ausdehnung des Gestells in einer Raumrichtung und/oder die Dimensionierung des wenigstens einen Schutzgasein- und/oder -auslasses in einer Raumrichtung ist bevorzugt an die Ausdehnung des zu bearbeitenden Pulverbettes in der Raum richtung angepasst, so dass das gesamte Pulverbett mit einem Schutzgasstrom abgedeckt und/oder mit den Erwärmungsmitteln erreicht werden kann.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrich tung zeichnet sich dadurch aus, dass die Erwärmungsmittel we nigstens eine, bevorzugt mehrere Induktionsspulen zur induk tiven Erwärmung umfasst, und insbesondere die wenigstens eine Induktionsspule bewegbar an einem Gestell der Einrichtung ge halten ist. Die induktive Erwärmung beispielsweise eines be reits additiv aus einem Pulverbett gefertigten Bauteilab schnittes und/oder eines Abschnittes eines Pulverbettes und/oder einer Arbeitsplattform hat sich als besonders geeig- nete Form der zusätzlichen Erwärmung erwiesen. Andere Mög lichkeiten der zusätzlichen Erwärmung, etwa die Heizung mit tels IR-Strahlen oder auch die Heizung mittels Elektronen strahlen oder die resistive Heizung sind jedoch nicht ausge schlossen .

Hinsichtlich der Pulvermittel der erfindungsgemäßen Einrich tung kann weiterhin vorgesehen sein, dass diese einen an ei nem Gestell der Einrichtung gehaltenen Pulverbehälter umfas sen. Dieser kann sich beispielsweise ebenfalls durch eine Balkenform auszeichnen und weist bevorzugt wenigstens eine unterseitige, insbesondere längliche Pulverzufuhröffnung auf. Weiterhin können die Pulvermittel eine oder mehrere untersei tig an dem Pulverbehälter gehaltene Rollen und/oder Rakeln zum glattstreifen von aus dem Pulverbehälter unterseitig her ausgelassen Pulver umfassen. So können auf besonders einfache Weise Pulverlagen bevorzugt gleichmäßiger Dicke bereitge stellt werden, indem der Pulverbehälter zusammen mit den Schutzgasmitteln und insbesondere Erwärmungsmitteln oberhalb des Pulverbettes verfahren wird. Der Abstand der Mittel zum Glattstreichen, etwa Rolle (n) und/oder Rakel (n) , zur Obersei te der vorangegangenen Lage definiert dann die Schichtdicke. Umfassen die Pulvermittel einen Pulverbehälter, ist dessen Ausdehnung in einer Raumrichtung, insbesondere seine Längs ausdehnung bevorzugt an die Ausdehnung des Pulverbettes in einer Raumrichtung angepasst, so dass eine Pulverlage ent sprechender Größe erhalten werden kann, wenn der Pulverbehäl ter zusammen mit den Schutzgas- und Erwärmungsmitteln ober halb des Bettes verfahren wird.

Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Einrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass sie zwei bevorzugt spiegelverkehrt ausgebildete Bearbei tungsbereiche umfasst, wobei in jedem der beiden Bearbei tungsbereiche Schutzgasmittel zum Zu- und insbesondere Abfüh ren eines Schutzgases sowie Erwärmungsmittel zur Erwärmung eines bereits additiv aus einem Pulverbett gefertigten Bau teilabschnittes und/oder eines Abschnittes eines Pulverbettes und/oder einer Arbeitsplattform vorgesehen sind, und beson ders bevorzugt Pulvermittel zwischen den beiden Bearbeitungs bereichen angeordnet sind.

Dann kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass in jedem der beiden Bearbeitungsbereiche ein bevorzugt balkenförmiger Schutzgaseinlass und ein dem Schutzgaseinlass bevorzugt ge genüberliegender insbesondere balkenförmiger Schutzgasauslass vorgesehen ist, und/oder in jedem der beiden Bearbeitungsbe reiche wenigstens eine, bevorzugt zwei Induktionsspulen vor gesehen sind.

Umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung zwei bevorzugt spie gelverkehrt zueinander ausgebildete Bearbeitungsbereiche, kann besonders effizient gearbeitet werden. Insbesondere kann in beiden Bearbeitungsbereichen ein Scanvorgang mit einem o- der mehreren Energiestrahlen erfolgen und beispielsweise zwei Bauteile bzw. Bauteilabschnitte können gleichzeitig aus dem Pulverbett hergestellt werden. Auch ist es möglich, dass, während in dem einen Bearbeitungsbereich ein Scanvorgang stattfindet, mit den Erwärmungsmitteln des anderen Bearbei tungsbereichs ein bereits hergestelltes, noch im Pulverbett liegendes Bauteil bzw. Bauteilabschnitt erwärmt wird, also simultan zu einem benachbarten Scanvorgang eine nachträgliche Wärmebehandlung stattfindet.

Umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung zwei bevorzugt spie gelverkehrte Bearbeitungsbereiche, ist besonders bevorzugt etwa mittig in einem rahmenförmigen Gestell der Einrichtung ein Pulverbehälter der Pulvermittel vorgesehen und zu jeweils einer Seite des Pulverbehälters ist ein Schutzgasauslass an geordnet, wobei eine an dem Schutzgasauslass vorgesehene Schutzgasauslassöffnung jeweils von dem Pulverbehälter abge wandt ist. Dem jeweiligen Auslass gegenüberliegend, insbeson dere an den beiden gegenüberliegenden Enden eines rahmenför migen Gestells der erfindungsgemäßen Einrichtung, sind dann bevorzugt zwei zugehörige Schutzgaseinlässe angeordnet. Dann kann in beiden Bearbeitungsbereichen ein laminarer Schutz- gasstrom jeweils von den gegenüberliegenden Außenseiten des Gestells zur Mitte hin erzeugt und mittig simultan neues Pul ver aufgetragen werden. Eine spiegelverkehrte Ausgestaltung ermöglicht eine entgegengesetzte Ausrichtung des Schutz gasstromes in den beiden Bearbeitungsbereichen und dies wie derum, dass der Schutzgasstrom sowohl für eine Vor- als auch eine Rückbewegung der Mittel, insbesondere eines diese tra genden Gestells entlang einer zugehörigen Verfahrachse zur Fortschreitungsrichtung des wenigstens einen Energiestrahls auf der Pulverlage entgegensetzt orientiert werden kann.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein

Verfahren zum additiven Herstellen wenigstens eines Bauteils aus dem Pulverbett unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem

- die die Schutzgasmittel und die Pulver- und/oder Erwär mungsmittel gemeinsam oberhalb der Arbeitsplattform ins besondere linear verfahren werden und nacheinander meh rere Pulverlagen mittels der Pulvermittel als Pulverbett bereitgestellt werden,

- wobei die Pulverlagen jeweils mit wenigstens einem Ener giestrahl gemäß vorgegebener Bauteilgeometrie lokal auf geschmolzen und/oder gesintert werden,

- wobei mit den Schutzgasmitteln der Einrichtung oberhalb des Pulverbettes ein bevorzugt laminarer Schutzgasstrom erzeugt wird, während mit dem wenigstens einem Energie strahl Pulver aufgeschmolzen und/oder gesintert wird,

- wobei mit den Erwärmungsmitteln eine zusätzliche Erwär mung eines aus dem Pulverbett bereits gefertigten Bau teilabschnittes und/oder der Arbeitsplattform und/oder des Pulverbettes erfolgt, während Pulver aufgeschmolzen und/oder gesintert wird,

- und insbesondere mit den Pulvermitteln gleichzeitig Pul ver aufgetragen wird.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorge sehen sein, dass eine erfindungsgemäße Einrichtung mit zwei Bearbeitungsbereichen zum Einsatz kommt und - mehrere nebeneinanderliegende Bauteile bzw. Bauteilab schnitte aus dem Pulverbett hergestellt werden,

- wobei mit wenigstens einem Energiestrahl in einem ersten Bereich des Pulverbettes Pulver aufgeschmolzen und/oder gesintert wird, während mit den Schutzgasmitteln eines Bearbeitungsbereiches der Einrichtung oberhalb des ers ten Pulverbettbereiches ein bevorzugt laminarer Schutz gasstrom erzeugt wird,

- und mit den Erwärmungsmitteln dieses Bearbeitungsberei ches insbesondere gleichzeitig eine zusätzliche Erwär mung eines in dem ersten Pulverbettbereich bereits aus dem Pulverbett gefertigten Bauteilabschnittes und/oder der Arbeitsplattform unter dem ersten Pulverbettbereich und/oder des ersten Pulverbettbereiches erfolgt,

- und mit den Erwärmungsmitteln des zweiten Bearbeitungs bereiches der Einrichtung insbesondere gleichzeitig eine zusätzliche Erwärmung eines in einem zweiten Pulverbett bereich bereits aus dem Pulverbett gefertigten Bauteil abschnittes erfolgt,

- und insbesondere gleichzeitig Pulver mit den Pulvermit teln aufgetragen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders ef fiziente additive Fertigung von Bauteilen, dies insbesondere auch in vergleichsweise großen Bauräumen. Dies gilt ganz be sonders für die Ausgestaltung mit gleichzeitigem Scanvorgang in dem einen Arbeitsbereich und nachträglicher Wärmebehand lung in dem anderen bei bevorzugt gleichzeitiger Herstellung einer jeweils neuen Pulverlage.

Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Schutzgas-, Erwärmungs- und insbesondere Pulvermittel, etwa über ein Ge stell, an welchem diese gehalten sind, entlang einer vorgege benen Achse oberhalb eines Pulverbettes kontinuierlich oder auch schrittweise verfahren werden, wobei zunächst mit dem Scannen in einem ersten Bereich des Pulverbettes begonnen wird, während dort unter Nutzung des ersten Bearbeitungsbe reiches ein Schutzgasstrom bereitgestellt und eine insbeson- dere induktive zusätzliche Erwärmung erfolgt, und, wenn der zweite Bearbeitungsbereich oberhalb des zuvor gescannten Bau teil (abschnitt) s ankommt, mit dessen Erwärmungsmitteln eine nachträgliche Wärmebehandlung durchgeführt wird, während un ter gleichzeitiger Nutzung der Schutzgas- und Erwärmungsmit tel des ersten Bearbeitungsbereichs ein anderer Pulverbettab schnitt gescannt wird. Dabei kann dann während des gesamten Verfahrens des Gestells mit den Pulvermitteln Pulver neu auf getragen und bevorzugt glattgestrichen werden, um die nächste Lage zu erhalten. Nachdem die Mittel in die eine Richtung einmal komplett über das Pulverbett bzw. einen zu bearbeiten den Teilbereich dieses verfahren wurde, kann die Bewegungs richtung umgekehrt und die Vorgehensweise wiederholt werden.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Bauteil, welches unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herge stellt wurde.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Einrichtung und Vorrichtung so wie erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1 eine schematische teilweise geschnittene Darstel lung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen gemäß einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung;

