DE102017216654A1 - Aligning and fixing a workpiece for further processing by means of an additive manufacturing process - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks (2, 2a, 2b), das einen ebenen Außenflächenabschnitt (6, 6a, 6b) aufweist, für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks (2, 2a, 2b) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere selektiven Laserschmelzens (SLM), das ein mit einem Gehäuse (3) zum Aufnehmen des Werkstücks (2, 2a, 2b), das eine Grundplatte (4), die eine nach oben weisende ebene Aufstellfläche (5) zum Ausrichten des Werkstücks (2, 2a, 2b) aufweist, eine Umfangswandung (7), die mit der Grundplatte (4) verbunden ist und von deren Rand nach oben vorsteht, und eine Deckplatte (11), die eine ebene Oberseite (129 aufweist und von oben in die Umfangswandung (7) einsetzbar oder auf die Umfangswandung (7) aufsetzbar ist, umfasst, wobei die Deckplatte (11) eine Mehrzahl von Verkrallungselementen (14) aufweist, die von einer Unterseite (13) der Deckplatte (11) nach unten abragen.

Figure DE102017216654A1_0000
The invention relates to a device (1) for aligning and fixing a workpiece (2, 2a, 2b) having a flat outer surface section (6, 6a, 6b) for further processing of the workpiece (2, 2a, 2b) by means of an additive Method of production, in particular selective laser melting (SLM), comprising a housing (3) for receiving the workpiece (2, 2a, 2b), a base plate (4), an upwardly facing planar mounting surface (5) for aligning the workpiece (2, 2a, 2b), a peripheral wall (7) which is connected to the base plate (4) and protrudes from the edge upwards, and a cover plate (11) having a flat top (129 and from above in the peripheral wall (7) is insertable or can be placed on the peripheral wall (7), wherein the cover plate (11) has a plurality of Verkrallungselementen (14) projecting from a bottom (13) of the cover plate (11) downwards.
Figure DE102017216654A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks, das einen ebenen Außenflächenabschnitt aufweist, für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere selektiven Laserschmelzens (SLM), mit einem Gehäuse zum Aufnehmen des Werkstücks, das eine Grundplatte, die an ihrer Oberseite eine ebene Aufstellfläche für das Werkstück aufweist, und eine Umfangswandung, die mit der Grundplatte verbunden ist und von deren Rand nach oben vorsteht, aufweist, und mit einer Deckplatte, die auf das Gehäuse aufsetzbar ist, um dessen offene Oberseite zumindest teilweise zu verschließen, umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere selektiven Laserschmelzens (SLM).The invention relates to a device for aligning and fixing a workpiece, which has a flat outer surface portion, for further processing of the workpiece by means of an additive manufacturing process, in particular selective laser melting (SLM), with a housing for receiving the workpiece, which has a base plate attached to its Top has a planar footprint for the workpiece, and a peripheral wall which is connected to the base plate and protrudes from the edge thereof upwards, and with a cover plate which is placed on the housing to close at least partially the open top, includes. Furthermore, the invention relates to a method for aligning and fixing a workpiece for further processing of the workpiece by means of an additive manufacturing method, in particular selective laser melting (SLM).

Abhängig von der Geometrie eines zu fertigenden Werkstücks kann es verfahrenstechnisch und/oder wirtschaftlich von Vorteil sein, das Werkstück abschnittsweise mittels unterschiedlicher Herstellungsverfahren zu fertigen. Entsprechend sind so genannte hybride Herstellungsverfahren im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise kann ein Werkstück, das mittels Fräsens vorgefertigt ist, mittels eines additiven Herstellungsverfahrens wie beispielsweise selektiven Laserschmelzens (Selective Laser Melting, SLM) weiterbearbeitet werden. Das auf diese Weise gefertigte hybride Produkt weist demnach einen nicht-additiv gefertigten Abschnitt und einen additiv gefertigten Abschnitt auf.Depending on the geometry of a workpiece to be produced, it may be advantageous from a process engineering and / or economic point of view to produce the workpiece in sections by means of different production methods. Accordingly, so-called hybrid production methods are known in the prior art in different embodiments. For example, a workpiece which is prefabricated by means of milling can be further processed by means of an additive manufacturing method such as Selective Laser Melting (SLM). The hybrid product manufactured in this way accordingly has a non-additive manufactured section and an additively manufactured section.

Mittels selektiven Laserschmelzens wird ein Werkstück üblicherweise derart gefertigt, dass nacheinander eine Vielzahl dünner Schichten eines pulverförmigen Materials auf eine ebene Aufstellfläche einer Substratplatte einer SLM-Vorrichtung bzw. auf einen zu der Aufstellfläche parallelen ebenen Außenflächenabschnitt eines bereits teilweise gefertigten Werkstücks aufgebracht werden und mittels eines Laserstrahls schichtweise innerhalb der jeweiligen Querschnittskontur des zu fertigenden Werkstücks durch Aufschmelzen miteinander verbunden werden.By means of selective laser melting, a workpiece is usually produced in such a way that a multiplicity of thin layers of a pulverulent material are successively applied to a planar mounting surface of a substrate plate of an SLM device or to a planar outer surface section of an already partially fabricated workpiece parallel to the mounting surface and by means of a laser beam layer by layer within the respective cross-sectional contour of the workpiece to be produced by melting are connected to each other.

Entsprechend muss ein auf andere Weise vorgefertigtes Werkstück für ein Weiterbearbeiten mittels selektiven Laserschmelzens einen ebenen Außenflächenabschnitt aufweisen, auf den die Schichten des pulverförmigen Material aufgebracht werden können. Das vorgefertigte Werkstück muss zudem derart ausgerichtet und fixiert sein, dass der ebene Außenflächenabschnitt nach oben weist und sich möglichst exakt parallel zu der Aufstellfläche der Substratplatte der SLM-Vorrichtung erstreckt.Accordingly, a workpiece prefabricated in another way for further processing by means of selective laser melting must have a flat outer surface section onto which the layers of powdered material can be applied. The prefabricated workpiece must also be aligned and fixed in such a way that the planar outer surface section faces upwards and extends as exactly as possible parallel to the installation surface of the substrate plate of the SLM device.

Aufgrund der vielfältigen und zumeist unregelmäßigen Formen von solchen vorgefertigten Werkstücken kann ein Ausrichten und Fixieren eines vorgefertigten Werkstücks auf einer Substratplatte einer SLM-Vorrichtung allerdings sehr schwierig und zeitaufwändig sein. Schwierigkeit und Zeitaufwand sind zusätzlich erhöht, wenn das vorgefertigte Werkstück mehrere separate Werkstückteile mit jeweils einem ebenen Außenflächenabschnitt umfasst, die erst mittels des additiven Herstellungsverfahrens miteinander verbunden werden.However, due to the varied and mostly irregular shapes of such prefabricated workpieces, aligning and fixing a prefabricated workpiece to a substrate plate of an SLM device can be very difficult and time consuming. Difficulty and time required are additionally increased if the prefabricated workpiece comprises a plurality of separate workpiece parts, each with a flat outer surface portion, which are first connected to each other by means of the additive manufacturing process.

