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WO2021058279A1 - Trägeranordnung zur verwendung in einer anlage für selektives pulverschmelzen - Google Patents

Trägeranordnung zur verwendung in einer anlage für selektives pulverschmelzen Download PDF

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Publication number
WO2021058279A1
WO2021058279A1 PCT/EP2020/075133 EP2020075133W WO2021058279A1 WO 2021058279 A1 WO2021058279 A1 WO 2021058279A1 EP 2020075133 W EP2020075133 W EP 2020075133W WO 2021058279 A1 WO2021058279 A1 WO 2021058279A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
clamping
carrier arrangement
building
heating element
building board
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2020/075133
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guido Adam
Meinolf Tepper
Marc Timmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Realizer GmbH
Original Assignee
Realizer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Realizer GmbH filed Critical Realizer GmbH
Priority to EP20768592.6A priority Critical patent/EP4034326A1/de
Priority to JP2022518363A priority patent/JP7583033B2/ja
Priority to US17/762,283 priority patent/US20220347755A1/en
Priority to CN202080056985.3A priority patent/CN114222636A/zh
Publication of WO2021058279A1 publication Critical patent/WO2021058279A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • Carrier assembly for use in a plant for selective
  • the present invention relates to a carrier arrangement for use in a plant for the production of objects according to the method of selective powder melting by building up in layers from powdery material, comprising a building plate, which is intended to build the object to be produced on it, a base plate, which is a external component of the system is permanently assigned, a clamping system, which is provided to releasably connect and position the building board with the base plate at a clamping position in such a way that in a clamped state the building board is arranged above the base plate, and a heating system which comprises at least one heating element for emitting heat and is set up to heat the building board.
  • the object to be manufactured is built on a building board, which is successively lowered by means of a lifting device during continuous operation of the system in order to compensate for the increasing height of the object being built on the building board in such a way that the irradiation of subsequent layers is always can take place at essentially the same vertical height.
  • the lifting device acts as the “external component of the system” to which the base plate is permanently assigned. In this way, on the one hand, the irradiation process itself is simplified and, on the other hand, in particular the preparation of subsequent powder layers by means of a powder preparation device provided for this purpose.
  • the heating system in order to maintain or reduce component tolerances in the objects to be manufactured, it is advantageous to heat the building board by means of a heating system in order to reduce temperature differences between the melted component and the building board.
  • the heating system with its associated heating elements has been provided in the area of the base plate or a machine table arranged below it, as can be seen, for example, from FIG. 1, which schematically shows a generic carrier arrangement from the prior art.
  • the carrier system 10 from the prior art comprises, viewed from top to bottom in a vertical direction, first of all a building board 12 on which the object to be manufactured is built during operation of the system and on its underside with clamping spigots 14 is provided for clamping it. Said clamping spigots 14 are clamped with the aid of clamping devices 18 assigned to a base plate 16 during operation of the system, the clamping spigots 14 extending into corresponding recesses 20 in the base plate 16.
  • the clamping position is formed by the plane in which the actual engagement between the clamping devices 18 and the clamping spigot 14 takes place, whereby the term “plane” is of course not to be understood strictly geometrically, but rather should include the engagement in the vertical direction of the clamping system takes place over a certain height range.
  • heating elements 22 embedded in the machine table 24 carrying the base plate 16 are provided, which in the embodiment shown from the prior art can be, for example, flat ceramic heating elements that radiate heat in a known manner for heating the building plate 12.
  • the clamping devices are released and the building board 12 together with the object can be removed from the base plate 16 and out of the system for further processing thereof.
  • the generic carrier arrangement 10 known from the prior art has some disadvantages during operation.
  • the given geometry of the heating elements it is impossible to set a completely homogeneous temperature over the entire building board, since due to the arrangement of the heating elements only heating zones can be implemented which do not cover the entire building field.
  • the tensioning system through the use of the tensioning system, the distance between the building board itself and the heating system or the individual heating elements is relatively large, so that the heating power effectively acting on the building board is significantly reduced.
  • the object of the present invention to provide an improved generic carrier arrangement for use in a plant for the production of objects according to the method of selective powder melting by building up in layers from powdery material, which is characterized on the one hand by improved energy efficiency and on the other hand by one for the components the carrier arrangement is characterized by gentler heating operation.
  • the at least one heating element is arranged above the clamping position in the carrier arrangement according to the invention.
  • top and bottom are to be understood in such a way that the object to be manufactured with the system is built up from bottom to top and thus the building board, which ultimately carries the object to be manufactured, is the topmost component of the carrier arrangement is, while the base plate must always be arranged below it. Accordingly, the clamping position also relates in particular to the height direction and consequently describes the height position of the corresponding engagement.
  • the at least one heating element is arranged above the clamping position according to the invention, the distance between the component to be heated, namely the building board, and the at least one heating element is significantly reduced, so that on the one hand more efficient heating can take place and on the other hand the number and mass of the between the heating elements and the building board present components the carrier arrangement is reduced, which consequently do not have to be heated up and are therefore exposed to a reduced thermal load.