Figur 2 eine vergrößerte schematische teilweise geschnit tene Darstellung der Einrichtung zur Schutzgaszu fuhr und Erwärmung und Pulverzufuhr der Vorrich tung aus Figur 1 oberhalb des teilweise darge stellten Pulverbettes;

Figur 3 eine vergrößerte schematische Aufsicht auf die

Einrichtung zur Schutzgaszufuhr und Erwärmung und Pulverzufuhr der Vorrichtung aus Figur 1; Figuren 4 die Einrichtung aus den Figuren 1 bis 3 an

bis 10 unterschiedlichen Positionen oberhalb des Pulver bettes zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 11 eine schematische Darstellung des von den Spulen der Vorrichtung aus Figur 1 überfahrenen Bereiches bei schrittweiser Bewegung des Gestells;

Figur 12 eine schematische Darstellung des von den Spulen der Vorrichtung aus Figur 1 überfahrenen Bereiches bei kontinuierlicher Bewegung des Gestells; und

Figur 13 eine schematische Aufsicht auf die Laserstrahlein richtung und den Bauraum der Vorrichtung aus Figur

1.

Die Figur 1 zeigt in schematischer teilweise geschnittener Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor richtung zum additiven Herstellen von Bauteilen aus dem Pul verbett 1. Diese umfasst einen Fertigungszylinder 2, der ei nen Bauraum 3 definiert, in welchem im Betrieb eines oder mehrere Bauteile additiv aus dem Pulverbett 1 gefertigt wer den. Der schichtweise Bauteilaufbau erfolgt dabei auf einer Arbeitsplattform 4 der Vorrichtung, welche - wie durch einen entsprechenden Pfeil in der Figur 1 angedeutet - höhenver stellbar in dem Fertigungszylinder 2 gehalten ist.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine oberhalb der Arbeits plattform 4 angeordnete Laserstrahleinrichtung 5, welche aus gebildet ist, um mehrere, vorliegend zwei Laserstrahlen 6 zu emittieren und mit diesen in dem Bauraum 3 der Vorrichtung bereitgestellte Pulverlagen selektiv gemäß einer vorgegebenen Bauteilgeometrie aufzuschmelzen. Zur entsprechenden Ablenkung der Laserstrahlen 6 umfasst die Laserstrahleinrichtung 5 eine in den Figuren nicht erkennbare Scaneinrichtung. Diese kann auf beliebige, aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannte Weise ausgebildet sein.

Zu der Vorrichtung gehört ferner eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schutzgaszufuhr, Erwärmung und Pulverzufuhr 7, die oberhalb des Fertigungszylinders 2 und der darin vorgesehenen Arbeitsplattform 4 sowie dem Pul verbett 1 angeordnet ist. Eine vergrößerte Seitenansicht so wie eine vergrößerte Aufsicht der Einrichtung 7 können den Figuren 2 sowie 3 entnommen werden. Es sei angemerkt, dass die weiteren Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in diesen beiden Figuren sowie den Figuren 4 bis 10, auf die weiter unten noch eingegangen wird, nicht dargestellt, son dern darin neben der erfindungsgemäße Einrichtung 7 jeweils nur das Pulverbett 1 sowie zwei darin schon additiv herge stellte Bauteilabschnitte 8 erkennbar sind. Von den Laser strahlen 6 ist ferner in den Figuren 1, 2, 4, 6 und 9 nur ei ner zu erkennen.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung 7 umfasst ein rahmenförmiges Gestell 9, welches entlang einer vorgegebenen Achse bewegbar oberhalb der Ar- beitsplattform 4 und dem darauf befindlichen Pulverbett 2 ge halten ist. Die Mittel zur bewegbaren Lagerung des Gestells umfassen vorliegend eine in den Figuren nicht gezeigte orts fest fixierte Schiene, an der das Gestell 9 mittels in den Figuren ebenfalls nicht erkennbarer Rollen gelagert ist, so dass es entlang der Schiene in x-Richtung und somit einer ho rizontalen Ebene oberhalb des Pulverbettes 1 vor- und zurück bewegbar ist. In den Figuren ist die jeweils aktuelle Bewe gungsrichtung des Gestells 9 auch durch einen jeweils ober halb dieses dargestellten Pfeils angedeutet.

An dem Gestell 9 der Einrichtung 7 sind Schutzgasmittel zum Zu- und Abführen eines Schutzgases in den Bauraum 3 sowie Er wärmungsmittel und Pulvermittel gehalten. Die Erwärmungsmit tel sind zur zusätzlichen induktiven Erwärmung bereits addi tiv in dem Pulverbett 1 gefertigter Bauteilabschnitte 8 be- ziehungsweise - insbesondere für die allererste auf der Ar- beitsplattform 4 bereitgestellte Pulverlage - der Arbeits plattform 4 ausgebildet. Die Pulvermittel dienen der Bereit stellung einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Lagen pul verförmigen Materials in dem Bauraum 3 der Vorrichtung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassend die