So müssen während des Ausrichtens wiederholt die Parallelität jedes ebenen Außenflächenabschnitts und der Aufstellfläche der Substratplatte, im Falle mehrerer Außenflächenabschnitte zusätzlich deren Koplanarität präzise gemessen und ein individuelles Stützgestell bereitgestellt und auf der Substratplatte montiert werden, welches das Werkstück während des selektiven Laserschmelzens zuverlässig in der ausgerichteten Position hält. Dennoch lässt sich häufig die Parallelität eines ebenen Außenflächenabschnitts und der Aufstellfläche der Substratplatte und/oder die Koplanarität mehrerer ebener Außenflächenabschnitte nicht mit der erforderlichen Präzision realisieren.Thus, during alignment, the parallelism of each planar outer surface portion and the footprint of the substrate plate, in the case of multiple outer surface portions in addition, must be precisely measured and an individual support frame provided and mounted on the substrate plate which reliably holds the workpiece in the aligned position during selective laser melting holds. Nevertheless, the parallelism of a flat outer surface section and the installation surface of the substrate plate and / or the coplanarity of a plurality of planar outer surface sections can often not be realized with the required precision.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere selektiven Laserschmelzens (SLM) zu schaffen, die universell verwendbar ist und ein präzises Ausrichten und Fixieren des Werkstücks erleichtert und verbessert.Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a device of the type mentioned for aligning and fixing a workpiece for further processing of the workpiece by means of an additive manufacturing process, in particular selective laser melting (SLM), which is universally applicable and facilitates and improves precise alignment and fixing of the workpiece.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Deckplatte eine Mehrzahl von Verkrallungselementen aufweist, die von einer Unterseite der Deckplatte nach unten abragen.The object is achieved by a device of the type mentioned, in which the cover plate has a plurality of Verkrallungselementen that protrude from an underside of the cover plate down.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, ein Werkstück für die weitere Bearbeitung mittels eines additiven Herstellungsverfahren in einer definierten Lage gegenüber der Oberseite der Deckplatte auszurichten und in dieser Position an der Deckplatte zu fixieren. Dazu wird das Werkstück auf der ebenen Aufstellfläche des Gehäuses in definierter Weise positioniert, indem das Werkstück mit seinem ebenen Außenflächenabschnitt auf die Aufstellfläche gelegt wird. Anschließend wird das Gehäuse durch eine Deckplatte verschlossen, die ebenfalls eine definierte Lage gegenüber dem Gehäuse einnimmt mit der Folge, dass das Werkstück und die Deckplatte auch zueinander über das Gehäuse ausgerichtet sind. In dieser definierten relativ Lage werden das Werkstück und die Deckplatte miteinander verbunden. Die Fixierung erfolgt erfindungsgemäß in der Weise, dass ein Fixierschaum in das Gehäuse eingeleitet wird, der nach dem Aushärten das Werkstück umschließt und somit hält und gleichzeitig über die Unterseite der Deckplatte vorgesehenen Verkrallungselemente fest mit der Deckplatte verbunden ist.The invention is based on the consideration to align a workpiece for further processing by means of an additive manufacturing process in a defined position relative to the top of the cover plate and to fix in this position on the cover plate. For this purpose, the workpiece is positioned on the flat mounting surface of the housing in a defined manner by the workpiece is placed with its flat outer surface portion on the footprint. Subsequently, the housing is closed by a cover plate, which also occupies a defined position relative to the housing, with the result that the workpiece and the cover plate are aligned with each other via the housing. In this defined relative position, the workpiece and the cover plate are connected together. The fixation is carried out according to the invention in such a way that a fixing foam is introduced into the housing, which encloses the workpiece after curing and thus holds and at the same time provided on the underside of the cover plate Verkrallungselemente is firmly connected to the cover plate.

Bevorzugt weist jedes Verkrallungselement zumindest eine Hinterschneidung auf und ist insbesondere als Bügel, Haken oder Schlinge ausgebildet. Die Hinterschneidung stellt sicher, dass die Verkrallungselemente mit dem ausgehärteten Fixierschaum unlösbar verbunden sind. Infolgedessen ist die Deckplatte der Vorrichtung starr mit dem ausgehärteten Fixierschaum und dem von dem ausgehärteten Fixierschaum teilweise umschlossenen Werkstück verbunden. Die beispielhaft genannten Ausführungsformen der Verkrallungselemente sind besonders einfach herzustellen und handzuhaben.Preferably, each Verkrallungselement on at least one undercut and is in particular designed as a bracket, hook or sling. The undercut ensures that the Verkrallungselemente are permanently connected to the cured fixation foam. As a result, the cover plate of the device is rigidly connected to the cured Fixierschaum and the partially enclosed by the cured fixation workpiece. The exemplified embodiments of the Verkrallungselemente are particularly easy to manufacture and handle.

Gemäß einer Weiterentwicklung ist an dem oberen Randbereich der Umfangswandung eine Auflagefläche für die Deckplatte vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sich die ebene Oberseite der Deckplatte parallel zu der Aufstellfläche der Grundplatte und damit parallel zu einen auf der Aufstellfläche liegenden ebenen Außenflächenabschnitt eines Werkstücks erstreckt, wenn die Deckplatte an dem Gehäuse angebracht ist. Dabei ist die Auflagefläche zweckmäßiger Weise an einer insbesondere umlaufenden Auflageschulter ausgebildet, die an der Innenseite der Umfangswandung vorgesehen ist und von dieser nach innen abragt. Auf diese Weise kann die Deckplatte relativ zu der Grundplatte des Gehäuses hinsichtlich Position und Orientierung besonders einfach anordnet werden, indem sie in das Gehäuse von oben eingesetzt wird, bis sie auf der Auflageschulter zum Liegen kommt.According to a further development, a bearing surface for the cover plate is provided at the upper edge region of the circumferential wall, which is formed such that the planar upper side of the cover plate extends parallel to the mounting surface of the base plate and thus parallel to a planar outer surface section of a workpiece lying on the mounting surface, when the cover plate is attached to the housing. The support surface is expediently formed on a particular circumferential support shoulder, which is provided on the inside of the peripheral wall and protrudes inwardly from this. In this way, the cover plate relative to the base plate of the housing in position and orientation can be arranged particularly easily by being inserted into the housing from above until it comes to rest on the support shoulder.

Wegen der Dünne der beim selektiven Laserschmelzen jeweils aufgebrachten Materialschichten ist ein hohes Maß an Parallelität der Oberseite der Deckplatte zu der Aufstellfläche der Grundplatte erforderlich. Vorteilhaft beträgt die Parallelitätsabweichung bezogen auf eine maximale Länge der ebenen Oberseite der Deckplatte in deren Haupterstreckungsrichtung höchstens 1,0 µm und bevorzugt höchstens 0,5 µm.Because of the thinness of the material layers applied during selective laser melting, a high degree of parallelism of the upper side of the cover plate to the mounting surface of the base plate is required. Advantageously, the parallelism deviation with respect to a maximum length of the flat upper side of the cover plate in its main extension direction is at most 1.0 μm and preferably at most 0.5 μm.

Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung Aufbrechelemente zum Aufbrechen eines in dem Gehäuse ausgehärteten Fixierschaums, die an einer Innenseite der Umfangswandung lösbar angeordnet und derart ausgebildet sind, dass sie von der Innenseite der Umfangswandung nach innen abragen. Auf diese Weise können die Aufbrechelemente mit einem in das Gehäuse eingeleiteten und in dem Gehäuse ausgehärteten Fixierschaum in Eingriff kommen. Um die Umfangswandung vor dem Weiterbearbeiten mittels selektiven Laserschmelzens von dem ausgehärteten Fixierschaum lösen zu können, müssen die Aufbrechelemente mit der Umfangswandung lösbar verbunden sein. Bevorzugt umfasst jedes Aufbrechelement einen Magneten oder ein magnetisches Material, so dass es mittels Magnetkraft an der Innenseite der Umfangswandung gehalten werden kann. Alternativ können an der Innenseite der Umfangswandung zu den Aufbrechelementen korrespondierende Ausnehmungen vorgesehen sein, in welche die Aufbrechelemente eingesetzt und/oder eingerastet sind. In diesem Fall muss die Umfangswandung derart mehrteilig ausgebildet sein, dass sie zerlegt von dem ausgehärteten Fixierschaum seitlich entfernt werden kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, an der Innenseite der Umfangswandung Nuten vorzusehen, die sich ausgehend von einem unteren Rand der Umfangswandung nach oben erstrecken. Bei dieser Variante werden die Aufbrechelemente werden vor dem Einleiten des Fixierschaums von unten in die Nuten eingeschoben und gleiten nach unten aus den Nuten heraus, wenn die Umfangswandung nach dem Aushärten des Fixierschaums nach oben abgezogen wird.The device advantageously comprises break-off elements for breaking open a fixing foam hardened in the housing, which are detachably arranged on an inner side of the peripheral wall and designed such that they protrude inwards from the inside of the circumferential wall. In this way, the break-off elements can engage with a fixing foam introduced into the housing and hardened in the housing. In order to solve the peripheral wall before further processing by selective laser melting of the cured fixing foam, the Aufbrechelemente must be releasably connected to the peripheral wall. Preferably, each break-away element comprises a magnet or a magnetic material, so that it can be held by means of magnetic force on the inside of the circumferential wall. Alternatively, recesses corresponding to the break-off elements can be provided on the inside of the circumferential wall, in which the break-off elements are inserted and / or latched. In this case, the peripheral wall must be designed in such a way that it can be removed laterally disassembled from the cured fixing foam. Another possibility is to provide on the inside of the peripheral wall grooves extending from a lower edge of the peripheral wall upwards. In this variant, the break-off elements are inserted before the introduction of the fixing foam from below into the grooves and slide down out of the grooves when the peripheral wall is removed after curing of the fixing foam upwards.

Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung ein thermisches Element zum Steuern der Temperatur eines in dem Inneren des Gehäuses angeordneten Werkstücks und Wärmeleitmittel insbesondere aus Kupferdraht, mittels derer ein in dem Gehäuse angeordnetes Werkstück thermisch an das zumindest eine thermische Element koppelbar ist, wobei das thermische Element bevorzugt in dem Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Normalerweise befindet sich beim selektiven Laserschmelzen das Werkstück mit der Substratplatte in Anlage, die entsprechend als ein thermisches Element wirkt. Da ein mittels eines Fixierschaums ausgerichtetes und fixiertes Werkstück von dem Fixierschaum teilweise umschlossen ist, wirkt der Fixierschaum gegenüber der Substratplatte der SLM-Vorrichtung als eine Wärmeisolierung für das Werkstück. Insbesondere kommt ein mittels eines Fixierschaums fixiertes Werkstück nicht in thermischen Kontakt mit der Substratplatte einer SLM-Vorrichtung. Abhängig von dem Material des Werkstücks kann es aber erforderlich sein, die Temperatur des Werkstücks während des selektiven Laserschmelzens zu steuern. In einigen Fällen verbessert ein Kühlen des Werkstücks die Fertigungsqualität, in anderen Fällen ist ein Erwärmen, beispielsweise auf bis zu 900 °C notwendig, um ein Weiterbearbeiten mittels selektiven Laserschmelzens überhaupt erst zu ermöglichen. Das thermische Element kann sowohl passiv, d.h. als moderierendes Wärme-/Kältereservoir, ausgebildet sein als auch aktiv, d.h. mit einer Kühlung oder Heizung versehen sein.Advantageously, the device comprises a thermal element for controlling the temperature of a arranged in the interior of the housing workpiece and heat conduction, in particular of copper wire, by means of which a arranged in the housing workpiece is thermally coupled to the at least one thermal element, wherein the thermal element is preferably in the Interior of the housing is arranged. Normally, in selective laser melting, the workpiece is in abutment with the substrate plate, which accordingly acts as a thermal element. Since a fixation foam aligned and fixed workpiece is partially enclosed by the fixing foam, the fixing foam acts against the substrate plate of the SLM device as a thermal insulation for the workpiece. In particular, a workpiece fixed by means of a fixing foam does not come into thermal contact with the substrate plate of an SLM device. Depending on the material of the workpiece, however, it may be necessary to control the temperature of the workpiece during selective laser melting. In some cases, cooling of the workpiece improves manufacturing quality, in other cases heating, for example up to 900 ° C, is necessary to enable further processing by selective laser melting. The thermal element can be both passive, i. as a moderating heat / cold reservoir, be designed as well as active, i. be provided with a cooling or heating.

Gemäß einer Weiterentwicklung sind an der Deckplatte, insbesondere an der Oberseite der Deckplatte Befestigungsmittel zum Fixieren der Deckplatte an einer Substratplatte einer SLM-Vorrichtung vorgesehen. Mit anderen Worten sind die Befestigungsmittel an der Deckplatte gegenüberliegend zu den Verkrallungselementen angeordnet. Bei den Befestigungsmitteln kann es sich um Gewindebohrungen oder Gewindebolzen handeln, mittels derer die Deckplatte des Gehäuses mit der Substratplatte der SLM-Vorrichtung verschraubt werden kann.According to a further development are on the cover plate, in particular at the top of the Cover plate fastening means for fixing the cover plate provided on a substrate plate of a SLM device. In other words, the fastening means are arranged on the cover plate opposite to the Verkrallungselementen. The fastening means can be threaded bores or threaded bolts, by means of which the cover plate of the housing can be screwed to the substrate plate of the SLM device.