  • clamping system of the carrier arrangement which in an embodiment according to the invention can include clamping spigots that are assigned to the building board, as well as recesses in the base plate, in which, when the building board is clamped, the clamping spigots are clamped by means of corresponding clamping devices, which also belong to the clamping system are wherein the clamping position is formed by a clamping plane.
  • clamping spigots that are assigned to the building board, as well as recesses in the base plate, in which, when the building board is clamped, the clamping spigots are clamped by means of corresponding clamping devices, which also belong to the clamping system are wherein the clamping position is formed by a clamping plane.
  • plane is not to be understood strictly geometrically.
  • the at least one heating element can be arranged in particular in the area of the upper side of the base plate and can likewise have openings through which the clamping spigots extend in the clamped state of the building board.
  • the clamping spigots lie completely or at least to a large extent below the at least one heating element and are consequently heated to a significantly lesser extent by the heating power of the at least one heating element.
  • the thermal loads on the clamping system are reduced and the efficiency of the heating system is increased compared to the prior art discussed above.
  • the mentioned advantageous effect can be maximized in that, in the clamped state, the at least one heating element is arranged completely above the clamping devices of the clamping system assigned to the base plate.
  • the at least one heating element could also be integrated into the building board, in which case If so, an energy interface must also be provided, by means of which the at least one heating element can be connected to an energy source in the clamped state of the building board, which also forms part of the heating system.
  • the building board can be constructed from two superposed areas which can be connected to and detached from one another, the at least one heating element being integrated into the lower area.
  • the releasable connection of the two areas can be established by any suitable means, for example by screwing.
  • the at least one heating element can be formed by a heating wire, which is preferably laid in a loop or meander shape in one plane.
  • a flexible heating wire can be provided, which is adapted in a suitable shape to the component carrying it during its assembly, or a heating wire preformed according to a predetermined shape, which then only has to be assigned to the corresponding component in a finished shape.
  • a heating element formed by a heating wire can be operated by an electric current which is converted into heat in accordance with the ohmic resistance of the wire.
  • the at least one heating element can be surrounded at least in sections by a heat insulation element on at least one side. That way, the levy the heat is concentrated in the intended direction towards the building board to be heated.
  • known thermal insulation elements can be provided, such as ceramic tiles or other materials with the lowest possible thermal conductivity.
  • the present invention relates to a system for the production of objects according to the method of selective powder melting by building up in layers from powdery material, comprising a construction space which is set up to accommodate the item to be manufactured, a powder delivery device which is set up for this purpose To feed material powder into the construction space, a powder layer preparation unit which is set up to prepare successive layers of the fed material powder, an irradiation device which is set up to irradiate a powder layer prepared last and thus melt it locally, and a carrier arrangement according to the invention, which is arranged in a height-adjustable manner in the installation space.
  • FIG. 1 shows a generic carrier arrangement from the prior art in a schematic side sectional view
  • Figure 2 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows the embodiment from FIG. 2 in a schematic plan view
  • FIG. 4 shows a partial view of a second embodiment of a carrier arrangement according to the invention in a schematic side sectional view
  • FIG. 5 shows a system according to the invention for selective powder melting, comprising the embodiment from FIG. 2, in a schematic side sectional view.
  • This carrier arrangement is designated quite generally with the reference numeral 110 and also comprises a building board 112 which, during operation in a system provided with the carrier arrangement shown, is provided to build the object to be manufactured thereon.
  • building panels usually consist of a suitable metal, which enables the lowermost layer of selectively melted powder to adhere to it and ensures good dissipation of the heat generated when the powder melts. After the completion of the manufacturing process, the object produced in this way is then finally separated from the building board, so that it can be used again, if necessary after a suitable preparation.
  • the building board 112 On its underside, the building board 112 has clamping spigots 114 in a manner similar to the carrier arrangement described in FIG. 1 from the prior art, which lie in recesses 120 of a base plate 116 and are clamped there by corresponding clamping devices 118
  • the clamping spigots 114 and the clamping device 118 together form the clamping system in the sense of the present application and the clamping position is formed by the area in which the clamping devices 118 and the clamping spigots 114 are actually in contact. In the embodiment shown, this clamping position is formed by a plane in the broad sense of the present application.
  • a heating wire 122 is embedded, which forms the heating element in the embodiment of a support arrangement 110 according to the invention shown in FIG.
  • the heating wire 122 is guided in a meandering manner over the entire upper side of the base plate 116, it being guided only around the recesses 120 in a suitable manner with the formation of corresponding openings.
  • the surface coverage that can be achieved with the heating wire 122 or the proportion of the entire top view area of the base plate 116 that is covered with the heating wire 122 is significantly larger than the area that the carrier arrangement 10 shown with the heating elements 22 in FIG can be achieved from the prior art. Furthermore, the heating wire 122 is positioned much closer to the base plate 112 to be heated, compared to the heating elements 22 from FIG.
  • an energy interface 224 can be provided which, in the clamped state of the exchangeable building board 212 also shown in FIG. 4, has to enter into a plug-in connection with a counter-element, not shown, so that energy can be supplied to the heating wire 222.
  • the heating wire 222 is integrated directly into the building plate 212 in its lower region 212a, so that the heating wire 222 can be guided over the entire horizontal surface of the building plate 212 completely free of obstructions.
