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Stand der Technik
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Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils aus einem pulverförmigen Materialpulver, mit einer Bauplattform zum Aufbau des Bauteils, mit mindestens einem Auftragungsabschnitt zum Auftragen einer Pulverschicht auf die Bauplattform, mit mindestens einem Bestrahlungsabschnitt zum selektiven Bestrahlen der Pulverschicht.
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Pulverbettbasierte Anlagen zum additiven Aufbau von Bauteilen, beispielsweise 3D-Druck, sind im Stand der Technik bekannt. Solche Anlagen sind linear aufgebaut, das heißt, die Pulverbeschichtung funktioniert translatorisch innerhalb der Prozesskammer und verursacht Standzeiten, die die Gesamtproduktivität von additiven Fertigungsprozessen deutlich senkt. Zur Steigerung der Selektivität werden im Stand der Technik beispielsweise Multilaseranlagen eingesetzt, bei welchen mehrere Laserstrahlen simultan zum Aufbau von mehreren Bauteilen in einer Prozesskammer genutzt werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2016 211 799 Al, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung Werkstücken aus einem Pulvermaterial. Die Vorrichtung weist eine Trägereinrichtung mit wenigstens einem Aufbaubehälter für das pulverförmige Material auf, aus dem die Werkstücke durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren mittels eines Bearbeitungsstrahls innerhalb des Aufbaubehälters herstellbar sind. Wenigstens ein Vorratsbehälter weist ein separates Verteilelement auf, das um eine Achse relativ zu der ortsfest angeordneten Trägereinrichtung drehbar ist.
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Eine Überlegung der Erfindung ist es, eine Anlage bereitzustellen, bei welcher Aufbauzeiten des Bauteils, sowie Stand- und Wartezeiten der Anlage reduziert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird ein Verfahren zur generativen Fertigung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es wird eine Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils aus einem pulverförmigen Materialpulver vorgeschlagen. Die Anlage ist insbesondere zur Durchführung eines pulverbettbasierten Aufbauverfahrens, vorzugsweise pulverbettbasierten Druckverfahren, ausgebildet. Die Anlage bildet beispielsweise eine 3D-Druckanlage. Das Bauteil und/oder das Materialpulver kann ein Metall-, Keramik- und/oder Kunststoffmaterial umfassen und/oder bildem. Im Speziellen ist die Anlage als eine selektive Lasermeltinganlage (SLM), als eine elektronenstrahlbasierte Aufbauanlage (EBM) oder ein lonenstrahlaufbauverfahren ausgebildet. Die Anlage weist insbesondere einen Anlagenraum auf. Der Anlagenraum kann beispielsweise von einem Gehäuse der Anlage umgeben sein und/oder begrenzt werden. Das Bauteil ist vorzugsweise ein Schichtbauteil und umfasst mehr als zwei Schichten und/oder weniger als 100 Schichten. Vorzugsweise bildet das Bauteil ein Flachbauteil. Das pulverförmige Materialpulver ist beispielsweise ein Metallpulver, ein Keramikpulver oder ein Kunststoffpulver. Insbesondere kann das Materialpulver einen Binder umfassen.
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Die Anlage umfasst mindestens eine Bauplattform zum Aufbau des Bauteils. Die Bauplattform weist mindestens einen flächigen Abschnitt auf. Die Bauplattform und/oder dessen flächiger Abschnitt ist vorzugsweise eben ausgebildet. Im Speziellen kann die Bauplattform einen Metallträger bilden. Beispielsweise ist die Bauplattform als eine Metall-, Kunststoff- oder Keramikplatte ausgebildet.
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Insbesondere kann die Bauplattform als ein Endlosmaterial ausgebildet sein, beispielsweise als ein Blech von einer Rolle.
