DE112012006355B4

DE112012006355B4 - Pulververteilung bei additiver Herstellung

Info

Publication number: DE112012006355B4
Application number: DE112012006355.4T
Authority: DE
Inventors: Ulric Ljungblad
Original assignee: Arcam AB
Current assignee: Arcam AB
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2032-05-12
Also published as: WO2013167194A1; US9126167B2; US20150054191A1; DE112012006355T5

Abstract

Additives Herstellungsverfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Artikels durch aufeinanderfolgende Fusion von Teilen von zumindest einer Schicht eines Pulverbetts (5), das auf einem Bearbeitungstisch (2) angeordnet ist, welche Teile aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Artikels entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:a. Bereitstellen zumindest eines drehbaren Pulverbehälters über einem Pulvertisch (102), wobei der Pulverbehälter zumindest einen Auslass (867, 868) zum Aufbringen von Pulver auf den Pulvertisch (102), der neben dem Bearbeitungstisch (2) angeordnet ist, aufweist, wobei zumindest eine Öffnung innerhalb des Behälters räumlich von dem zumindest einen Auslass (867, 868) getrennt ist und mit diesem in Verbindung steht, wobei die zumindest eine Öffnung und der wenigstens eine Auslass (867, 868) über eine erste Innenwand (870) und eine zweite Innenwand (872) miteinander in Verbindung stehen,b. Drehen des Pulverbehälters (834),c. Ausgeben einer festen Pulvermenge von dem Pulverbehälter (834) während zumindest eines vorbestimmten Segments von Drehwinkeln des Pulverbehälters (834), solange mehr als eine vorbestimmte Pulvermenge in dem Behälter verbleibt, aus dem Auslass (867, 868) des Pulverbehälters (834) auf den Pulvertisch (102), wobei die feste Menge durch die Form und Größe der zumindest einen Öffnung innerhalb des Behälters bestimmt ist,d. Verteilen zumindest eines Teils der festen Pulvermenge von dem Pulvertisch (102) auf den Bearbeitungstisch (2) mit einer Verteilungseinrichtung zum Ausbilden zumindest eines Teils einer Schicht des Pulverbetts (5).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 und Anspruch 11.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Freiformfertigung oder additive Herstellung ist ein Verfahren, dreidimensionale Objekte durch sukzessive Fusion von ausgewählten Teilen von Pulverschichten auszubilden, die auf einem Bearbeitungstisch aufgebracht sind.
Eine additive Herstellungsvorrichtung kann aufweisen: einen Bearbeitungstisch, auf dem der dreidimensionale Artikel auszubilden ist, eine Pulverabgabevorrichtung, die derart ausgelegt ist, dass sie eine dünne Pulverschicht auf dem Bearbeitungstisch zur Ausbildung eines Pulverbetts ablegt, einen Energiestrahl, um dem Pulver Energie zuzuführen, wodurch eine Fusion des Pulvers geschieht, Elemente, um die von dem Energiestrahl über dem Pulverbett abgegebene Energie zu steuern, um einen Querschnitt des dreidimensionalen Artikels durch Fusion von Teilen des Pulverbetts auszubilden, und einen Steuercomputer, in welchem Informationen betreffend aufeinanderfolgende Querschnitte des dreidimensionalen Artikels gespeichert sind. Ein dreidimensionaler Artikel wird durch aufeinanderfolgende Fusionen von aufeinanderfolgend ausgebildeten Querschnitten von Pulverschichten ausgebildet, die durch die Pulverausgabevorrichtung sukzessive abgelegt wurden.
Bei additiver Herstellung ist es wichtig, die Pulververteilung zu steuern. Es ist erwünscht, einen vorbestimmten Pulverbetrag über einen bestimmten Bereich zu verteilen. Dies bedarf eines wohldefinierten Verfahrens und einer wohldefinierten Vorrichtung, um einen vorbestimmten Pulverbetrag von einem Pulverspeicher wiederholt zu einer Pulververteilungsvorrichtung zu verbringen.