  • the clamping spigots 214 arranged completely below the heating wire 222.
  • the clamping spigots 214 mentioned are again clamped in a base plate (not shown in FIG. 4), which differs from the previously described base plates only in that it does not itself include any heating elements.
  • the heating wire 222 is now provided in the building plate 212 itself, which, as mentioned above, is separated from it in a process step downstream of the construction of the object to be manufactured must become.
  • the building board 212 itself is again constructed in two parts and, in addition to the lower area 212a, also comprises an upper area 212b, the two areas 212a and 212b being detachably connected to one another by suitable means, for example by one shown in FIG 4 indicated screw connection 212c.
  • the upper region 212b can serve as a sacrificial component that can be replaced after the end of the manufacturing process of the corresponding article.
  • a base plate equipped with a heating element could also serve as a sacrificial component and thus be made in one piece, but this would lead to increased costs in the operation of the system, since the base plate equipped with the heating element and therefore significantly more expensive would have to be replaced after a single use.
  • FIG. 5 shows a system according to the invention for producing objects by the method of selective powder melting by building up the powdery material in layers, which is generally designated by the reference numeral 100 and in which the embodiment of a carrier arrangement 110 according to the invention from FIG. 2 is used.
  • a new description of the carrier arrangement 110 is dispensed with; it should only be pointed out that the displacement of the carrier arrangement 110 in the vertical direction, as indicated by the arrow V in FIG , which is only shown very schematically in FIG.
  • the system 100 comprises a construction space 132 in which the object G to be produced, which is built on the construction panel 112, is provided.
  • This object G is built up in layers from a powder P by selective melting and allowing it to solidify, with each layer of the powder P being fed into the construction space 132 by a powder delivery unit (not shown) after the melting and solidification of each layer of the object G to form a layer of the object G and there from a powder layer preparation unit 134 is appropriately prepared.
  • a protective gas system is also provided, which is indicated in FIG. 5 only by a protective gas inlet 136a and a protective gas outlet 136b.
  • the system 100 includes an irradiation device 138, which includes a laser and optical components and is controlled by a control device (not shown) in such a way that the focused laser beam is the
  • Irradiation device 138 scans the prepared powder P when producing each layer of the object G in such a way that the corresponding layer of the object G is formed in the desired manner.
  • an infrared heater can also be provided which heats the powder P from above and, to a certain extent, heats the building board 112 from above at the start of the manufacturing process.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trägeranordnung (110) zur Verwendung in einer Anlage (100) zur Herstellung von Gegenständen (G) nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigen Werkstoff (P), umfassend eine Bauplatte (112), welche dazu vorgesehen ist, den herzustellenden Gegenstand (G) auf ihr aufzubauen, eine Grundplatte (116), welche einer externen Komponente (130) der Anlage (100) fest zugeordnet ist, ein Spannsystem (114, 118), welches dazu vorgesehen ist, die Bauplatte (112) lösbar derart mit der Grundplatte (116) zu verbinden und zu positionieren, dass in einem eingespannten Zustand die Bauplatte (112) oberhalb der Grundplatte (116) angeordnet ist, und ein Heizsystem (122), welches wenigstens ein Heizelement (122) zur Abgabe von Wärme umfasst und dazu eingerichtet ist, die Bauplatte (112) zu beheizen, Hierbei ist erfindungsgemäß das wenigstens eine Heizelement (122) oberhalb der Grundplatte (116) angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage (100) zur Herstellung von Gegenständen (G) nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigen Werkstoff (P), umfassend eine derartige Trägeranordnung.

Description

Trägeranordnung zur Verwendung in einer Anlage für selektives
Pulverschmelzen
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trägeranordnung zur Verwendung in einer Anlage zur Herstellung von Gegenständen nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem Werkstoff, umfassend eine Bauplatte, welche dazu vorgesehen ist, den herzustellenden Gegenstand auf ihr aufzubauen, eine Grundplatte, welche einer externen Komponente der Anlage fest zugeordnet ist, ein Spannsystem, welches dazu vorgesehen ist, die Bauplatte lösbar derart mit der Grundplatte an einer Einspannposition zu verbinden und zu positionieren, dass in einem eingespannten Zustand die Bauplatte oberhalb der Grundplatte angeordnet ist, und ein Heizsystem, welches wenigstens ein Heizelement zur Abgabe von Wärme umfasst und dazu eingerichtet ist, die Bauplatte zu beheizen.
Es ist bekannt, mit dem Verfahren des selektiven Pulverschmelzens mit Hilfe einer Laserlichtquelle Formkörper, wie etwa Maschinenteile, Werkzeuge, Prothesen, Schmuckstücke usw. gemäß Geometriebeschreibungsdaten der entsprechenden Formkörper durch schichtweises Aufbauen aus metallischem oder keramischen Werkstoffpulver herzustellen, wobei in einem derartigen Herstellungsprozess nacheinander mehrere Pulverschichten übereinander aufgebracht werden und jede Pulverschicht vor dem Aufbringen der nächstfolgenden Pulverschicht mit einem fokussierten Laserstrahl in einem vorgegebenen Bereich, der einem ausgewählten Querschnittsbereich des Modells des Formkörpers entspricht, erhitzt wird, so dass das Werkstoffpulver in den bestrahlten Bereichen zu zusammenhängend verfestigten Abschnitten umgeschmolzen wird. Zum Stand der Technik betreffend dieses Gebiet sei beispielweise auf die DE 199 05067 A1 , die DE 101 12591 A1 , die WO 98/24574 A, die DE 102009038 165 A1 , die DE 102012221 641 A1 , die EP 2052845 A2, die DE 102005 014483 A1 und die WO 2017/084781 A1 verwiesen.