Alternativ oder zusätzlich kann die Deckplatte eine Einlassöffnung zum Einleiten eines Fixierschaums in das Gehäuse aufweisen. Wenn die Deckplatte eine Einlassöffnung aufweist, kann die Deckplatte vor einem Einleiten des Fixierschaums in das Gehäuse in die Umfangswandung eingesetzt werden. Auf diese Weise lässt sich der zum Ausfüllen des verbleibenden Hohlraums in dem Gehäuse erforderliche Fixierschaum genau dosieren.Alternatively or additionally, the cover plate may have an inlet opening for introducing a fixing foam into the housing. If the cover plate has an inlet opening, the cover plate can be inserted into the circumferential wall before introducing the fixing foam into the housing. In this way, the required for filling the remaining cavity in the housing Fixierschaum can be precisely.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere selektiven Laserschmelzens (SLM), wobei das Werkstück einen ebenen Außenflächenabschnitt aufweist. Das Verfahren umfasst die in der angegebenen Reihenfolge auszuführenden Schritte:

  • a) Bereitstellen einer Vorrichtung der vorbeschriebenen Art;
  • b) Anordnen des Werkstücks auf der Grundplatte des Gehäuses der Vorrichtung und Ausrichten des Werkstücks derart, dass der ebene Außenflächenabschnitt des Werkstücks mit der ebenen Aufstellfläche der Grundplatte in Anlage kommt;
  • c) Einleiten von Sand in das Gehäuse derart, dass der freie Bereich der Aufstellfläche der Grundplatte von einer Schicht des Sands bedeckt ist;
  • d) Einleiten eines Fixierschaums in das Gehäuse derart, dass der eingeleitete Fixierschaum einen in dem Gehäuse zwischen der Umfangswandung und dem Werkstück verbliebenen Freiraum bis zu dem oberen Randbereich der Umfangswandung vollständig ausfüllt, und Anbringen der Deckplatte an dem Gehäuse derart, dass die Verkrallungselemente der Deckplatte mit dem eingeleiteten Fixierschaum in Eingriff kommen; oder Anbringen der Deckplatte an dem Gehäuse und Einleiten eines Fixierschaums durch die Einlassöffnung der Deckplatte in das Gehäuse derart, dass der eingeleitete Fixierschaum einen in dem Gehäuse zwischen der Umfangswandung und dem Werkstück verbliebenen Freiraum bis zu dem oberen Randbereich der Umfangswandung vollständig ausfüllt.
  • e) Anbringen der Deckplatte an dem Gehäuse derart, dass die Verkrallungselemente der Deckplatte mit dem Fixierschaum in dem Gehäuse in Eingriff kommen; oder Anbringen der Deckplatte an dem Gehäuse und Einleiten eines Fixierschaums; oder Aushärten des Fixierschaums in dem Gehäuse;
  • f) Lösen der Grundplatte und der Umfangswandung von dem ausgehärteten das Werkstück teilweise umschließenden Fixierschaum und Entfernen des Sands;
  • g) Umdrehen des von dem Fixierschaum teilweise umschlossenen Werkstücks derart, dass die mit dem Fixierschaum verkrallte Deckplatte nach unten und den ebenen Außenflächenabschnitt des Werkstücks nach oben weisen.
Furthermore, the present invention provides a method for aligning and fixing a workpiece for further processing of the workpiece by means of an additive manufacturing method, in particular selective laser melting (SLM), wherein the workpiece has a flat outer surface portion. The method comprises the steps to be performed in the order given:
  • a) providing a device of the type described above;
  • b) arranging the workpiece on the base plate of the housing of the device and aligning the workpiece such that the flat outer surface portion of the workpiece comes into abutment with the planar mounting surface of the base plate;
  • c) introducing sand into the housing such that the free area of the footprint of the base plate is covered by a layer of the sand;
  • d) introducing a fixing foam into the housing such that the introduced fixing foam completely fills a free space left in the housing between the peripheral wall and the workpiece up to the upper edge region of the peripheral wall, and attaching the cover plate to the housing such that the Verkrallungselemente the cover plate come into engagement with the introduced fixation foam; or attaching the cover plate to the housing and introducing a Fixierschaums through the inlet opening of the cover plate in the housing such that the introduced fixing foam completely fills a remaining in the housing between the peripheral wall and the workpiece clearance to the upper edge region of the peripheral wall.
  • e) attaching the cover plate to the housing such that the Verkrallungselemente the cover plate with the fixing foam in the housing engage; or attaching the cover plate to the housing and introducing a fixing foam; or curing the Fixierschaums in the housing;
  • f) releasing the base plate and the peripheral wall from the cured fixation foam partially enclosing the workpiece and removing the sand;
  • g) turning the workpiece partially enclosed by the fixing foam such that the cover plate clamped with the fixing foam faces upwards and the flat outer surface section of the workpiece points upwards.

Die Schicht aus Sand, die beispielsweise ca. 5 mm dick, aber auch dünner oder dicker sein kann, hält einen unteren Bereich des Inneren des Gehäuses frei, so dass er während des Einleitens des Fixierschaums nicht von dem Fixierschaum ausgefüllt wird. Nach dem Entfernen des Sands steht daher der ebene Außenflächenabschnitt des vorgefertigten Werkstücks aus dem ausgehärteten Fixierschaum vor. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich während des Weiterbearbeitens mittels selektiven Laserschmelzens die durch den Laserstrahl der SLM-Vorrichtung definierte Schmelzebene von Beginn an oberhalb von und beabstandet zu dem ausgehärteten Fixierschaum erstreckt, also der Fixierschaum nicht von dem Laserstrahl geschmolzen wird. Zudem muss nur ein der entfernten Sandschicht entsprechender Raum, nicht aber der von dem Fixierschaum in der SLM-Vorrichtung eingenommene Raum mit pulverförmigem Material gefüllt werden, wodurch für das Weiterbearbeiten mittels selektiven Laserschmelzens weniger pulverförmiges Material benötigt wird.The layer of sand, which may be for example about 5 mm thick, but also thinner or thicker, keeps a lower portion of the interior of the housing free, so that it is not filled by the fixing foam during the introduction of the fixing foam. After removing the sand, therefore, the flat outer surface portion of the prefabricated workpiece from the cured fixing foam is available. In this way, it is achieved that, during further processing by means of selective laser melting, the melt plane defined by the laser beam of the SLM device extends from above and above the hardened fixing foam, ie the fixing foam is not melted by the laser beam. In addition, only a space corresponding to the removed sand layer, but not the space occupied by the fixing foam in the SLM device, has to be filled with pulverulent material, whereby less powdery material is required for further processing by means of selective laser melting.

Bevorzugt wird der Fixierschaum von dem Werkstück gelöst, wenn die Weiterbearbeitung des Werkstücks mittels selektiven Laserschmelzens abgeschlossen ist. Zum Beibehalten der Ausrichtung des Werkstücks muss das Werkstück bis zum Abschluss des selektiven Laserschmelzens in dem Fixierschaum fixiert bleiben. Nach dem Abschluss des selektiven Laserschmelzens kann der Fixierschaum von dem Werkstück gelöst werden, um das gefertigte hybride Produkt einer Weiterbearbeitung bzw. Finalisierung zuzuführen. Falls Aufbrechelemente von der Vorrichtung umfasst sind, können diese das Aufbrechen des Fixierschaums erleichtern.Preferably, the fixing foam is released from the workpiece when the further processing of the workpiece is completed by selective laser melting. To maintain alignment of the workpiece, the workpiece must remain fixed in the fixation foam until completion of the selective laser melting. After the completion of the selective laser melting, the fixing foam can be released from the workpiece to feed the manufactured hybrid product for further processing or finalization. If break-away elements are included in the device, they can facilitate the breaking-up of the fixing foam.