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Die Anlage weist mindestens einen Auftragungsabschnitt auf. Der Auftragungsabschnitt ist insbesondere ein flächiger oder ein Volumenabschnitt des Anlagenraums. Insbesondere weist der Auftragungsabschnitt und eine Bauplattform mindestens temporär einen Überlapp auf. In dem Auftragungsabschnitt ist eine Pulverschicht auf die Bauplattform auftragbar. Insbesondere ist die Pulverschicht auf eine Zwischenschicht zwischen Bauplattform und freier Oberfläche auftragbar. Beispielsweise ist bereits eine vorherige Pulverschicht bestrahlt und/oder ausgehärtet, sodass das Auftragen dieser Pulverschicht auf die vorherige erfolgt. Beispielsweise weist die Anlage dazu eine Pulverauftragungseinrichtung auf. Die Pulverauftragungseinrichtung kann ein Reservoir für das Materialpulver und/oder das Pulver aufweisen. Die Pulverschicht wird insbesondere aus dem Materialpulver erstellt. Dazu wird insbesondere das Materialpulver in Pulverform flächig aufgetragen. Im Speziellen weist die Auftragungseinrichtung dazu eine Rakel und/oder einen Glattstreicher auf. Die Pulverschicht kann die Bauplattform komplett ausfüllen, alternativ wird die Pulverschicht nur über einen Teilbereich der Bauplattform aufgetragen. Die Pulverschicht weist insbesondere eine Pulverschichtdicke auf. Der Auftragungsabschnitt ist insbesondere im Anlagenraum angeordnet.
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Die Anlage weist ferner mindestens einen Bestrahlungsabschnitt auf. Der Bestrahlungsabschnitt ist vorzugsweise ein flächiger Abschnitt im Anlagenraum, alternativ ist der Bestrahlungsabschnitt ein Volumenabschnitt des Bestrahlungsraums. Die Bauplattform und/oder die aufgetragene Pulverschicht ist vorzugsweise mindestens temporär im Bestrahlungsabschnitt angeordnet und/oder anordenbar. Die Anlage weist beispielsweise eine Bestrahlungseinrichtung auf, welche die Pulverschicht selektiv bestrahlen kann. Das Bestrahlen kann beispielsweise als ein Bestrahlen mit einem Laser-, einem Ionen- oder einem Elektronenstrahl erfolgen. Beispielsweise weist dazu die Bestrahlungseinrichtung einen Laser, eine lonenquelle oder eine Elektronenquelle auf. Durch das selektive Bestrahlen wird die Pulverschicht insbesondere selektiv, punktförmig, linienförmig und/oder flächig aufgeschmolzen. Nach dem Bestrahlen erfolgt vorzugsweise ein Erstarrungsschritt, sodass die aufgeschmolzene Pulverschicht erstarren und sich verfestigen kann.
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Die Anlage weist eine Transporteinheit auf. Die Transporteinheit ist ausgebildet, die Bauplattform im Anlagenraum zu bewegen, zu verschieben und/oder zu verfahren. Mittels der Transporteinheit ist die Bauplattform entlang eines Transportweges bewegbar und/oder verfahrbar. Der Transportweg ist vorzugsweise ein gerader Weg, alternativ und/oder ergänzend kann der Transportweg einen gewinkelten, gebogenen und/oder verzweigten Transportweg bilden. Vorzugsweise ist der Transportweg vollständig im Anlagenraum angeordnet. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass Teile des Transportweges außerhalb des Anlagenraumes angeordnet sind. Die Transporteinheit ist ausgebildet, die Bauplattform von dem Auftragungsabschnitt zu dem Bestrahlungsabschnitt zu transportieren. Weist die Anlage mehrere Auftragungsabschnitte und/oder mehrere Bestrahlungsabschnitte auf, so ist die Transporteinheit insbesondere ausgebildet, die Bauplattform von einem Auftragungsabschnitt zu einem Bestrahlungsabschnitt und von dem Bestrahlungsabschnitt weiter zu weiteren Auftragungsabschnitten und/oder Bestrahlungsabschnitten zu transportieren.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Auftragungsabschnitt und der Bestrahlungsabschnitt beabstandet, nacheinander und/oder benachbart zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind Auftragungsabschnitt und Bestrahlungsabschnitt entlang des Transportweges beabstandet. Auftragungsabschnitt und Bestrahlungsabschnitt können durch einen weiteren Abschnitt voneinander getrennt sein, alternativ sind Bestrahlungsabschnitt und Auftragungsabschnitt ohne Übergang zueinander angrenzend.