Schutzgasmittel konkret zwei balkenförmige Schufzgaseinlässe 10, die an gegenüberliegenden Enden des Gestells 9 gehalten sind, sowie zwei balkenförmige Schutzgasauslässe 11, die sich etwa mittig an dem Gestell 9 befinden und jeweils gegenüber liegend der Schufzgaseinlässe 10 angeordnet sind. Es sind je weils zwei Schufzgaseinlässe 10 und Schutzgasauslässe 11 vor gesehen, da die Einrichtung 7 vorliegend zwei spiegelverkehrt ausgebildete Bearbeitungsbereiche 12, 13 umfasst, mit denen simultan und/oder nacheinander Bearbeitungsschritte im Rahmen der additiven Herstellung von Bauteilen erfolgen können. Für die Erzeugung eines zumindest im Wesentlichen laminaren

Schutzgasstromes oberhalb des Pulverbettes 1 in dem jeweili gen Bearbeitungsbereich 12, 13 weist jeder der beiden Schutz- gaseinlässe 10 jeweils eine Mehrzahl von Schutzgasdüsen 14 auf, die in insgesamt drei Reihen übereinander und 15 Spalten nebeneinander in der Art eines Arrays angeordnet sind. Den Schutzgasdüsen 14 für die Schutzgaszufuhr gegenüberliegend befindet sich jeweils eine rechteckige beziehungsweise schlitzförmige Schutzgasauslassöffnung 15 des jeweiligen Schutzgasauslasses 11. Die Schutzgasmittel der erfindungsge mäßen Einrichtung 7 umfassend weiterhin eine Vielzahl von flexiblen Schläuchen 16, von denen vorliegend jeweils sechs Schläuche zu einem der Schufzgaseinlässe 10 führen und je weils einer mit einem Schutzgasauslass 11 verbunden ist. Wie insbesondere in der Figur 3 erkennbar, erstrecken sich sowohl die Schufzgaseinlässe 10 als auch die Schutzgasauslässe 11 jeweils über die gesamte Breite des Gestells 9 also über die gesamte Ausdehnung des Gestells 9 in Y-Richtung, so dass über die gesamte Breite des Pulverbettes 1 ein gleichmäßiger ins besondere laminarer Schutzgasstrom 17 bereitgestellt werden kann. In den Figuren 2 bis 6, 9 und 10 ist der laminare Schutzgasstrom 17 durch entsprechende horizontale Pfeile oberhalb des Pulverbettes 1 angedeutet. Die Dimensionierung von Gestell 9 und Schutzgas Ein- und Auslässen 10, 11 ist derart gewählt, dass sie mindestens der Ausdehnung des Pul verbettes 1 in Y-Richtung beziehungsweise des möglichen, also mit den Laserstrahlen 6 erreichbaren Scanbereiches ent spricht .

Die an dem Gestell 9 gehaltenen Erwärmungsmittel der erfin dungsgemäßen Einrichtung 7 umfassen vier Induktionsspulen 18. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vier Spu len 18 an dem Gestell 9 in Y-Richtung vor- und zurückbewegbar gehalten, so dass eine Relativbewegung der Spulen 18 gegen über dem Gestell 9 möglich ist, die orthogonal zu der Bewe gungsrichtung des Gestells 9 in X-Richtung orientiert ist.

Durch die bewegbare Lagerung des Gestells 9 in X-Richtung und die bewegbare Lagerung der Spulen 18 an dem Gestell 9 in Y- Richtung kann dem Auftreffpunkt der Laserstrahlen 6 in der horizontalen Ebene gefolgt werden.

Es sei angemerkt, dass die Induktionsspulen 18 zusätzlich auch in X-Richtung bewegbar in dem Gestell 9 gelagert sein können, so dass auch eine Relativbewegung der Spulen 18 ge genüber dem Gestell 9 in X-Richtung möglich ist, um die Fle xibilität weiter zu erhöhen. Erforderlich ist dies jedoch nicht .

Die ebenfalls an dem Gestell 9 gehaltenen Pulvermittel der erfindungsgemäßen Einrichtung 7 umfassen vorliegend einen Pulverbehälter 19, der etwa mittig an dem Gestell 9 gehalten ist und, wie insbesondere in der Figur 3 erkennbar, zumindest in etwa parallel zu den balkenförmigen Schutzgasein- und aus- lässen 10, 11 orientiert ist, und sich, genau wie diese, über die gesamte Ausdehnung des Gestells 9 in Y-Richtung er streckt. Der Pulverbehälter 19 weist unterseitig eine in den Figuren nicht erkennbare schlitzförmige Pulverauslassöffnung auf, die sich nahezu über seine gesamte Ausdehnung erstreckt. Es sind ferner unterseitig an dem Pulverbehältern 19 zwei an gegenüberliegenden Endbereichen angeordnete Rollen 20 vorge sehen, die dazu dienen, aus dem Pulverbehälter 19 ausgelasse nes Pulver zum Erhalt einer Lage gleichmäßiger Dicke glattzu streichen. Wie beispielsweise der Figur 1 entnehmbar, kommt dabei zum Glattstreichen immer nur eine der beiden Rollen 20 zum Einsatz und es werden zwei Rollen aus dem Grunde benö tigt, dass das Gestell 9 in beide Richtungen entlang der Y- Achse verfahren wird. Die Pulvermittel umfassen weiterhin ei ne Pulverzuführleitung 21, die seitlich in den Pulverbehälter 19 mündet und allein in der Aufsicht gemäß Figur 3 erkennbar ist .

Die additive Fertigung von Bauteilen gemäß einer Ausführungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Figur 1 wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 10 näher erläutert .