Vorteilhaft wird gleichzeitig eine Mehrzahl von separaten Werkstücken oder separaten Teilen eines Werkstücks in der Vorrichtung ausgerichtet und fixiert. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich in besonderem Maße für das gleichzeitige Ausrichten und Fixieren mehrerer separater Werkstücke bzw. Werkstückteile. Denn durch die flächige Anlage mit der ebenen Aufstellfläche der Grundplatte wird eine Koplanarität der ebenen Außenflächenabschnitte mehrerer Werkstücke oder Werkstückteile automatisch sichergestellt.At the same time, a plurality of separate workpieces or separate parts of a workpiece are advantageously aligned and fixed in the device. The proposed method is particularly suitable for simultaneous alignment and fixing a plurality of separate workpieces or workpiece parts. Because of the flat contact with the flat mounting surface of the base plate coplanarity of the flat outer surface portions of several workpieces or workpiece parts is automatically ensured.

Bevorzugt wird als Fixierschaum ein Keramikschaum verwendet. Keramikschäume sind weithin und kostengünstig verfügbar sowie einfach in der Handhabung. Beispielsweise kommen ZweiKomponenten-Keramikschäume in Betracht, die bei Raumtemperatur aufschäumen und ohne äußere Wärmezufuhr aushärten.Preferably, a ceramic foam is used as fixing foam. Ceramic foams are widely and inexpensively available as well as easy to handle. For example, two-component ceramic foams come into consideration, which foam at room temperature and cure without external heat.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand dreier Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

  • 1 eine seitliche Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine seitliche Querschnittansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung nach einem Umdrehen und einem Entfernen der Umfangswandung, der Grundplatte und des Sands;
  • 3 eine seitliche Querschnittansicht der in 2 dargestellten Vorrichtung in einem auf eine Substratplatte einer SLM-Vorrichtung montierten Zustand;
  • 4 eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach einem Umdrehen und einem Entfernen der Umfangswandung, der Grundplatte und des Sands;
  • 5 eine seitliche Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 eine seitliche Querschnittansicht der in 5 dargestellten Vorrichtung in einem auf eine Substratplatte einer SLM-Vorrichtung montierten Zustand.
Further features and advantages of the present invention will become apparent from three embodiments with reference to the accompanying drawings. That's it
  • 1 a side cross-sectional view of an apparatus according to a first embodiment of the present invention;
  • 2 a lateral cross-sectional view of in 1 illustrated device after turning over and removing the peripheral wall, the base plate and the sand;
  • 3 a lateral cross-sectional view of in 2 in a state mounted on a substrate plate of an SLM device;
  • 4 a plan view of an apparatus according to a second embodiment of the present invention after reversing and removing the peripheral wall, the base plate and the sand;
  • 5 a side cross-sectional view of an apparatus according to a third embodiment of the present invention; and
  • 6 a lateral cross-sectional view of in 5 in a state mounted on a substrate plate of an SLM device.

Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks 2 für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks 2 mittels selektiven Laserschmelzens (SLM). Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 3 mit einer Grundplatte 4, die an ihrer Oberseite eine ebene Aufstellfläche 5 für das Werkstück 2 definiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Werkstück 2 insgesamt zwei Werkstückteile 2a, 2b, die mit ebenen Außenflächenabschnitten 6a, 6b versehen sind, welche auf die ebene Aufstellfläche 5 gelegt sind. Infolgedessen sind die beiden Werkstückteile 2a, 2b derart ausgerichtet, dass ihre Außenflächenabschnitte 6a, 6b koplanar angeordnet sind.The 1 shows a device 1 according to a first embodiment of the present invention for aligning and fixing a workpiece 2 for further processing of the workpiece 2 by selective laser melting (SLM). The device 1 includes a housing 3 with a base plate 4 , which at their top a flat footprint 5 for the workpiece 2 Are defined. In the present embodiment, the workpiece comprises 2 a total of two workpiece parts 2a . 2 B , which have flat outer surface sections 6a . 6b are provided, which on the flat footprint 5 are laid. As a result, the two workpiece parts 2a . 2 B aligned such that their outer surface portions 6a . 6b coplanar are arranged.

Ferner umfasst das Gehäuse 3 eine Umfangswandung 7, die mit der Grundplatte 5 verbunden ist und von deren Rand nach oben vorsteht. Die Umfangswandung 7 definiert an ihrem oberen Randbereich 8 eine Auflagefläche 10a für eine Deckplatte 11, die vorgesehen ist, um die offene Oberseite des Gehäuses zu verschließen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auflagefläche 10a an, der Oberseite einer Auflageschulter 10 ausgebildet, die sich entlang Innenseite 9 der Umfangswandung 7 erstreckt und von dieser innen abragt. Die Anordnung ist dabei so betroffen, dass die Deckplatte 11 in das Gehäuse 3 eingesetzt werden kann, so dass sie auf der Auflageschulter 10 zum Liegen kommt, wobei dann die Oberseite 12 der Deckplatte 11 bündig mit dem oberen Rand der Umfangswandung 7 abschließt und parallel zu der Aufstellfläche 5 der Grundplatte 4 liegt. Hierzu ist die Auflagefläche 10a der Auflageschulter 10 parallel zu der Aufstellfläche 5 der Grundplatte 4 ausgerichtet, so dass die Unterseite 13 und die Oberseite 12 der Deckplatte 11 parallel zu der Aufstellfläche 5 der Grundplatte 4 liegen.Furthermore, the housing comprises 3 a peripheral wall 7 that with the base plate 5 is connected and protrudes from the edge upwards. The peripheral wall 7 defined at its upper edge area 8th a support surface 10a for a cover plate 11 , which is intended to close the open top of the housing. In the illustrated embodiment, the support surface 10a on, the top of a support shoulder 10 formed along the inside 9 the peripheral wall 7 extends and protrudes from this inside. The arrangement is so affected that the cover plate 11 in the case 3 can be used so that they are on the support shoulder 10 comes to rest, in which case the top 12 the cover plate 11 flush with the upper edge of the peripheral wall 7 closes and parallel to the footprint 5 the base plate 4 lies. For this purpose, the bearing surface 10a the support shoulder 10 parallel to the footprint 5 the base plate 4 aligned, leaving the bottom 13 and the top 12 the cover plate 11 parallel to the footprint 5 the base plate 4 lie.

An der Unterseite 13 der Deckplatte 11 ist eine Mehrzahl von Verkrallungselementen 14 vorgesehen. Die Verkrallungselemente 14 weisen jeweils Hinterschneidungen auf und sind als Bügel ausgebildet, die von der Unterseite 13 der Deckplatte 11 nach unten abragen.On the bottom 13 the cover plate 11 is a plurality of Verkrallungselementen 14 intended. The claw elements 14 each have undercuts and are designed as a bracket, from the bottom 13 the cover plate 11 protrude down.

Freie Bereiche der Aufstellfläche 5 sind mit einer Schicht 15 aus Sand bedeckt, die eine Dicke von ca. 5 mm aufweist und werkstückabhängig unterschiedlich gewählt werden kann. Der über der Schicht 15 verbleibende Innenraum des Gehäuses 3 ist bis zu dem oberen Randbereich 8 der Umfangswandung 7 mit einem Fixierschaum 16 vollständig ausgefüllt. Entsprechend befinden sich die Verkrallungselemente 14 mit dem Fixierschaum 16 in Eingriff.Free areas of the footprint 5 are with a layer 15 made of sand, which has a thickness of about 5 mm and can be selected differently depending on the workpiece. The above the layer 15 remaining interior of the housing 3 is up to the top edge area 8th the peripheral wall 7 with a fixing foam 16 completed. Accordingly, the Verkrallungselemente 14 with the fixing foam 16 engaged.