In Anlagen zum Durchführen eines derartigen Verfahrens wird der herzustellende Gegenstand auf einer Bauplatte aufgebaut, die mittels einer Hubeinrichtung im fortlaufenden Betrieb der Anlage sukzessive abgesenkt wird, um die zunehmende Höhe des auf der Bauplatte im Aufbau befindlichen Gegenstands derart auszugleichen, dass die Bestrahlung nachfolgender Schichten stets im Wesentlichen in der selben vertikalen Höhe stattfinden kann. Hierbei wirkt die Hubeinrichtung im Kontext der vorliegenden Erfindung als die „externe Komponente der Anlage“, welcher die Grundplatte fest zugeordnet ist. Auf diese Weise wird einerseits der Bestrahlungsvorgang selbst vereinfacht und andererseits insbesondere die Präparierung nachfolgender Pulverschichten mittels einer hierzu vorgesehenen Pulverpräparierungsvorrichtung.
Es hat sich gezeigt, dass es zur Einhaltung bzw. Verringerung von Bauteiltoleranzen in den herzustellenden Gegenständen vorteilhaft ist, die Bauplatte mittels eines Heizsystems zu beheizen, um Temperaturdifferenzen zwischen dem aufgeschmolzenen Bauteil und der Bauplatte zu reduzieren. In bisher bekannten Anlagen ist das Heizsystem mit seinen zugehörigen Heizelementen im Bereich der Grundplatte bzw. eines darunter angeordneten Maschinentischs vorgesehen worden, wie beispielsweise aus der Figur 1 zu entnehmen ist, die eine gattungsgemäße Trägeranordnung aus dem Stand der Technik schematisch darstellt.
Hierbei umfasst das Trägersystem 10 aus dem Stand der Technik von oben nach unten in einer vertikalen Richtung betrachtet zunächst einmal eine Bauplatte 12, auf welcher in einem Betrieb der Anlage der herzustellende Gegenstand aufgebaut wird und die an ihrer Unterseite mit Spannzapfen 14 zum Einspannen davon versehen ist. Die genannten Spannzapfen 14 werden mit Hilfe von einer Grundplatte 16 zugeordneten Spannvorrichtungen 18 im Betrieb der Anlage eingespannt, wobei die Spannzapfen 14 in entsprechende Aussparungen 20 in der Grundplatte 16 hineinreichen.
Hierbei ist die Einspannposition durch die Ebene gebildet, in welcher der tatsächliche Eingriff zwischen den Spannvorrichtungen 18 und den Spannzapfen 14 stattfindet, wobei der Begriff der „Ebene“ selbstverständlich nicht streng geometrisch zu verstehen ist, sondern umfassen soll, dass der Eingriff in Höhenrichtung des Spannsystems über einen bestimmten Höhenbereich stattfindet.
Unterhalb der Grundplatte 16 sind nun in dem die Grundplatte 16 tragenden Maschinentisch 24 eingebettete Heizelemente 22 vorgesehen, die in der gezeigten Ausführungsform aus dem Stand der Technik beispielsweise flächige keramische Heizelemente sein können, die in bekannter Weise Wärme zum Beheizen der Bauplatte 12 abstrahlen. Nach einem Abschluss des Herstellungsvorgangs des Gegenstands auf der Bauplatte 12 werden die Spannvorrichtungen gelöst und die Bauplatte 12 kann samt des Gegenstands für eine weitere Bearbeitung davon aus von der Grundplatte 16 und aus der Anlage heraus entnommen werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die aus dem Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Trägeranordnung 10 im Betrieb einige Nachteile aufweist. So ist einerseits aufgrund der vorgegebenen Geometrie der Heizelemente ein Einstellen einer vollständig homogenen Temperatur über die gesamte Bauplatte hinweg unmöglich, da bedingt durch die Anordnung der Heizelemente lediglich Heizzonen realisiert werden können, welche nicht das gesamte Baufeld abdecken. Weiterhin ist durch den Einsatz des Spannsystems der Abstand zwischen der Bauplatte selbst und dem Heizsystem bzw. der einzelnen Heizelemente relativ groß, so dass die effektiv auf die Bauplatte wirkende Heizleistung signifikant reduziert wird. Da ferner das Spannsystem als zwischen dem Heizsystem und der Bauplatte vorgesehene Komponente selbst auch der Heizleistung des Heizsystems ausgesetzt ist, entsteht zusätzlich zu eine inhomogenen Wärmeübertragung zu der Bauplatte aufgrund der zwangsläufigen Aufnahme von Wärme durch das Spannsystem hierin auch eine erhebliche thermische Belastung, die sowohl die Lebensdauer als auch die Präzision der Anlage beeinträchtigt.