Die additive Fertigung umfasst in hinlänglich bekannter Weise die Bereitstellung eimehrerer Pulverlagen nach- und aufeinan der in dem Bauraum 3 der Vorrichtung und deren Scannen mit tels der Laserstrahlen 6 zum lokalen Aufschmelzen .

Dabei kommt die hier beschriebene Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Einrichtung 7 zum Einsatz, um die Pulverlagen bereitzustellen, um während der Scanvorgänge einen laminaren Schutzgasstrom 17 oberhalb des Pulverbettes 1 zu erzeugen und um während der Scanvorgänge sowie diesen nachgelagert bereits additiv gefertigte Bauteilabschnitte 8 bzw. die Arbeitsplatt form 4 induktiv zu erwärmen. Das Gestell 9 wird dafür ober halb des Pulverbettes 1 zwischen der in Figur 4 erkennbaren rechten Endlage und der in den Figuren 8 und 9 erkennbaren linken Endlage kontinuierlich hin und her verfahren.

Die sich bis zur Fertigstellung der herzustellenden Bauteile wiederholenden Schritte werden im Folgenden beispielhaft er läutert, wobei in Figur 4 zu einem Zeitpunkt begonnen wird, an dem bereits zwei Bauteilabschnitte 8 in dem Pulverbett 1 additiv gefertigt wurden und aktuell eine weitere Pulverlage zunächst im Bereich des in Figur 4 rechten Bauteils mittels der zwei Laserstrahlen 6 der Laserstrahleinrichtung 5 gemäß vorgegebener Bauteilgeometrie gescannt werden. Bei den voran gegangenen Lagen wurde entsprechend - mit der ersten Pulver lage beginnend auf der Arbeitsplattform 4 - vorgegangen.

Wie aus der Figur 4 hervorgeht, befindet der in den Figuren linke Bearbeitungsbereich 12 der Einrichtung 7 aktuell ober halb des rechten Bauteilabschnitts 8 und es erfolgt mittels der beiden Induktionsspulen 18 dieses Bearbeitungsbereiches 12 eine zusätzliche induktive Erwärmung des bereits gefertig ten Bauteilabschnitts 8 unterhalb der zu scannenden Pulverla ger, während Pulver lokal mit den Laserstrahlen 6 aufge schmolzen wird. Um dem Fortschreiten der Laserstrahlen 6 ent lang der X-Achse nach links hin zu folgen, wird das Gestell 9 kontinuierlich mit geeigneter Geschwindigkeit in dieser Rich tung bewegt. Gleichzeitig werden die Induktionsspulen 18 des Bearbeitungsbereiches 12 relativ zu dem Gestell 9 in Y- Richtung Verfahren, um mit der zusätzlichen Erwärmung auch der Bewegung der Laserstrahlen in dieser Richtung zu folgen. So kann erreicht werden, dass der Auftreffpunkt der Laser strahlen 6 zum Beispiel immer jeweils zentriert unter einer Spule 18 liegt.

Während des Scanvorgangs und der zusätzlichen Erwärmung wird mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 7 in dem Bearbeitungs bereich 12 ein zumindest im Wesentlichen laminarer Schutz gasstrom 17 oberhalb des Pulverbettes 1 für den Scanvorgang des rechten Bauteilabschnitts 8 bereitgestellt. Dazu wird Schutzgas über flexible Schläuche 16 in den Schutzgaseinlass 11 gefördert, über die Mehrzahl der Schutzgasdüsen 14 ausge lassen und über den gegenüberliegenden Schutzgasauslass 11 mit stützförmiger Schutzgasauslassöffnung 15 abgesaugt.

Sobald das Gestell 9 so weit nach links verfahren wurde, dass die Pulverauslassöffnung an der Unterseite des Pulverbehäl- ters 19 das rechte Ende des Pulverbetts 1 erreicht hat, wird zum Erhalt der nächsten Lage Pulver aus dem Pulverbehälter 19 unterseitig herausgelassen und mittels der rechten Rolle 20 glattgestrichen .

Die Laserstrahlen 6 der Laserstrahleinrichtung 5 werden deak tiviert, sobald der Scanvorgang der Lage im Bereich des rech ten Bauteilabschnittes 8 abgeschlossen ist und die Spulen 18 werden deaktiviert. In Figur 5 ist der Zustand gezeigt, in dem aktuell kein Scannen von Pulver erfolgt, da sich die In duktionsspulen 18 des linken Bearbeitungsbereiches 12 noch zwischen den beiden Bauteilabschnitten 8 befinden, also den linken Bauteilabschnitt 8 noch nicht erreicht haben. Errei chen die Spulen 18 diesen, kann eine induktive Erwärmung er folgen und ein Scanvorgang der Pulverlage oberhalb dieses Bauteilabschnittes 8 mit den zwei Laserstrahlen 6 erfolgt. Gleichzeitig wird mit den beiden Induktionsspulen 18 des rechten Bearbeitungsbereiches 13 eine nachgelagerte Wärmebe handlung des zuvor gescannten rechten Bauteilabschnittes 8 bewirkt (Figur 6) . Es sei angemerkt, dass die zusätzliche in duktive Erwärmung in den Figuren 4, 6 sowie 7 und 9 jeweils durch einen von der Induktionsspule 18 auf den darunterlie genden Bauteilabschnitt 8 gerichteten Pfeil angedeutet ist.