Die Deckplatte 11 weist zum Befestigen der Deckplatte 11 an einer Substratplatte 17 einer SLM-Vorrichtung nicht dargestellte Befestigungsmittel auf. Die Befestigungsmittel sind gegenüberliegend zu den Verkrallungselementen 14 an der Oberseite 12 der Deckplatte 11 vorgesehen und können beispielsweise als Gewindebohrungen oder Gewindebolzen ausgebildet sein.The cover plate 11 has to fasten the cover plate 11 on a substrate plate 17 a fastening means not shown on a SLM device. The fastening means are opposite to the Verkrallungselementen 14 at the top 12 the cover plate 11 provided and may be formed, for example, as threaded holes or threaded bolts.

Zum Ausrichten und Fixieren der beiden Werkstückteile 2a, 2b für ein Weiterbearbeiten der Werkstückteile 2a, 2b mittels selektiven Laserschmelzens (SLM) werden die Werkstückteile 2a, 2b auf der Grundplatte 4 des Gehäuses 3 der Vorrichtung 1 angeordnet und derart ausgerichtet, dass ihre ebenen Außenflächenabschnitte 6a, 6b mit der ebenen Aufstellfläche 5 der Grundplatte 4 in flächige Anlage kommen. Dann wird Sand in das Gehäuse 3 derart eingeleitet, dass freie Bereiche der Aufstellfläche 5 der Grundplatte 4 gleichmäßig von einer ca. 5 mm dicken Schicht 15 aus Sand bedeckt sind. In einem weiteren Schritt wird der Fixierschaum 16 in das Gehäuse 3 derart eingeleitet, dass der eingeleitete Fixierschaum 16 den in dem Gehäuse 3 zwischen der Umfangswandung 7 und den Werkstückteilen 2a, 2b verbliebenen Freiraum bis zu dem oberen Randbereich 8 der Umfangswandung 7 vollständig ausfüllt. Die Deckplatte 11 wird anschließend in die Umfangswandung 7 derart eingesetzt, dass ihre Unterseite 13 mit der Auflageschulter 10 in Anlage kommt und die Verkrallungselemente 14 der Deckplatte 11 mit dem eingeleiteten Fixierschaum 16 in Eingriff kommen. Danach wird der Fixierschaum 16 in dem Gehäuse 3 ausgehärtet. In einem weiteren Schritt werden die Grundplatte 4 und die Umfangswandung 7 von dem ausgehärteten und die Werkstückteile 2a, 2b teilweise umschließenden Fixierschaum 16 gelöst und der Sand entfernt.For aligning and fixing the two workpiece parts 2a . 2 B for further processing of the workpiece parts 2a . 2 B Selective laser melting (SLM) makes the workpiece parts 2a . 2 B on the base plate 4 of the housing 3 the device 1 arranged and aligned such that their flat outer surface portions 6a . 6b with the flat surface 5 the base plate 4 in areal Plant come. Then sand gets into the housing 3 so initiated that free areas of the footprint 5 the base plate 4 evenly from a layer about 5 mm thick 15 are covered in sand. In a further step, the fixing foam 16 in the case 3 so initiated that the introduced fixation foam 16 in the case 3 between the peripheral wall 7 and the workpiece parts 2a . 2 B remaining free space up to the upper edge area 8th the peripheral wall 7 completely filled out. The cover plate 11 is then in the peripheral wall 7 used in such a way that their underside 13 with the support shoulder 10 comes into abutment and the Verkrallungselemente 14 the cover plate 11 with the introduced fixing foam 16 get in touch. Thereafter, the fixing foam 16 in the case 3 hardened. In a further step, the base plate 4 and the peripheral wall 7 from the cured and the workpiece parts 2a . 2 B partially enclosing fixing foam 16 solved and removed the sand.

Anschließend wird die Anordnung aus der Deckplatte 11, dem Fixierschaum 16 und den Werkstückteilen 2a, 2b derart umgedreht, dass die mit dem Fixierschaum 16 verkrallte Deckplatte 11 nach unten und die ebenen Außenflächenabschnitte 6a, 6b der Werkstückteile 2a, 2b nach oben weisen. Der Zustand der Vorrichtung 1 nach diesem Verfahrensschritt ist in 2 dargestellt.Subsequently, the arrangement of the cover plate 11 , the fixing foam 16 and the workpiece parts 2a . 2 B so turned over, that with the fixing foam 16 clawed cover plate 11 down and the flat outer surface sections 6a . 6b the workpiece parts 2a . 2 B pointing upwards. The condition of the device 1 after this process step is in 2 shown.

Dann wird die Deckplatte 11 mit einer Substratplatte 17 einer SLM-Vorrichtung verbunden. Auf die Oberseite des ausgehärteten Fixierschaums 16 wird eine Schicht 18 eines pulverförmigen Materials derart aufgebracht, dass die nach oben weisenden ebenen Außenflächenabschnitte 6a, 6b der beiden Werkstückteile 2a, 2b in für das selektive Laserschmelzen geeigneter Stärke von dem pulverförmigen Material bedeckt sind. Dieses wird dann mittels eines Laserstrahls 19 auf die Außenflächenabschnitte 6a, 6b der Werkstückteile 2a, 2b aufgeschmolzen. 3 zeigt die Vorrichtung 1 in diesem Zustand.Then the cover plate 11 with a substrate plate 17 connected to an SLM device. On the top of the cured fixative foam 16 becomes a layer 18 a powdery material applied such that the upwardly facing planar outer surface portions 6a . 6b the two workpiece parts 2a . 2 B are covered by the powdered material in a suitable thickness for the selective laser melting. This is then by means of a laser beam 19 on the outer surface sections 6a . 6b the workpiece parts 2a . 2 B melted. 3 shows the device 1 in this condition.

4 zeigt eine Vorrichtung 19 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks 2 für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks 2 mittels selektiven Laserschmelzens (SLM) nach dem Entfernen der Grundplatte, der Umfangswandung und des Sands. Die Vorrichtung 19 weist denselben Grundaufbau wie die Vorrichtung 1 gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform auf. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung 19 Aufbrechelemente 20. Die Aufbrechelemente 20 umfassen ein magnetisches Material, so dass sie mit entsprechenden Magneten an der Innenseite 9 der Umfangswandung 11 lösbar anbringbar sind, und stehen mit dem ausgehärteten Fixierschaum 16 in Eingriff. 4 shows a device 19 according to a second embodiment of the present invention for aligning and fixing a workpiece 2 for further processing of the workpiece 2 by selective laser melting (SLM) after removal of the base plate, peripheral wall and sand. The device 19 has the same basic structure as the device 1 according to the embodiment described above. In addition, the device includes 19 ripping elements 20 , The break-up elements 20 include a magnetic material so that they have corresponding magnets on the inside 9 the peripheral wall 11 are releasably attachable, and stand with the cured fixation foam 16 engaged.