Es ist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte gattungsgemäße Trägeranordnung zur Verwendung in einer Anlage zur Herstellung von Gegenständen nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem Werkstoff bereitzustellen, welche sich einerseits durch eine verbesserte Energieeffizienz und andererseits durch einen für die Komponenten der Trägeranordnung schonenderen Heizbetrieb auszeichnet. Zu diesem Zweck und zur Lösung dieser Aufgabe ist in der erfindungsgemäßen Trägeranordnung das wenigstens eine Heizelement oberhalb der Einspannposition angeordnet.
Es versteht sich hierbei, dass die Begriffe „oben“ und „unten“ derart zu verstehen sind, dass der mit der Anlage herzustellende Gegenstand von unten nach oben aufgebaut wird und somit die Bauplatte, die letztlich den herzustellenden Gegenstand trägt, die oberste Komponente der Trägeranordnung ist, während die Grundplatte stets unterhalb davon angeordnet sein muss. Dementsprechend bezieht sich die Einspannposition auch insbesondere auf die Höhenrichtung und beschreibt demzufolge die Höhenposition des entsprechenden Eingriffs.
Indem somit erfindungsgemäß das wenigstens eine Heizelement oberhalb der Einspannposition angeordnet ist, wird der Abstand zwischen dem zu beheizenden Bauteil, nämlich der Bauplatte, und dem wenigstens einen Heizelement deutlich reduziert, so dass einerseits eine effizientere Beheizung stattfinden kann und andererseits die Zahl und Masse der zwischen den Heizelementen und der Bauplatte vorliegenden Komponenten der Trägeranordnung reduziert wird, die demzufolge nicht mit aufgeheizt werden müssen und daher einer verringerten thermischen Belastung ausgesetzt sind.
Dies gilt insbesondere für das Spannsystem der Trägeranordnung, welches in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform Spannzapfen, welche der Bauplatte zugeordnet sind, sowie Aussparungen in der Grundplatte umfassen kann, in welchen in eingespanntem Zustand der Bauplatte die Spannzapfen mittels entsprechender Spannvorrichtungen eingespannt sind, welche ebenfalls dem Spannsystem zugehörig sind wobei die Einspannposition durch eine Einspannebene gebildet ist. Hierbei ist erneut der Begriff der „Ebene“ nicht streng geometrisch zu verstehen.
Hierbei kann das wenigstens eine Heizelement insbesondere im Bereich der Oberseite der Grundplatte angeordnet sein und ebenfalls Durchbrechungen aufweisen, durch welche hindurch in eingespanntem Zustand der Bauplatte die Spannzapfen hindurchreichen. Auf diese Weise wird erreicht, dass in dem angesprochenen eingespannten Zustand der Spannzapfen diese vollständig oder wenigstens zu einem großen Teil unterhalb des wenigstens einen Heizelements liegen und demzufolge zu einem wesentlich geringeren Teil durch die Heizleistung des wenigstens einen Heizelements aufgeheizt werden. Demzufolge sind in einer derartigen Ausführungsform die thermischen Belastungen des Spannsystems verringert und die Effizienz des Heizsystems ist gegenüber dem oben diskutierten Stand der Technik erhöht.
Der angesprochene vorteilhafte Effekt kann dadurch maximiert werden, dass in eingespanntem Zustand das wenigstens eine Heizelement vollständig oberhalb der der Grundplatte zugeordneten Spannvorrichtungen des Spannsystems angeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsform könnte das wenigstens eine Heizelement jedoch auch in die Bauplatte integriert sein, wobei in diesem Fall dann ferner eine Energieschnittstelle vorgesehen sein muss, mittels welcher das wenigstens eine Heizelement in eingespanntem Zustand der Bauplatte mit einer Energiequelle verbindbar ist, welche ebenfalls einen Teil des Heizsystems bildet. Insbesondere kann die Bauplatte aus zwei übereinanderliegenden Bereichen aufgebaut sein, welche miteinander verbindbar und voneinander lösbar sind, wobei das wenigstens eine Heizelement in den unteren Bereich integriert ist. Somit dient nur der von dem unteren Bereich lösbare obere Bereich der Bauplatte direkt als Träger für den herzustellenden Gegenstand und kann nach Abschluss des Herstellungsvorgangs von dem unteren Bereich abmontiert und ersetzt werden. Hierbei kann die lösbare Verbindung der beiden Bereiche durch beliebige geeignete Mittel hergestellt werden, beispielsweise durch eine Verschraubung.
In beiden der oben genannten Ausführungsformen kann das wenigstens eine Heizelement durch einen Heizdraht gebildet sein, welcher vorzugsweise in einer Schleifen- oder Mäanderform in einer Ebene verlegt ist. Hierbei kann sowohl ein flexibler Heizdraht vorgesehen werden, welcher in einer geeigneten Form an die ihn tragende Komponente bei seiner Montage angepasst wird oder ein gemäß einer vorgegebenen Form vorgeformter Heizdraht, welcher der entsprechenden Komponente dann lediglich in fertig geformter Form zugeordnet werden muss. In üblicher bekannter Weise kann ein durch einen Heizdraht gebildetes Heizelement durch einen elektrischen Strom betrieben werden, der entsprechend dem ohmschen Widerstand des Drahts in Wärme umgesetzt wird.