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Es ist eine Überlegung der Erfindung, eine Anlage zur effektiveren und/oder schnelleren Fertigung eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Überlegung, Standzeiten, Wechselzeiten und/oder Vorbereitungszeiten zu reduzieren und/oder zusammenzulegen. Dies gelingt insbesondere dadurch, dass Beschichtung und Bestrahlung zeitlich und/oder räumlich voneinander entkoppelt sind. Anstatt wie bisher die Bauplattform während des Aufbauprozesses an einer festen Stelle verbleiben zu lassen und gegebenenfalls die Platte lediglich abzusenken, kann durch ein Verschieben der Bauplattform während des Aufbaus innerhalb der Anlage Pulver auftragen und Belichten sequenziell angeordnet und verwendet werden. Insbesondere ist dadurch die Dauer des Aufbaus pro Bauteil nicht mehr als die reine Summe aller Beschichtungs- und Belichtungsvorgänge gegeben, sondern lediglich aus der Dauer der einzelnen Belichtungsvorgänge bestimmt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anlage eine Mehrzahl an Auftragungsabschnitten und eine Mehrzahl an Bestrahlungsabschnitten aufweist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl an Auftragungsabschnitten der Anzahl der Bestrahlungsabschnitte. Beispielsweise sind alle Auftragungsabschnitte und alle Bestrahlungsabschnitte innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses der Anlage angeordnet und somit in einem gemeinsamen Anlagenraum. Die Auftragungsabschnitte und Bestrahlungsabschnitte sind entlang des Transportweges angeordnet. Insbesondere sind Auftragungsabschnitte und Bestrahlungsabschnitte abwechselnd entlang des Transportweges angeordnet. Der Transportweg führt im Speziellen von einem ersten Auftragungsabschnitt zu einem ersten Bestrahlungsabschnitt, vom ersten Bestrahlungsabschnitt zum zweiten Auftragungsabschnitt bis, mit möglichen weiteren Bestrahlungsabschnitten und Auftragungsabschnitten, zu einem letzten Bestrahlungsabschnitt. Die Bestrahlungsabschnitte und Auftragungsabschnitte sind insbesondere entlang eines linearen und/oder geraden Transportweges angeordnet. Die Transporteinheit verbindet die Mehrzahl an Auftragungsabschnitten mit der Mehrzahl an Bestrahlungsabschnitten.
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Besonders bevorzugt ist es, dass zwischen zwei Bestrahlungsabschnitten jeweils mindestens ein Auftragungsabschnitt angeordnet ist. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass auf einen Bestrahlungsabschnitt ein weiterer Bestrahlungsabschnitt folgt, beispielsweise, um mittels eines weiteren Laserstrahls, beispielsweise mit anderen Wellenlänge oder Leistung, die Pulverschicht weiter zu bearbeiten, aufzuschmelzen und/oder zu strukturieren.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Anlage eine erste Auftragungseinrichtung zur Auftragung der Pulverschicht mit einem ersten Materialpulver aufweist und eine zweite Auftragungseinrichtung zur Auftragung der Pulverschicht in einem zweiten Auftragungsabschnitt mit einem zweiten Materialpulver. Insbesondere kann die Anlage ausgebildet sein, dass in dem ersten Auftragungsabschnitt und in einem zweiten Auftragungsabschnitt unterschiedliche Materialpulver verwendet werden. Das erste Materialpulver und das zweite Materialpulver weisen unterschiedliche physikalische Eigenschaften, chemische Eigenschaften und/oder Zusammensetzungen auf. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Anlage bereitzustellen, bei der ein Bauteil aus unterschiedlichen Pulverschichten, insbesondere Materialpulvern, herstellbar ist, wobei die unterschiedlichen Materialpulver an unterschiedlichen Auftragungsabschnitten aufgetragen werden, welche über den Transportweg voneinander beabstandet sind. Insbesondere kann so eine Vermischung der Materialpulver vermieden werden.