Zum Entfernen des Fixierschaums 16 von dem Werkstück 2 werden die Aufbrechelemente 20 jeweils in entgegengesetzte Richtungen mit einer Kraft beaufschlagt, so dass der Fixierschaum 16 aufbricht und sich von den Werkstückteilen 2a, 2b löst.To remove the fixing foam 16 from the workpiece 2 become the break-up elements 20 each acted upon in opposite directions with a force, so that the fixing foam 16 breaks up and away from the workpiece parts 2a . 2 B solves.

Die 5 zeigt eine Vorrichtung 21 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks 2 für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks 2 mittels selektiven Laserschmelzens (SLM). Die Vorrichtung 21 besitzt denselben Grundaufbau wie die Vorrichtungen 1, 19 der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Im Unterschied zu diesen umfasst die Vorrichtung 21 zwei thermische Elemente 22 zum Steuern der Temperatur des Werkstücks 2, die in dem Inneren des Gehäuses 3 angeordnet sind und eine Auflageschulter 10 für die Deckplatte 11 bilden. Ferner umfasst die Vorrichtung 21 Wärmeleitmittel 23 aus Kupferdraht, mittels derer das Werkstück 2 thermisch an die thermischen Elemente 22 gekoppelt ist.The 5 shows a device 21 according to a third embodiment of the present invention for aligning and fixing a workpiece 2 for further processing of the workpiece 2 by selective laser melting (SLM). The device 21 has the same basic structure as the devices 1 . 19 the embodiments described above. Unlike these, the device includes 21 two thermal elements 22 for controlling the temperature of the workpiece 2 in the interior of the case 3 are arranged and a support shoulder 10 for the cover plate 11 form. Furthermore, the device comprises 21 Thermal interface 23 made of copper wire, by means of which the workpiece 2 thermally to the thermal elements 22 is coupled.

Die thermischen Elemente 22 sind als aktive Wärmeelemente ausgebildet, um dem Werkstück 2 über die Wärmeleitmittel 23 Wärme zuzuführen und das Werkstück 2 auf eine für das selektive Laserschmelzen erforderliche Temperatur von ca. 900 °C zu erwärmen.The thermal elements 22 are designed as active heating elements to the workpiece 2 over the heat conduction 23 Add heat and the workpiece 2 to heat to a required for the selective laser melting temperature of about 900 ° C.

Die 6 entspricht der 3 und zeigt die Vorrichtung 21 in einem auf eine Substratplatte 17 einer SLM-Vorrichtung montierten Zustand.The 6 equals to 3 and shows the device 21 in one on a substrate plate 17 an SLM device mounted state.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 19, 21 und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein oder mehrere Werkstücke 2 oder Werkstückteile 2a, 2b derart ausgerichtet und fixiert werden können, dass ihre ebenen Außenflächenabschnitte 6, 6a, 6b präzise parallel zu der Oberseite 12 der Deckplatte 11 und ggf. koplanar angeordnet sind. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass in Verbindung mit der Vorrichtung 1, 19, 21 zum Fixieren eines Werkstücks 2 unabhängig von der Gestalt des zu fixierenden Werkstücks 2 bzw. der zu fixierenden Werkstückteile 2a, 2b ein Fixierschaum 16 verwendet werden kann. Entsprechend sind die Vorrichtung und das Verfahren universell verwendbar und einfach in der Handhabung.An advantage of the device according to the invention 1 . 19 . 21 and the method according to the invention is that one or more workpieces 2 or workpiece parts 2a . 2 B can be aligned and fixed so that their flat outer surface sections 6 . 6a . 6b precisely parallel to the top 12 the cover plate 11 and possibly coplanar are arranged. Another advantage is the fact that in connection with the device 1 . 19 . 21 for fixing a workpiece 2 regardless of the shape of the workpiece to be fixed 2 or the workpiece parts to be fixed 2a . 2 B a fixing foam 16 can be used. Accordingly, the device and the method are universally applicable and easy to handle.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (11)