Um die Effizienz des Heizsystems der erfindungsgemäßen Trägeranordnung weiter zu erhöhen und ferner einen weiter verbesserten Schutz von Komponenten der Trägeranordnung vor unerwünschter thermischer Belastung erreichen zu können, kann das wenigstens eine Heizelement an wenigstens einer Seite wenigstens abschnittsweise von einem Wärmeisolationselement umgeben sein. Auf diese Weise wird die Abgabe der Wärme in die dafür vorgesehene Richtung zu der zu beheizenden Bauplatte hin konzentriert. Hierbei können an sich bekannte Wärmeisolationselemente vorgesehen sein, wie beispielsweise Keramikkacheln oder andere Materialien mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Fierstellung von Gegenständen nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem Werkstoff, umfassend einen Bauraum, welcher dazu eingerichtet ist, den herzustellenden Gegenstand aufzunehmen, eine Pulver-Liefereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, Werkstoffpulver in den Bauraum zuzuführen, eine Pulverschicht-Präparationseinheit, welche dazu eingerichtet ist, aufeinanderfolgende Schichten des zugeführten Werkstoffpulvers zu präparieren, eine Bestrahlungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine zuletzt präparierte Pulverschicht zu bestrahlen und damit lokal aufzuschmelzen, und eine erfindungsgemäße Trägeranordnung, welche in einer höhenverstellbaren Weise in dem Bauraum angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen noch deutlicher, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren betrachtet wird. Diese zeigen im Einzelnen:
Figur 1 eine gattungsgemäße Trägeranordnung aus dem Stand der Technik in schematischer Seiten-Schnittansicht;
Figur 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Trägeranordnung in einer schematischen Seiten-Schnittansicht;
Figur 3 die Ausführungsform aus Figur 2 in einer schematischen Draufsicht; Figur 4 eine teilweise Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trägeranordnung in einer schematischen Seiten-Schnittansicht; und
Figur 5 eine erfindungsgemäße Anlage für selektives Pulverschmelzen, umfassend die Ausführungsform aus Figur 2, in einer schematischen Seiten-Schnittansicht.
Unter Bezugnahme auf die oben bereits beschriebene Figur 1, die eine gattungsgemäße Trägeranordnung zur Verwendung in einer Anlage zur Fierstellung von Gegenständen nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens aus dem Stand der Technik zeigt, sei nun die in Figur 2 in einer ähnlichen Ansicht gezeigte erfindungsgemäße Trägeranordnung beschrieben.
Diese Trägeranordnung ist ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet und umfasst ebenfalls eine Bauplatte 112, welche im Betrieb in einer mit der gezeigten Trägeranordnung versehenen Anlage dazu vorgesehen ist, den herzustellenden Gegenstand darauf aufzubauen. Üblicherweise bestehen derartige Bauplatten aus einem geeigneten Metall, welches ein Anhaften der untersten Schicht von selektiv aufgeschmolzenem Pulver daran ermöglicht und eine gute Ableitung der beim Schmelzen des Pulvers entstehenden Wärme gewährleistet. Nach dem Abschluss des Fierstellungsverfahrens wird der derart hergestellte Gegenstand dann schließlich von der Bauplatte abgetrennt, so dass diese ggf. nach einer geeigneten Präparierung erneut verwendet werden kann.
An ihrer Unterseite weist die Bauplatte 112 in ähnlicherWeise wie die in Figur 1 beschriebene Trägeranordnung aus dem Stand der Technik Spannzapfen 114 auf, welche in Aussparungen 120 einer Grundplatte 116 einliegen und dort von entsprechenden Spannvorrichtungen 118 eingespannt sind, wobei die Spannzapfen 114 und die Spannvorrichtung 118 gemeinsam das Spannsystem im Sinne der vorliegenden Anmeldung bilden und die Einspannposition durch den Bereich gebildet, in welchem die Spannvorrichtungen 118 und die Spannzapfen 114 tatsächlich in Kontakt stehen. Diese Einspannposition ist in der gezeigten Ausführungsform durch eine Ebene im breiten Sinne der vorliegenden Anmeldung gebildet.
Im obersten Bereich 116a der Grundplatte 116, d.h. in der durch die Aussparungen 120 durchbrochene Fläche direkt unterhalb der Bauplatte 112, ist ein Heizdraht 122 eingelassen, welcher in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trägeranordnung 110 das Heizelement bildet. Wie sich ferner aus der in Figur 3 dargestellten schematischen Draufsicht erkennen lässt, ist der Heizdraht 122 in einer mäandernden Weise über die gesamte Oberseite der Grundplatte 116 geführt, wobei er lediglich um die Aussparungen 120 in einer geeigneten Weise unter Bildung entsprechender Durchbrechungen herumgeführt ist.