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Insbesondere bildet das Bauteil ein Mehrschichtbauteil umfassend eine Schichtanzahl an Schichten. Die Schichtanzahl entspricht insbesondere der Anzahl an Pulverschichten, die zum Aufbau des Bauteils nötig sind. Vorzugsweise ist die Schichtanzahl größer als zwei und im Speziellen größer als fünf. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Schichtanzahl kleiner als zwanzig ist. Optional weist die Anlage eine Anzahl an Bestrahlungsabschnitten und/oder Auftragungsabschnitten auf, die gleich der Schichtanzahl des Bauteils ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Fertigungsanlage so bereitzustellen, dass alle zum Aufbau des Bauteils nötigen Schichten in einer Linie erzeugbar und/oder generierbar sind.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bauplattform von der Transporteinheit umfasst ist und/oder die Bauplattform die Transporteinheit bildet. Beispielsweise ist dazu die Bauplattform mittels einer Mechanik, beispielsweise einem Gestänge oder Seilen, so verbunden, dass diese im Anlagenraum verschiebbar, bewegbar und/oder verfahrbar sind. Insbesondere sind die Bauplattformen, die von der Transporteinheit umfasst sind, wiederverwendbare Bauplattformen, die nach Aufbau eines Bauteils wieder zum Aufbau eines neuen weiteren Bauteils einsetzbar sind. Beispielsweise wird eine Bauplattform nach erfolgreichem Bauteilaufbau am Start des Transportweges wieder bereitgestellt und/oder eingesetzt.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Transporteinheit und/oder die Bauplattform ein Förderband bildet. Beispielsweise bildet die Bauplattform ein Metallband, auf welches die Pulverschichten aufgetragen werden und das Bauteil darauf aufgebaut wird. Die Bauplattform und/oder das Förderband bilden somit insbesondere ein Endlosband, welches schleifenförmig und/oder geschlossen angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die Bauplattform zum direkten Auftragen und/oder Aufbau des Bauteils auf ihm ausgebildet ist. Beispielsweise bildet die Bauplattform und/oder das Förderband ein Grundmaterial und/oder eine Grundschicht des Bauteils. Beispielsweise kann das aufgebaute Bauteil anschließend aus der Bauplattform und/oder dem Förderband ausgestanzt und/oder davon vereinzelt werden.
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Die Anlage weist vorzugsweise eine Bearbeitungskammer auf. Die Bearbeitungskammer ist beispielsweise von dem Gehäuse der Anlage gebildet. Insbesondere ist der Anlagenraum innerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass mindestens und/oder alle Bestrahlungsabschnitte in der Bearbeitungskammer angeordnet sind. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens einer oder alle Auftragungsabschnitte in der Bearbeitungskammer angeordnet sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass innerhalb der Bearbeitungskammer eine Schutzgasatmosphäre vorherrscht. Beispielsweise weist die Anlage dazu eine Atmosphärenbereitstellungseinrichtung auf, welche Schutzgas zu- und/oder ableitet. Die Bearbeitungskammer bildet insbesondere eine Barriere für die Schutzgasatmosphäre gegenüber der Umgebung und/oder der Atmosphäre. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Transportweg und/oder der gesamte Transportweg innerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet ist.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bearbeitungskammer einen Eingangsschleusenabschnitt und einen Ausgangsschleusenabschnitt aufweist. Der Transportweg erstreckt sich vorzugsweise vom Eingangsschleusenabschnitt zu dem Ausgangsschleusenabschnitt. Der Eingangsschleusenabschnitt und/oder der Ausgangsschleusenabschnitt ist beispielsweise als ein Schlitz in dem Gehäuse und/oder der Bearbeitungskammer ausgebildet. Vorzugsweise ist die Höhe des Schlitzes so dimensioniert, dass auf der Transporteinheit am Eingangsschleusenabschnitt die Bauplattform eintreten kann und am Ausgangsschleusenabschnitt das Bauteil austreten kann. Der Eingangsschleusenabschnitt und der Ausgangsschleusenabschnitt dienen der Öffnung der Bearbeitungskammer gegenüber der Umgebung, wobei diese gleichzeitig ein Aufrechterhalten einer Schutzgasatmosphäre bewirken. Beispielsweise herrscht in der Bearbeitungskammer ein Schutzgasüberdruck, sodass Eingangsschleusenabschnitt und Ausgangsschleusenabschnitt dem Abströmen des Überdrucks und/oder des Schutzgases dienen, sodass innerhalb der Bearbeitungskammer stets die Schutzgasatmosphäre vorherrscht.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Anlage mindestens eine Entpulverungseinheit aufweist. Die Entpulverungseinheit ist beispielsweise als eine Saugeinheit oder als eine Magnetisierungseinheit oder Einheit zur Generierung eines elektrischen Feldes ausgebildet. Die Entpulverungseinheit ist vorzugsweise nach einem Bestrahlungsabschnitt angeordnet. Mittels der Entpulverungseinheit kann nicht aufgeschmolzenes und/oder nicht verwendetes Pulver abgetragen und/oder abgesaugt werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass anstatt und/oder neben einem Absaugen des Pulvers bei metallischen und/oder anderweitigen Pulvern das Abtragen durch elektrisches Aufladen und/oder Trennen sowie durch Magnetisieren erfolgen kann. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine ressourcenschonende Anlage bereitzustellen, sodass beispielsweise das pulverförmige Materialpulver, das nicht verwendet wurde, später wiederverwendet und eingesetzt werden kann.