Vorrichtung (1) zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks (2, 2a, 2b), das einen ebenen Außenflächenabschnitt (6, 6a, 6b) aufweist, für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks (2) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere selektiven Laserschmelzens (SLM), mit einem Gehäuse (3) zum Aufnehmen des Werkstücks (2, 2a, 2b), das eine Grundplatte (4), die an ihrer Oberseite eine ebene Aufstellfläche (5) für das Werkstück (2) aufweist, und eine Umfangswandung (7), die mit der Grundplatte (4) verbunden ist und von deren Rand nach oben vorsteht, aufweist, und mit einer Deckplatte, die auf das Gehäuse (3) aufsetzbar ist, um dessen offene Oberseite zumindest teilweise zu verschließen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (11) eine Mehrzahl von Verkrallungselementen (14) aufweist, die von einer Unterseite (13) der Deckplatte (11) nach unten abragen.Device (1) for aligning and fixing a workpiece (2, 2a, 2b) having a flat outer surface section (6, 6a, 6b) for further processing of the workpiece (2) by means of an additive manufacturing method, in particular selective laser melting (SLM) , comprising a housing (3) for receiving the workpiece (2, 2a, 2b), which has a base plate (4) which has on its upper side a planar mounting surface (5) for the workpiece (2), and a circumferential wall (7) , which is connected to the base plate (4) and protrudes from the edge upwards, and with a cover plate, which is placed on the housing (3) can be placed to at least partially close the open top, characterized in that the cover plate (11) has a plurality of Verkrallungselementen (14) projecting from an underside (13) of the cover plate (11) downwards. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verkrallungselement (14) zumindest eine Hinterschneidung aufweist und insbesondere als Bügel, Haken oder Schlinge ausgebildet ist.Device after Claim 1 , characterized in that each Verkrallungselement (14) has at least one undercut and in particular as a bracket, hook or sling is formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oberen Randbereich (8) der Umfangswandung (7) eine Auflagefläche für die Deckplatte (7) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sich die ebene Oberseite (12) der Deckplatte (11) parallel zu der Aufstellfläche (5) der Grundplatte (4) erstreckt, wenn die Deckplatte (7) an dem Gehäuse (3) angebracht ist, wobei die Auflagefläche an einer insbesondere umlaufenden Auflageschulter (10) ausgebildet ist, die an der Innenseite (9) der Umfangswandung vorgesehen ist.Device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that at the upper edge region (8) of the peripheral wall (7) a support surface for the cover plate (7) is provided, which is formed such that the flat top (12) of the cover plate (11) parallel to the footprint (5) of the base plate (4) extends when the cover plate (7) is mounted on the housing (3), wherein the support surface is formed on a particular circumferential support shoulder (10) which is provided on the inside (9) of the peripheral wall , Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Aufbrechelemente (20) zum Aufbrechen eines in dem Gehäuse ausgehärteten Fixierschaums (16) umfasst, die an einer Innenseite (9) der Umfangswandung (7) lösbar angeordnet und derart ausgebildet sind, dass sie von der Innenseite (9) der Umfangswandung (7) nach innen abragen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) Aufbrechelemente (20) for breaking open a hardened in the housing Fixierschaums (16) on a inner side (9) of the peripheral wall (7) detachably arranged and formed are that they protrude from the inside (9) of the peripheral wall (7) inwards. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein thermisches Element (22) zum Steuern der Temperatur eines in dem Inneren des Gehäuses (3) angeordneten Werkstücks (2, 2a, 2b) und Wärmeleitmittel (23) insbesondere aus Kupferdraht umfasst, mittels dessen ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes Werkstück (2, 2a, 2b) thermisch an das zumindest eine thermische Element (22) koppelbar ist, wobei das thermische Element (22) bevorzugt in dem Inneren des Gehäuses (3) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) a thermal element (22) for controlling the temperature of a in the interior of the housing (3) arranged workpiece (2, 2a, 2b) and heat conducting means (23) in particular of copper wire, by means of which in the housing (3) arranged workpiece (2, 2a, 2b) is thermally coupled to the at least one thermal element (22), wherein the thermal element (22) preferably in the interior of the housing (3 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Deckplatte (11), insbesondere an der Oberseite der Deckplatte (11) Befestigungsmittel zum Fixieren der Deckplatte (11) an einer Substratplatte (17) einer SLM-Vorrichtung vorgesehen sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that fastening means for fixing the cover plate (11) to a substrate plate (17) of an SLM device are provided on the cover plate (11), in particular on the upper side of the cover plate (11). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (11) eine Einlassöffnung zum Einleiten eines Fixierschaums (16) in das Gehäuse (3) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cover plate (11) has an inlet opening for introducing a fixing foam (16) in the housing (3). Verfahren zum Ausrichten und Fixieren eines Werkstücks (2) für ein Weiterbearbeiten des Werkstücks (2, 2a, 2b) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere selektiven Laserschmelzens (SLM), wobei das Werkstück (2, 2a, 2b) einen ebenen Außenflächenabschnitt (6, 6a, 6b) aufweist, umfassend die in der angegebenen Reihenfolge auszuführenden Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; b) Anordnen des Werkstücks (2, 2a, 2b) auf der Grundplatte (4) des Gehäuses (3) der Vorrichtung (1) und Ausrichten des Werkstücks (2, 2a, 2b) derart, dass der ebene Außenflächenabschnitt (6, 6a, 6b) des Werkstücks (2, 2a, 2b) mit der ebenen Aufstellfläche (5) der Grundplatte (4) in Anlage kommt; c) Einleiten von Sand in das Gehäuse (3) derart, dass der freie Bereich der Aufstellfläche (5) der Grundplatte (4) von einer Schicht (15) des Sands bedeckt ist; d) Einleiten eines Fixierschaums (16) in das Gehäuse (3) derart, dass der eingeleitete Fixierschaum (16) einen in dem Gehäuse (3) zwischen der Umfangswandung (7) und dem Werkstück (2, 2a, 2b) verbliebenen Freiraum bis zu dem oberen Randbereich (8) der Umfangswandung (7) vollständig ausfüllt, und Anbringen der Deckplatte (11) an dem Gehäuse (3) derart, dass die Verkrallungselemente (14) der Deckplatte (11) mit dem eingeleiteten Fixierschaum (16) in Eingriff kommen; oder Anbringen der Deckplatte (11) an dem Gehäuse (3) und Einleiten eines Fixierschaums (16) durch die Einlassöffnung der Deckplatte (11) in das Gehäuse (3) derart, dass der eingeleitete Fixierschaum (16) einen in dem Gehäuse (3) zwischen der Umfangswandung (7) und dem Werkstück (2, 2a, 2b) verbliebenen Freiraum bis zu dem oberen Randbereich (8) der Umfangswandung (7) vollständig ausfüllt; e) Aushärten des Fixierschaums (16) in dem Gehäuse (3); f) Lösen der Grundplatte (5) und der Umfangswandung (7) von dem ausgehärteten das Werkstück (2) teilweise umschließenden Fixierschaum (16) und Entfernen des Sands; g) Umdrehen des von dem Fixierschaum (16) teilweise umschlossenen Werkstücks (2, 2a, 2b) derart, dass die mit dem Fixierschaum (16) verkrallte Deckplatte (11) nach unten und der ebene Außenflächenabschnitt (6, 6a, 6b) des Werkstücks (2, 2a, 2b) nach oben weisen.Method for aligning and fixing a workpiece (2) for further processing of the workpiece (2, 2a, 2b) by means of an additive manufacturing method, in particular selective laser melting (SLM), wherein the workpiece (2, 2a, 2b) has a flat outer surface section (6, 6a, 6b), comprising the steps to be carried out in the order indicated: a) providing a device (1) according to one of the preceding claims; b) arranging the workpiece (2, 2a, 2b) on the base plate (4) of the housing (3) of the device (1) and aligning the workpiece (2, 2a, 2b) such that the plane Outer surface portion (6, 6a, 6b) of the workpiece (2, 2a, 2b) comes into abutment with the planar mounting surface (5) of the base plate (4); c) introducing sand into the housing (3) such that the free area of the installation surface (5) of the base plate (4) is covered by a layer (15) of the sand; d) introducing a fixing foam (16) in the housing (3) such that the introduced fixing foam (16) in the housing (3) between the peripheral wall (7) and the workpiece (2, 2a, 2b) remaining free space up to the upper edge region (8) of the peripheral wall (7) completely fills, and attaching the cover plate (11) on the housing (3) such that the Verkrallungselemente (14) of the cover plate (11) engage with the introduced fixing foam (16) ; or attaching the cover plate (11) to the housing (3) and introducing a fixing foam (16) through the inlet opening of the cover plate (11) in the housing (3) such that the introduced fixing foam (16) in the housing (3) between the peripheral wall (7) and the workpiece (2, 2a, 2b) remaining free space up to the upper edge region (8) of the peripheral wall (7) completely fills; e) curing the fixing foam (16) in the housing (3); f) releasing the base plate (5) and the peripheral wall (7) from the cured fixation foam (16) partially enclosing the workpiece (2) and removing the sand; g) turning the workpiece (2, 2a, 2b) partially enclosed by the fixing foam (16) such that the cover plate (11) engaged with the fixing foam (16) faces downwards and the flat outer surface section (6, 6a, 6b) of the workpiece (2, 2a, 2b) facing upward. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierschaum (16) von dem Werkstück (2, 2a, 2b) gelöst wird, wenn die Weiterbearbeitung des Werkstücks (2, 2a, 2b) mittels selektiven Laserschmelzens abgeschlossen ist.Method according to Claim 8 , characterized in that the fixing foam (16) from the workpiece (2, 2a, 2b) is released when the further processing of the workpiece (2, 2a, 2b) is completed by means of selective laser melting. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig eine Mehrzahl von separaten Werkstücken (2) oder separaten Teilen (2a, 2b) eines Werkstücks (2) in der Vorrichtung (1) ausgerichtet und fixiert wird.Method according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that at the same time a plurality of separate workpieces (2) or separate parts (2a, 2b) of a workpiece (2) in the device (1) is aligned and fixed. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Fixierschaum (16) ein Keramikschaum verwendet wird.Method according to one of Claims 8 to 10 , characterized in that a ceramic foam is used as fixing foam (16).
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