Das Gestell 9 wird kontinuierlich weiter nach links verfahren und sobald der Scanvorgang mit den Laserstrahlen 6 im Bereich vom linken Bauteilabschnitt 8 abgeschlossen ist, werden die Laserstrahlen 6 erneut deaktiviert und auch die Spulen 18 ausgeschaltet. Pulver wird weiterhin aus dem Pulverbehälter ausgelassen und mit der rechten Rolle 20 glattgestrichen.

Dies solange, bis der Pulverbehälter 19 das linke Ende des Pulverbettes 1 erreicht, wie in Figur 7 erkennbar. Dann be finden sich die beiden Induktionsspulen 18 des rechten Bear beitungsbereiches 13 der Einrichtung 7 oberhalb des linken Bauteilabschnittes 8 und es erfolgt eine nachgelagerte induk tive Wärmebehandlung dieses Bauteilabschnittes 8. Sobald sich der Pulverbehälter 19, wie in Figur 8 erkennbar, vollständig links des Pulverbettes 1 befindet, wird das Pul verbett durch herabsenken der Arbeitsplattform 4 (vgl. Figur 1) um eine Schichtdicke 22 nach unten verfahren und die Bewe gungsrichtung des Gestells 9 wird umgedreht.

Dann kann, wie in Figur 9 erkennbar, mit den Induktionsspulen 18 des rechten Bearbeitungsbereiches 13 der Einrichtung 7 ei ne zusätzliche induktive Erwärmung des linken Bauteilab schnittes 8 erfolgen, während die darauf zuvor hergestellte Pulverlage mittels der Laserstrahlen 6 gescannt wird und gleichzeitig mit den Schutzgasmitteln des rechten Bearbei tungsbereiches 13 der Einrichtung 7 ein laminarer Schutz gasstrom oberhalb des Pulverbettes 1 erzeugt wird. Es sei an gemerkt, dass der Schutzgasstrom 17 vorteilhafterweise immer entgegengesetzt der Fortschreitungsrichtung der Laserstrahlen 6 orientiert ist. Dies ist auch der Grund, warum die beiden Bearbeitungsbereiche 12, 13 spiegelverkehrt ausgebildet sind, also sich beide Schutzgaseinlässe 10 an gegenüberliegenden Enden und sich beide Schutzgasauslässe 1 mittig des Gestells 9 befinden, so dass ein Schutzgasstrom 17 immer von außen nach innen und somit entgegengesetzt der Fortschreitungsrich tung der Laserstrahlen 6 erzeugt werden kann.

Nachdem der Scanvorgang im Bereich des linken Bauteilab schnittes 8 abgeschlossen ist, erfolgt erneut vorübergehend nur ein Materialauftrag (vgl. Figur 10) . Dann erfolgt ein Scanvorgang im Bereich des rechten Bauteilabschnittes 8 mit zusätzlicher Erwärmung der Induktionsspulen 18 des rechten Bearbeitungsbereiches 13 bei gleichzeitiger nachträglicher Wärmebehandlung des linken Bauteilabschnittes 8 mit den In duktionsspulen 18 des linken Bearbeitungsbereiches 12, an schließend eine nachträgliche Wärmebehandlung des rechten Bauteilabschnittes 8 mit den Induktionsspulen 18 des linken Bearbeitungsbereiches 12, anschließend eine Invertierung der Bewegungsrichtung des Gestells 9 und eine Wiederholung sämt licher Schritte so oft, bis die Bauteile fertiggestellt sind, was in den Figuren nicht mehr gezeigt ist. Die Figuren 11 und 12 zeigen rein schematisch, welche Berei che von den jeweils 2 Induktionsspulen 18 der beiden Bearbei tungsbereiche 12, 13 abgedeckt werden, wenn das Gestell 9, wie beim oben beschrieben Beispiel kontinuierlich (Figur 11) bzw. alternativ dazu schrittweise (Figur 12) in Y-Richtung verfahren wird. Wie man erkennen kann, kann ein unter den Spulen 18 befindliches Pulverbett lückenlos abgedeckt und so mit über den gesamten Bereich eine gleichmäßige, zusätzliche induktive Erwärmung erreicht werden.

Die Figur 13 zeigt eine Aufsicht auf einen Bauraum 3 mit Pul verbett 1 in rein schematischer Darstellung, wobei mit kreis förmigen Bereiche 23 angedeutet ist, wo oberhalb des Pulver bettes 1 - für den Fall von insgesamt vier Laserstrahlen 6 - die Laserstrahlen 6 emittiert und abgelenkt werden. Es sind weiterhin beispielhaft Auftreffpunkte 24 der vier Laserstrah len 6 in einem streifenförmigen Laserbearbeitungsbereich 25 gezeigt und das Scanfeld 26 der Laserstrahlen 6 ist durch ge strichelte Linien angedeutet. Der Auftreffpunkt 24 für den Fall der Laserstrahleinrichtung 5 mit zwei Laserstrahlen 6, wie oben beschrieben, ist auch in der Figur 1, dort jeweils mittig in einer der Spulen 18, gezeigt.