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Optional ist es vorgesehen, dass die Entpulverungseinheit zwischen Auftragungsabschnitten angeordnet ist, bei denen unterschiedliche Materialpulverien beziehungsweise Materialpulver eingesetzt werden. Beispielsweise wird in einem ersten Auftragungsabschnitt ein erstes Materialpulver eingesetzt und in dem zweiten Auftragungsabschnitt ein anderweitiges Materialpulver eingesetzt, wobei nach dem Bestrahlungsabschnitt für das erste Materialpulver die Entpulverungseinheit das nicht gebrauchte erste Materialpulver absaugt und erst danach das weitere Materialpulver aufgetragen wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, beim Wechsel des Materialpulvers innerhalb der Anlage eine Sortenvermischung der Materialpulver vermeiden zu können, sodass jedes Materialpulver insbesondere weiterverwendbar und/oder recycelbar ist.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Transporteinheit ausgebildet ist, den Transport der Bauplattform kontinuierlich durchzuführen. Beispielsweise wird dabei die Bauplattform mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang des Transportweges kontinuierlich gefördert. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine kontinuierliche Bearbeitung zu ermöglichen und/oder so ein Verrücken, Verrutschen und/oder Verschmieren der Pulverschicht vermeiden zu können. Alternativ ist es vorgesehen, dass die Transporteinheit ausgebildet ist, die Bauplattform diskontinuierlich, beispielsweise schrittweise, zu transportieren. Beispielsweise erfolgt dabei der Transport der Bauplattform jeweils entlang eines vorgegebenen Translationsweges mit vorgegebener und/oder einstellbarer Länge.
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Optional ist es vorgesehen, dass das Bauteil ein Flachbauteil bildet, wobei die Anlage eine Anlage zum Herstellen eines Flachbauteils bildet. Insbesondere ist die Anlage dabei darauf ausgerichtet und/oder eingerichtet, dass Ausgangsschleusenabschnitt und/oder Eingangsschleusenabschnitt auf Flachbauteile eingerichtet sind. Beispiele für Flachbauteile sind beispielsweise Bauteile mit weniger als zehn Schichten und/oder mit einer Höhe von weniger als fünf Zentimeter. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Bauteil ein Strukturbauteil, eine Fläche und/oder einen Kühlkörper bildet.
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Besonders bevorzugt ist es, dass das Bauteil eine Bipolarplatte und/oder ein Flow-Field für eine Brennstoffzelle bildet. Beispielsweise ist das Bauteil eine Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen. Beispielsweise weisen Flow-Fields und/oder Bipolarplatten für PEM-Brennstoffzellen fünf bis zehn Schichten auf. Dabei ist es eine Überlegung, beispielsweise Brennstoffzellenteile und/oder Bipolarplatten in einer Anlage mit einer Taktzeit von ein bis zwei Sekunden pro Bipolarplatte erzeugen zu können.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils in einem generativen Fertigungsprozess. Insbesondere erfolgt die Durchführung des Verfahrens mit der Anlage wie vorher beschrieben. Zur Herstellung des Bauteils wird eine Pulverschicht auf eine Bauplattform aufgetragen und die Pulverschicht anschließend selektiv bestrahlt. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Pulverauftragen räumlich getrennt und/oder beabstandet von der Bestrahlung erfolgt. Dazu wird beispielsweise die Bauplattform von einem Auftragungsabschnitt zu einem Bestrahlungsabschnitt transportiert. Verfahrensgemäß ist es dabei beispielsweise vorgesehen, das Pulverauftragen und das Belichten räumlich zu trennen, sodass eine verkürzte Bearbeitungszeit möglich ist.
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Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils;
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils;
- 3 eine dritte Ausführungsform einer Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils.