Trotz dieser vorgesehenen Aussparungen 120 ist die mit dem Heizdraht 122 erreichbare Flächenabdeckung bzw. der Anteil der gesamten Draufsichtsfläche der Grundplatte 116, die mit dem Heizdraht 122 abgedeckt ist, wesentlich größer als die Fläche, die mit den Heizelementen 22 in der Figur 1 dargestellten Trägeranordnung 10 aus dem Stand der Technik erzielt werden kann. Ferner ist der Heizdraht 122 wesentlich näher an der zu heizenden Grundplatte 112 positioniert, verglichen mit den Heizelementen 22 aus Figur 1 , so dass einerseits wesentlich verringerte Wärmeverluste beim Transport der Wärme von dem Heizelement 122 zu der zu beheizenden Bauplatte 112 auftreten und somit die Effizienz der Heizvorrichtung 122 verbessert ist, und andererseits wesentlich weniger Wärme in weitere Komponenten der Trägeranordnung 110 abgegeben wird, beispielsweise in die Spannzapfen 114 und die Spannvorrichtungen 118, so dass diese Bauteile einer wesentlich verringerten thermischen Belastung ausgesetzt sind. Während die Versorgung des Heizdrahts 122 in den Figuren 2 und 3 problemlos von unten her durch geeignet verlegte elektrische Leitungen aus dem Bereich der Grundplatte 116 und ihrem nicht dargestellten Maschinentisch bewerkstelligt werden kann, so muss in der in Figur 4 lediglich teilweise dargestellten zweiten Ausführungsform 210 einer erfindungsgemäßen Trägeranordnung eine Energieschnittstelle 224 vorgesehen werden, welche in eingespanntem Zustand der in Figur 4 ebenfalls dargestellten austauschbaren Bauplatte 212 eine Steckverbindung mit einem nicht dargestellten Gegenelement eingehen muss, damit Energie zu dem Heizdraht 222 geliefert werden kann.
In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform ist nämlich der Heizdraht 222 direkt in die Bauplatte 212 in ihrem unteren Bereich 212a integriert, so dass der Heizdraht 222 völlig frei von Behinderungen über die gesamte horizontale Fläche der Bauplatte 212 geführt sein kann. Insbesondere besteht hierbei keine Beeinflussung durch die vollständig unterhalb des Heizdrahts 222 angeordneten Spannzapfen 214. Die genannten Spannzapfen 214 sind in einem Betriebszustand der Trägeranordnung 210 erneut in einer in Figur 4 nicht gezeigten Grundplatte eingespannt, welche sich von den bisher beschriebenen Grundplatten lediglich dahingehend unterscheidet, dass sie selbst keine Heizelemente umfasst.
Der einzige Nachteil der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform neben dem notwendigen Vorsehen der Energieschnittstelle 224 besteht darin, dass der Heizdraht 222 nunmehr in der Bauplatte 212 selbst vorgesehen ist, die, wie oben angesprochen, in einem dem Aufbau des herzustellenden Gegenstands nachgelagerten Verfahrensschritt von diesem abgetrennt werden muss. Hierzu ist die Bauplatte 212 jedoch selbst wieder zweiteilig aufgebaut und umfasst neben dem unteren Bereich 212a noch einen oberen Bereich 212b, wobei die beiden Bereiche 212a und 212b durch geeignete Mittel lösbar miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine in Figur 4 angedeutete Verschraubung 212c. Somit kann der obere Bereich 212b als Opferkomponente dienen, die nach dem Beenden des Herstellungsprozesses des entsprechenden Gegenstands ersetzt werden kann.
In einer Variante der Ausführungsform aus Figur 4 könnte auch eine mit einem Heizelement ausgestattete Grundplatte insgesamt als Opferkomponente dienen und somit einteilig ausgebildet sein, dies würde jedoch zu erhöhten Kosten im Betrieb der Anlage führen, da somit die mit dem Heizelement ausgestattete und daher deutlich teurere Grundplatte nach einmaligem Gebrauch ersetzt werden müsste.
Zuletzt zeigt die Figur 5 eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Gegenständen nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen des pulverförmigen Werkstoffs, die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet ist und in der die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trägeranordnung 110 aus Figur 2 zum Einsatz kommt. Unter Verweis dieser Figur 2 sei auf eine erneute Beschreibung der Trägeranordnung 110 verzichtet, es sei lediglich darauf hingewiesen, dass die ebenfalls bereits oben angesprochene Verlagerung der Trägeranordnung 110 in vertikaler Richtung wie durch den Pfeil V in Figur 5 angedeutet, durch einen entsprechenden Maschinentisch 130 erfolgt, der lediglich ganz schematisch in Figur 5 dargestellt ist.
Weiterhin umfasst die Anlage 100 einen Bauraum 132, in welchem der herzustellende Gegenstand G, der auf der Bauplatte 112 aufgebaut wird, vorgesehen ist. dieser Gegenstand G wird schichtweise aus einem Pulver P durch selektives Aufschmelzen und Erstarren lassen davon aufgebaut, wobei nach dem Aufschmelzen und Erstarren jeder Schicht des Pulvers P zum Bilden einer Schicht des Gegenstands G von einer nicht dargestellten Pulver- Liefereinheit neues Pulver in den Bauraum 132 eingegeben und dort von einer Pulverschicht-Präparierungseinheit 134 in geeigneterWeise präpariert wird.