Wie anhand der vorstehenden Beschreibung erkennbar, werden mit der vorliegenden Erfindung mehrere Vorteile erreicht. Ei nerseits kann eine Verarbeitung auch schwer schweißbarer Werkstoffe, dies auch bei vergleichsweise großem Bauraum problemlos erfolgen. Das Konzept ermöglicht dabei das gleich zeitige Arbeiten mit mehreren Lasern und mehreren Induktions spulen in mehreren Bearbeitungsbereichen und es kann eine über den gesamten Bauraum homogene Schutzgasströmung erreicht werden, die sich immer am Ort des Bedarfes, nämlich der aktu ellen Interaktionszone zwischen dem einen oder mehreren Ener giestrahlen und dem Pulvermaterial befindet. Das System ist daher skalierbar ohne Abstriche bei der Qualität. Das Scan nen, die Bereitstellung neuer Pulverlagen sowie die zum Scan nen zusätzliche und nachträgliche Erwärmung können gleichzei- tig ohne negative Wechselwirkungen erfolgen, wodurch eine sehr hohe Effizienz gewährleistet werden kann. Separate

Schritte beispielsweise für das Scannen einerseits und die Lagenbereitstellung andererseits, wie gemäß dem Stand der Technik vorgesehen, sind nicht erforderlich.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Wie vorstehend bereits betont ist das System be liebig skalierbar, beispielsweise kann eine andere, insbeson dere höhere Anzahl von Induktionsspulen 18 vorgesehen sein und/oder mehr als zwei Bearbeitungsbereiche.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung (7) zur Schutzgaszufuhr und Erwärmung und/oder Pulverzufuhr für eine Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen aus dem Pulverbett (1), die oberhalb einer bzw. eines in einem Bauraum (3) der Vorrichtung zur additiven Her stellung vorgesehenen Arbeitsplattform (4) bzw. Pulverbettes (1) anzuordnen oder angeordnet ist, umfassend

Schutzgasmittel, die zum Zu- und insbesondere Abführen eines Schutzgases ausgebildet sind, und

Pulvermittel, die zur Bereitstellung einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Lagen eines pulverförmigen Materi als in dem Bauraum (3) einer Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen ausgebildet sind, und/oder

Erwärmungsmittel, die zur insbesondere induktiven Erwär mung wenigstens eines bereits additiv aus dem Pulverbett (1) gefertigten Bauteilabschnittes (8) und/oder eines Ab schnittes eines Pulverbettes (1) und/oder einer Arbeits plattform (4) einer Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen ausgebildet sind, wobei Mittel vorgesehen sind, über welche die Schutzgasmittel und die Pulver- und/oder Erwärmungsmittel gemeinsam bewegbar, insbesonde re verfahrbar oberhalb der Arbeitsplattform (4) bzw. des Pulverbettes (1) einer Vorrichtung zur additiven Herstel lung von Bauteilen gelagert werden können oder gelagert sind, und wobei die Einrichtung (7) zwei bevorzugt spie gelverkehrt ausgebildete Bearbeitungsbereiche (12, 13) umfasst, wobei in jedem der beiden Bearbeitungsbereiche (12, 13) Schutzgasmittel zum Zu- und insbesondere Abfüh ren eines Schutzgases sowie Erwärmungsmittel zur Erwär mung eines bereits additiv aus einem Pulverbett (1) ge fertigten Bauteilabschnittes (8) und/oder eines Abschnit tes eines Pulverbettes (1) und/oder einer Arbeitsplatt form (4) vorgesehen sind, und besonders bevorzugt die Pulvermittel zwischen den beiden Bearbeitungsbereichen (12, 13) angeordnet sind, wobei insbesondere in jedem der beiden Bearbeitungsbereiche (12, 13) ein bevorzugt bal kenförmiger Schutzgaseinlass (10) und ein dem Schutzga seinlass (10) insbesondere gegenüberliegender bevorzugt balkenförmiger Schutzgasauslass (11) vorgesehen sind, und/oder in jedem der beiden Bearbeitungsbereiche (12,

13) wenigstens eine, bevorzugt zwei Induktionsspulen (18) vorgesehen sind.

2. Einrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein bevorzugt rahmenförmiges Gestell (9) umfasst, an dem die Schutzgasmittel und die Erwärmungs und/oder Pulvermittel gehalten sind, und dem Gestell (9) be vorzugt Verfahrmittel zugeordnet sind, über welche das Ge stell (9) insbesondere linear verfahrbar oberhalb der Ar- beitsplattform (4) bzw. des Pulverbettes (1) gehalten werden kann oder gehalten wird.

3. Einrichtung (7) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrmittel eine bei bestimmungsgemäßer Montage oberhalb der Arbeitsplattform (4) bzw. des Pulverbettes (1) befestigte Schiene umfassen, an welcher das Gestell (9) be vorzugt linear verfahrbar gehalten ist.

4. Einrichtung (7) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schutzgasmittel und/oder die Pulvermittel ortsfest an dem Gestell (9) gehalten sind.

5. Einrichtung (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsmittel bevorzugt entlang einer Verfahrachse linear verfahrbar an dem Gestell (9) ge halten sind, wobei die Anordnung insbesondere derart ist, dass die Erwärmungsmittel entlang einer Achse bewegbar an dem Gestell (9) gehalten sind, die zumindest im Wesentlichen or thogonal zu der Verfahrachse des Gestells (9) orientiert ist.

6. Einrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasmittel zur Bereit- Stellung wenigstens eines bevorzugt zumindest im Wesentlichen laminaren Schutzgasstromes (17) ausgebildet sind.

7. Einrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasmittel wenigstens einen bevorzugt balkenförmigen Schutzgaseinlass (10) und we nigstens einen dem Schutzgaseinlass (10) insbesondere gegen überliegenden bevorzugt balkenförmigen Schutzgasauslass (11) umfassen, wobei der wenigstens eine Schutzgaseinlass (10) insbesondere eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden

und/oder übereinanderliegenden Schutzgasdüsen (14) aufweist.

8. Einrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsmittel wenigstens eine, bevorzugt mehrere Induktionsspulen (18) umfasst, und insbesondere die wenigstens eine Induktionsspule (18) beweg bar an einem Gestell (9) der Einrichtung (7) gehalten ist.

9. Einrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermittel einen insbeson dere an einem Gestell (9) der Einrichtung (7) gehaltenen Pul verbehälter (19) mit wenigstens einer unterseitigen, bevor zugt länglichen Pulverzufuhröffnung, und wenigstens eine, be vorzugt zwei an dem Pulverbehälter (19) unterseitig gehaltene Rollen (20) und/oder Rakeln zum Glattstreifen von aus dem Pulverbehälter (19) unterseitig herausgelassenen Pulver um fassen .

10. Vorrichtung zum additiven Herstellen von Bauteilen aus dem Pulverbett (1), umfassend

- einen Bauraum (3) , in dem insbesondere auf einer Ar- beitsplattform (4) ein Pulverbett (1) zum additiven Auf bau wenigstens eines Bauteils bereitgestellt werden kann oder bereitsteht, eine Energiestrahleinrichtung (5) , die ausgebildet ist, um wenigstens einen Energiestrahl (6), bevorzugt mehrere Energiestrahlen (6) zum selektiven Aufschmelzen und/oder Sintern eines in dem Bauraum (3) bereitgestellten Pul verbettes (1) bereitzustellen und den wenigstens einen Energiestrahl (6) über ein in dem Bauraum (3) bereitge stelltes Pulverbett (1) gemäß vorgegebener Bauteilgeo metrie zu verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin um fasst

- eine Einrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die oberhalb der bzw. des in dem Bauraum (3) der Vor richtung zur additiven Herstellung vorgesehenen Arbeits plattform (4) bzw. Pulverbettes (1) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (7) ein Gestell (9) umfasst, an dem die Schutzgasmittel und die Erwärmungs- und/oder Pulvermittel ge halten sind und das Gestell (9) relativ zu der Arbeitsplatt form (4) bzw. einem insbesondere darauf bereitgestellten Pul verbett (1) relativ verfahrbar gehalten ist.

12. Verfahren zum additiven Herstellen wenigstens eines Bau teils aus dem Pulverbett (1) unter Verwendung einer Vorrich tung nach Anspruch 10 oder 11, bei dem

- die die Schutzgasmittel und die Pulver- und/oder Erwär mungsmittel gemeinsam oberhalb der Arbeitsplattform (4) insbesondere linear verfahren werden und nacheinander mehrere Pulverlagen mittels der Pulvermittel als Pulver bett (1) bereitgestellt werden, wobei die Pulverlagen jeweils mit wenigstens einem Ener giestrahl (6) gemäß vorgegebener Bauteilgeometrie lokal aufgeschmolzen und/oder gesintert werden, - wobei mit den Schutzgasmitteln der Einrichtung (7) ober halb des Pulverbettes (1) ein bevorzugt laminarer

Schutzgasstrom (17) erzeugt wird, während mit dem we nigstens einem Energiestrahl (6) Pulver aufgeschmolzen und/oder gesintert wird,

- wobei mit den Erwärmungsmitteln eine zusätzliche Erwär mung eines aus dem Pulverbett (1) bereits gefertigten Bauteilabschnittes (8) und/oder der Arbeitsplattform (4) und/oder des Pulverbettes (1) erfolgt, während Pulver aufgeschmolzen und/oder gesintert wird,

- und insbesondere mit den Pulvermitteln Pulver aufgetra gen wird, während Pulver aufgeschmolzen und/oder gesin tert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12 zum additiven Herstellen we nigstens eines Bauteils aus dem Pulverbett (1) unter Verwen dung einer Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, die eine Einrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, bei dem

- mehrere nebeneinanderliegende Bauteile bzw. Bauteilab schnitte (8) aus dem Pulverbett (1) hergestellt werden,

- wobei mit wenigstens einem Energiestrahl (6) in einem ersten Bereich des Pulverbettes (1) Pulver aufgeschmol zen und/oder gesintert wird, während mit den Schutzgas mitteln eines Bearbeitungsbereiches (12, 13) der Ein richtung (7) oberhalb des ersten Pulverbettbereiches ein bevorzugt laminarer Schutzgasstrom (17) erzeugt wird,

- und mit den Erwärmungsmitteln dieses Bearbeitungsberei ches (12, 13) insbesondere gleichzeitig eine zusätzliche Erwärmung eines in dem ersten Pulverbettbereich bereits aus dem Pulverbett (1) gefertigten Bauteilabschnittes

(8) und/oder der Arbeitsplattform (4) unter dem ersten Pulverbettbereich und/oder des ersten Pulverbettberei ches erfolgt,

- und mit den Erwärmungsmitteln des zweiten Bearbeitungs- bereiches (12, 13) der Einrichtung (7) insbesondere gleichzeitig eine zusätzliche Erwärmung eines in einem zweiten Pulverbettbereich bereits aus dem Pulverbett (1) gefertigten Bauteilabschnittes (8) erfolgt, - und insbesondere gleichzeitig Pulver mit den Pulvermit teln aufgetragen wird.

14. Bauteil hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 12 oder 13.