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1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage 1 zur generativen Fertigung eines Bauteils 2. Die Anlage ist als eine Anlage zur Durchführung eines pulverbettbasierten Fertigungsverfahrens und/oder additiven Fertigungsverfahrens ausgebildet. Beispielsweise ist die Anlage 1 als eine Anlage zum selektiven Laserschmelzen ausgebildet. Die Anlage 1 ist hier als eine Anlage wie eine Fertigungsanlage zur linearen Förderung und/oder Herstellung des Bauteils 2 ausgebildet. Das Bauteil 2 bildet hierbei vorzugsweise ein Flachbauteil, welches aus einer Mehrzahl an Schichten aufgebaut ist. Die Schichten können eine gleiche oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen. Das Bauteil 2 bildet ein 3D-Bauteil, welches insbesondere dreidimensionale Strukturen aufweist. Beispielsweise bildet das Bauteil 2 eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle.
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Die Anlage 1 weist ein Gehäuse 3 auf, welches eine Bearbeitungskammer definiert. Das Gehäuse definiert einen Anlagenraum 4, welcher sich im Inneren des Gehäuses 3 befindet. Das Gehäuse 3 weist einen Eingangsschleusenabschnitt 5 und einen Ausgangsschleusenabschnitt 6 auf.
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Der Eingangsschleusenabschnitt 5 und der Ausgangsschleusenabschnitt 6 sind als Öffnungen im Gehäuse 3 ausgebildet, und vorzugsweise schlitzweise ausgebildet. Die Dimensionierung der Ausgangsschleusenöffnung 6 ist insbesondere so gewählt, dass die Höhe des Schlitzes größer ist als die Höhe des herzustellenden Bauteils 2, jedoch vorzugsweise eine geringere Höhe aufweist als die doppelte Höhe des Bauteils 2.
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Die Anlage 1 weist eine Transporteinheit 7 auf. Die Transporteinheit 7 ist als ein Förderband ausgebildet. Das Förderband wird von einer Fördereinrichtung 8 gefördert. Die Förderung des eigentlichen Förderbandes erfolgt dabei vorzugsweise kontinuierlich mit einer einheitlichen Geschwindigkeit. Das Förderband und/oder die Transporteinheit 7 erstreckt sich insbesondere von dem Eingangsschleusenabschnitt 5 zu dem Ausgangsschleusenabschnitt 6. In dem Gehäuse 3 und damit im Anlagenraum 4 befindet sich eine Schutzgasatmosphäre. Dazu wird mittels einer Schutzgasgenerierungseinrichtung regelmäßig Schutzgas 9 zugeführt, sodass in der Bearbeitungskammer und/oder im Anlagenraum eine kontinuierliche Schutzgasatmosphäre herrscht. Insbesondere ist die Schutzgasatmosphäre und/oder die Zulieferung des Schutzgases 9 so gewählt, dass ein Überdruck herrscht, sodass ein geringfügiger Austritt des Schutzgases an dem Eingangsschleusenabschnitt 5 und dem Ausgangsschleusenabschnitt 6 erfolgt.
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Die Anlage 1 umfasst drei Auftragungseinrichtungen 10, welche im Anlagenraum 4 angeordnet sind und sich entlang des Transportweges befinden. Der Transportweg wird durch die Transporteinheit 7 und insbesondere durch das Förderband definiert und/oder festgelegt. Der Transportweg erstreckt sich vom Eingangsschleusenabschnitt 5 zum Ausgangsschleusenabschnitt 6. Die Auftragungseinrichtungen 10 sind ausgebildet, ein Materialpulver als eine Pulverschicht auf die Transporteinheit und insbesondere auf eine Bauplattform 11 aufzutragen. Die Bauplattformen sind beispielsweise Metall-, Kunststoff- oder Keramikplatten, die als Aufbaubasis für das Bauteil 2 dienen. Die Bauplattformen 11 sind auf dem Förderband angeordnet und werden von der Transporteinheit 7 entlang des Transportweges transportiert. Die Auftragungseinrichtungen 10 tragen jeweils eine Pulverschicht 12 auf. Die am Transportweg erste Auftragungseinrichtung 10 trägt die Pulverschicht auf die Bauplattform auf, die nachfolgenden Auftragungseinrichtungen 10 tragen die Pulverschicht auf eine vorherige Pulverschicht und gegebenenfalls auf eine aufgeschmolzene Pulverschicht auf. Das Höhenprofil der Pulverschichten nimmt vom Eingangsschleusenabschnitt zum Ausgangsschleusenabschnitt mit jeder Auftragungseinrichtung 10 zu, insbesondere sind diese stufenförmig im Höhenprofil angeordnet. Beispielsweise erfolgt das Auftragen des Materialpulvers mit den Auftragungseinrichtungen 10 kontinuierlich, beispielsweise, wenn die Bauplattformen 2 kontinuierlich mit gleichbleibender Geschwindigkeit von der Transporteinheit 7 gefördert werden.