Um eine Oxidation des Pulvers P während des Herstellens des Gegenstands G zu verhindern, ist ferner ein Schutzgassystem vorgesehen, welches in Figur 5 lediglich durch einen Schutzgaseinlass 136a und einen Schutzgasauslass 136b angedeutet ist. Zuletzt umfasst die Anlage 100 eine Bestrahlungseinrichtung 138, welche einen Laser und Optikkomponenten umfasst und von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung derart angesteuert wird, dass der fokussierte Laserstrahl der
Bestrahlungseinrichtung 138 das präparierte Pulver P beim Herstellen jeder Schicht des Gegenstands G derart abfährt, dass die entsprechende Schicht des Gegenstands G in der gewünschten Weise gebildet wird. Nicht in Figur 5 dargestellt, jedoch optional in einer derartigen Anlage einsetzbar, kann ferner eine Infrarotheizung vorgesehen sein, welche von oben her das Pulver P und zu Beginn der Herstellungsprozesses in einem gewissen Maße die Bauplatte 112 von oben her erwärmt.

Claims

Ansprüche
1. Trägeranordnung (110; 210) zur Verwendung in einer Anlage (100) zur Herstellung von Gegenständen (G) nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigen Werkstoff (P), umfassend:
- eine Bauplatte (112; 212), welche dazu vorgesehen ist, den herzustellenden Gegenstand (G) auf ihr aufzubauen;
- eine Grundplatte (116), welche einer externen Komponente (130) der Anlage (100) fest zugeordnet ist;
- ein Spannsystem (114, 118; 214), welches dazu vorgesehen ist, die Bauplatte (112; 212) lösbar derart mit der Grundplatte (116) an einer Einspannposition zu verbinden und zu positionieren, dass in einem eingespannten Zustand die Bauplatte (112; 212) oberhalb der Grundplatte (116) angeordnet ist; und
- ein Heizsystem (122; 222, 224), welches wenigstens ein Heizelement (122; 222) zur Abgabe von Wärme umfasst und dazu eingerichtet ist, die Bauplatte (112; 212) zu beheizen; dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (122; 222) oberhalb der Einspannposition angeordnet ist.
2. Trägeranordnung (110; 210) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannsystem (114, 118; 214) Spannzapfen (114; 214), welche der Bauplatte (112; 212) zugeordnet sind, sowie Aussparungen (120) in der Grundplatte (116) umfasst, in welchen in eingespanntem Zustand der Bauplatte (112; 212) die Spannzapfen (114; 214) mittels entsprechender Spannvorrichtungen (118) eingespannt sind, wobei die Einspannposition durch eine Einspannebene gebildet ist.
3. Trägeranordnung (110) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (122) im Bereich der Oberseite (116a) der Grundplatte (116) angeordnet ist und Durchbrechungen aufweist, durch welche hindurch in eingespanntem Zustand der Bauplatte (112; 212) die Spannzapfen (114; 214) hindurchreichen.
4. Trägeranordnung (110; 210) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in eingespanntem Zustand das wenigstens eine Heizelement (122; 222) vollständig oberhalb der Spannvorrichtungen (118) angeordnet ist.
5. Trägeranordnung (210) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (222) in die Bauplatte (212) integriert ist, wobei ferner eine Energieschnittstelle (224) vorgesehen ist, mittels welcher das wenigstens eine Heizelement (222) in eingespanntem Zustand der Bauplatte (212) mit einer Energiequelle verbindbar ist.
6. Trägeranordnung (210) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplatte (212) aus zwei übereinanderliegenden Bereichen (212a, 212b) aufgebaut ist, welche miteinander verbindbar und voneinander lösbar sind, wobei das wenigstens eine Heizelement (222) in den unteren Bereich (212a) integriert ist.
7. Trägeranordnung (110; 210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (122; 222) durch einen Heizdraht (122; 222) gebildet ist, welcher vorzugsweise in einer Schleifen- oder Mäanderform in einer Ebene verlegt ist.
8. Trägeranordnung (110; 210) nach einem der vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (122; 222) an wenigstens einer Seite wenigstens abschnittsweise von einem Wärmeisolationselement umgeben ist.
9. Anlage (100) zur Herstellung von Gegenständen (G) nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigen Werkstoff (P), umfassend: - einen Bauraum (132), welcher dazu eingerichtet ist, den herzustellenden Gegenstand (G) aufzunehmen;
- eine Pulver-Liefereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, Werkstoffpulver (P) in den Bauraum (132) zuzuführen;
- eine Pulverschicht-Präparierungseinheit (134), welche dazu eingerichtet ist, aufeinanderfolgende Schichten des zugeführten
Werkstoffpulvers (P) zu präparieren;
- eine Bestrahlungseinrichtung (138), welche dazu eingerichtet ist, eine zuletzt präparierte Pulverschicht zu bestrahlen und dadurch lokal aufzuschmelzen; und - eine Trägeranordnung (110) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, welche in einer höhenverstellbaren Weise in dem Bauraum (132) angeordnet ist.
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