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Die Anlage 1 weist eine Bestrahlungseinheit 13 auf. Die Bestrahlungseinheit 13 ist hier als ein Laser ausgebildet, der einen Hauptlaserstrahl 14 ausgibt. Der Laserstrahl 14 wird mindestens abschnittsweise innerhalb des Gehäuses 3 und/oder im Anlagenraum 4 geleitet. Die Anlage 1 weist eine Scannereinrichtung 15 auf, die ausgebildet ist, den Laserstrahl 15 in Teillaserstrahlen 16 zu unterteilen. Die Teillaserstrahlen, kurz auch nur Laserstrahl genannt, werden in Bestrahlungsabschnitte 17 geleitet. Die Bestrahlungsabschnitte 17 liegen insbesondere jeweils nach einem Auftragungsabschnitt. Im Bestrahlungsabschnitt 17 wird die Pulverschicht 12 von dem Laserstrahl 16 selektiv aufgeschmolzen. Das aufgeschmolzene Pulver wird anschließend abgekühlt und sich verfestigen gelassen. Auf die abgekühlten und/oder verfestigten Abschnitte sowie die nicht aufgeschmolzene Pulverschicht wird in einer nachfolgenden Auftragungseinrichtung 10 die nächstfolgende Pulverschicht aufgetragen und anschließend im nächsten Bestrahlungsabschnitt 17 bestrahlt und/oder aufgeschmolzen. Durch das Anordnen der Auftragungsabschnitte und Bestrahlungsabschnitte 17 nacheinander und das Verwenden mehrerer Bestrahlungsabschnitte und/oder mehrerer Auftragungsabschnitte kann eine schnellere Prozessierung und/oder Fertigung des Bauteils 2 erfolgen.
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Die Anlage 1 umfasst eine Entpulverungseinheit 18. Die Entpulverungseinheit 18 ist im Gehäuse 3 angeordnet. Insbesondere ist die Entpulverungseinheit 18 entlang des Transportweges nach dem letzten Bestrahlungsabschnitt 17 angeordnet. Die Entpulverungseinheit 18 ist ausgebildet, nicht verwendetes, aufgeschmolzenes und/oder recycelbares Materialpulver abzusaugen. Damit erfolgt eine Freilegung und/oder Säuberung des Bauteils 2. Ferner erfolgt durch das Absaugen und/oder Entfernen des Auftragungspulvers mittels der Entpulverungseinheit 18 ein Recyceln des Materialpulvers, welches rückgeführt werden kann zu den Auftragungseinrichtungen 10.
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2 zeigt eine weitere Ausführung der Anlage 1. Die Anlage 1 ist im Wesentlichen gleich zur Anlage 1 aus 1 ausgebildet. Die Anlage 1 in der 2 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass die Bauplattform 11 direkt als Förderband der Transporteinheit 7 dient. Dabei wird ein Basisblech als Bauplattform 12 direkt entlang des Transportweges gefördert. Das Basisblech 2 wird durch die Auftragungseinrichtungen 10 geführt, wobei von der ersten Auftragungseinrichtung 10 die Pulverschicht direkt auf das Förderband, hier dem Basisblech, aufgetragen wird. Im Bestrahlungsabschnitt 17 nach der ersten Auftragungseinrichtung 10 erfolgt das Aufschmelzen der Pulverschicht. Dabei verbindet sich insbesondere teilweise die aufgeschmolzene Pulverschicht mit dem Basisblech und damit mit der Bauplattform 12. Das Basisblech bildet hierbei dann einen Teil des herzustellenden Bauteils 2. Das nachfolgende Auftragen von weiteren Pulverschichten und das weitere Aufschmelzen erfolgt auf die bereits vorher aufgetragenen Pulverschichten und/oder aufgeschmolzenen Abschnitte. Nach dem letzten Aufschmelzabschnitt wird das Bauteil 2 mit der Entpulverungseinheit 18 entpulvert. Das Bauteil 2 wird anschließend entlang des Transportweges aus der Bearbeitungskammer geführt. Nach dem Entpulvern und Herausführen wird das Bauteil 2 von dem Basisblech beziehungsweise von der Bauplattform vereinzelt. Beispielsweise wird dazu das Bauteil 2 ausgestanzt, ausgeschnitten oder anderweitig separiert. Insbesondere erfolgt das Separieren, Ausschneiden und/oder Ausstanzen so, dass ein Teil des Basisblechs beziehungsweise der Bauplattform Teil des Bauteils 2 bleibt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, die Bauplattform direkt zu fördern, beispielsweise durch Antrieb mit Motoren, einer Zug- oder Schubvorrichtung. Damit erspart man sich ein separates Förderband und Verschleiß dessen. Insbesondere kann das Basisblech als Endlosmaterial bereitgestellt sein und die Bauteile anschließend durch Vereinzeln und/oder Ausstanzen/Ausschneiden gewonnen werden.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Anlage 1 zur generativen Fertigung eines Bauteils 2. Die Anlage 1 in 3 ist im Wesentlichen ähnlich zu den beiden anderen Ausführungsformen aus 2 und 1 ausgebildet. Ein wesentlicher Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen liegt darin, dass die Auftragungseinrichtungen 10a, 10b und 10c zum Auftragen eines jeweils anderen Materialpulvers ausgebildet sind. So trägt die erste Auftragungseinrichtung 10a ein erstes Materialpulver als eine Pulverschicht auf. Diese Pulverschicht wird im Bestrahlungsabschnitt aufgeschmolzen. Nach dieser Bestrahlung erfolgt das Absaugen nicht verwendeten ersten Materialpulvers mit der Entpulverungseinheit 18a. Durch die Entpulverungseinheit 18a wird das Materialpulver, das nicht verwendet wurde, entfernt und ist damit sortenrein der Auftragungseinrichtung 10a rückführbar. Auf den entpulverten Abschnitt wird mit der Auftragungseinrichtung 10b nach der Entpulverungseinheit 18a ein zweites Materialpulver aufgetragen. Das zweite Materialpulver unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung und/oder in seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften von dem Materialpulver, das vorher verwendet wurde. Die so aufgetragene Pulverschicht aus dem zweiten Materialpulver wird in einer nachfolgenden Bestrahlung aufgeschmolzen, insbesondere selektiv aufgeschmolzen. Nach dem Aufschmelzen und gegebenenfalls dem Abkühlen wird nicht verwendetes zweites Materialpulver von der Entpulverungseinheit 18b entfernt. Das entfernte Materialpulver mit der Entpulverungseinheit 18b ist wieder sortenrein und kann der Auftragungseinrichtung 10b zurückgeführt werden. In einer nachfolgenden Auftragungseinrichtung 10c wird ein drittes Materialpulver als eine Pulverschicht aufgetragen. Die Zusammensetzung und/oder die physikalisch-chemischen Eigenschaften des dritten Materialpulvers sind insbesondere unterschiedlich zu denen des zweiten Materialpulvers. Die aufgetragene Pulverschicht des dritten Materialpulvers wird anschließend ebenfalls selektiv aufgeschmolzen und/oder bestrahlt. Nicht verwendetes drittes Materialpulver wird mit der Entpulverungseinheit 18c entfernt. Das entfernte dritte Materialpulver kann von der Entpulverungseinheit 18c der Auftragungseinrichtung 10c zurückgeführt werden.
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Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, Bauteile mit mehreren Schichten generativ fertigen zu können, wobei die Schichten unterschiedliche Materialzusammensetzungen und/oder Eigenschaften aufweisen. Durch das nacheinander Anordnen von Auftragungseinrichtungen 10a, 10b und 10c ist ein Pulver und/oder Materialwechsel einsparbar und der Prozess kann kontinuierlich geführt werden. Durch das Absaugen nicht verbrauchten Pulvers nach dem jeweiligen Aufschmelzen kann eine sortenreine Wiederverwendung der Pulver gewährleistet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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