Eine Lösung für das obengenannte Problem, d. h. für das Verbringen eines vorbestimmten Pulverbetrags von einem Pulverspeicher ist in der WO 2006/121374 offenbart. In diesem Dokument ist ein Verteilungselement um eine vorbestimmte Distanz in einen Pulvervorrat bewegbar angeordnet. Diese Distanz ist ausreichend lang, um einen Transfer einer vorbestimmten Pulvermenge von dem Pulverspeicher an einer Seite des Verteilungselements zu einer anderen Seite des Verteilungselements zu transferieren, die zum Bearbeitungsbereich hingerichtet ist.
Ein Problem bei dieser Lösung ist, dass die Pulverqualität, d. h. die Pulverfeuchtigkeit, die Pulverzusammensetzung, die Pulvergröße und die Pulvermenge in dem Pulverspeicher usw. den aus dem Pulverspeicher entfernten Betrag beeinflussen.
DE 60 2005 001 972 T2 offenbart ein Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen und Nivellieren eines deponierten Pulverhaufens.
DE 10 2010 020 418 A1 offenbart eine Vorrichtung und Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit Baufeldbegrenzung.
EP 2 281 677 A1 offenbart eine Schichtstoffformvorrichtung.
DE 102 35 434 A1 offenbart eine Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eins dreidimensionalen Objekts mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.
WO 2010/095987 A1 offenbart eine additive Fertigungseinrichtung.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur additiven Herstellung bereitzustellen, bei der/bei dem die Menge des von einem Pulverspeicher entfernten Pulvers unabhängig von der Pulverqualität gleich eingestellt werden kann.
Das oben erwähnte Ziel wird durch die Merkmale gemäß den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein additives Herstellungsverfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Artikels durch aufeinanderfolgende Fusion von Teilen von zumindest einer Schicht eines Pulverbetts, das auf einem Bearbeitungstisch angeordnet ist, bereitgestellt, welche Teile aufeinanderfolgenden Querschnitten eines dreidimensionalen Artikels entsprechen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a. Bereitstellen zumindest eines drehbaren Pulverbehälters über dem Bearbeitungstisch, wobei der Pulverbehälter zumindest einen Auslass zum Bereitstellen von Pulver auf einem Pulvertisch, der neben dem Bearbeitungstisch angeordnet ist, aufweist, wobei zumindest eine Öffnung in dem Behälter räumlich von dem zumindest einen Auslass getrennt ist und mit diesem in Verbindung steht, wobei die zumindest eine Öffnung und der wenigstens eine Auslass über eine erste Innenwand und eine zweite Innenwand miteinander in Verbindung stehen,
b. Drehen des Pulverbehälters,
c. Ausgeben einer festen Menge von Pulver von dem Pulverbehälter zumindest innerhalb eines vorbestimmten Segments von Drehwinkeln des Pulverbehälters, solange mehr als eine vorbestimmte Menge von Pulver in dem Behälter verbleibt, aus dem Auslass des Pulverbehälters auf den Pulvertisch, wobei die feste Menge durch die Form und Größe der zumindest einen Öffnung in dem Pulverbehälter bestimmt ist,
d. Verteilen zumindest eines Teils der festen Menge von Pulver von dem Pulvertisch auf den Bearbeitungstisch mit einer Verteilungseinrichtung, zum Ausbilden zumindest eines Teils einer Schicht des Pulverbetts.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die auf dem Pulvertisch angeordnete Pulvermenge präzise definiert werden kann und die Wiederholbarkeit verglichen mit der herkömmlichen Technik verbessert ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner die folgenden Schritte auf:

a. Bereitstellen zumindest eines ersten Behälters über dem Pulvertisch, wobei der erste Behälter geeignet ist, an dem Pulvertisch neben und in der Umgebung von dem ersten Ende des Bearbeitungstisches Pulver bereitzustellen,
b. Bereitstellen zumindest eines zweiten Behälters an einem zweiten Ende des Bearbeitungstisches, wobei der zweite Behälter geeignet ist, an dem Pulvertisch neben und in der Umgebung von dem zweiten Ende des Pulvertisches Pulver bereitzustellen.

Ein Vorteil der Ausführungsform ist, dass Pulver neben gegenüberliegenden Seiten des Bearbeitungstisches angeordnet wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens einer ersten Materialart in einem ersten Behälter und einer zweiten Materialart in einem zweiten Behälter auf.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass dreidimensionale Artikel mit unterschiedlichen Materialien in unterschiedlichen Teilen des Artikels hergestellt werden können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die erste und zweite Materialart lediglich in der Pulverkorngröße.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass unterschiedliche Teile des Artikels mit unterschiedlichen Pulverkorngrößen hergestellt werden können. Beispielsweise kann der Kern des Artikels mit gröberem Pulver aufgebaut werden und die Außenteile des Artikels können mit feinerem Pulver aufgebaut werden. Dies kann im Gegenzug die Aufbauzeit des Artikels reduzieren.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die erste und zweite Materialart in der Materialzusammensetzung.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Artikel mit einem abgestuften Material aufgebaut werden kann, d. h. einer Materialzusammensetzung an einem ersten Ende des Artikels und einer anderen Materialzusammensetzung an einem zweiten Ende des Artikels. Dies kann die Materialkosten zum Aufbau des dreidimensionalen Artikels reduzieren.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass neue Materialzusammensetzungen bei dem additiven Herstellungsprozess durch Mischen unterschiedlicher Materialarten von Pulver aus den zumindest zwei Pulverbehältern ausgebildet werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer Erwärmungseinrichtung in dem zumindest einem Pulverbehälter zum Trocknen des Pulvers auf.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass das Pulver gleichzeitig mit dem Aufbau des dreidimensionalen Artikels getrocknet werden kann.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Pulver ausgegeben, wenn der Pulverbehälter in eine erste Richtung gedreht wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt des Drehens des Pulverbehälters in eine zweite Richtung zum Verhindern der Pulverausgabe auf.
Ein Vorteil der Ausführungsform ist, dass der Pulverbehälter ohne Pulverausgabe gedreht werden kann, was im Gegenzug bedeutet, dass das Erwärmen des Pulvers zum Entfernen von Feuchtigkeit gleichzeitig mit dem Drehen des Pulverbehälters ausgeführt werden kann, um die Effizienz beim Trocknen des Pulvers zu erhöhen, ohne Pulver auf den Pulvertisch ausgeben zu müssen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt des Trennens des Pulverbehälters von einer Vakuumkammer durch ein Ventil auf, das einen Pulverbehälterwechsel während eines additiven Herstellungsprozesses erlaubt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens zumindest einer Führungsplatte zum Führen von Pulvermaterial von dem Pulverbehälter zum Bearbeitungstisch auf.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Pulvergröße und die Position des Pulverbehälters weniger kritisch sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine additive Herstellungsvorrichtung zur Ausbildung eines dreidimensionalen Artikels durch aufeinanderfolgende Fusion von Teilen von zumindest einer Schicht eines Pulverbetts bereitgestellt, das an einem Bearbeitungstisch angeordnet ist, welche Teile aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Artikels entsprechen. Die Vorrichtung weist zumindest einen drehbaren Pulverbehälter über dem Bearbeitungstisch auf. Der Pulverbehälter weist zumindest einen Auslass zum Bereitstellen des Pulvers an einen Pulvertisch, der neben dem Bearbeitungstisch angeordnet ist, auf. Zumindest eine Öffnung innerhalb des Behälters ist räumlich von dem zumindest einem Auslass getrennt und steht mit diesem in Verbindung, wobei die zumindest eine Öffnung und der wenigstens eine Auslass über eine erste Innenwand und eine zweite Innenwand miteinander in Verbindung stehen. Bereitgestellt ist ferner eine Verteilungseinrichtung, zur Verteilung zumindest eines Teils der festen Menge von Pulver von dem Pulvertisch auf den Bearbeitungstisch zum Ausbilden zumindest eines Teils einer Schicht des Pulverbetts.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein erster Behälter an einem ersten Ende des Bearbeitungstisches angeordnet, wobei der erste Behälter geeignet ist, Pulver an dem ersten Ende des Bearbeitungstisches anzuordnen, und zumindest ein zweiter Behälter ist an einem zweiten Ende des Bearbeitungstisches angeordnet, wobei der zweite Behälter geeignet ist, Pulver an dem zweiten Ende des Bearbeitungstisches anzuordnen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Erwärmungseinrichtung in zumindest einem der Pulverbehälter zum Trocknen des Pulvers angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Pulverbehälter und eine Vakuumkammer durch ein Ventil getrennt, das den Pulverbehälterwechsel während eines additiven Herstellungsprozesses gestattet.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zumindest eine Pulverführungsplatte zum Führen von Pulvermaterial von dem Pulverbehälter zum Bearbeitungstisch bereitgestellt.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden in einer nicht einschränkenden Weise unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen weiter beschrieben. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren der Zeichnungen durchgehend verwendet, um entsprechende, ähnliche Teile zu bezeichnen.

1 stellt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer additiven Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
2 zeigt eine Schemaansicht einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik, um ein dreidimensionales Produkt herzustellen.
3 stellt eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer additiven Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar.
4 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Führungsplatte in der additiven Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt eine fünfte beispielhafte Ausführungsform einer additiven Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar.
6 stellt eine erste Position einer ersten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
7 stellt eine zweite Position einer ersten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
8 stellt eine dritte Position einer ersten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
9 stellt eine vierte Position einer ersten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
10 stellt eine fünfte Position einer ersten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
11 stellt eine erste Position einer ersten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar, der nahezu von Pulver geleert ist.
12 stellt eine vierte Position einer ersten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar, der nahezu von Pulver geleert ist.
13 stellt eine erste Position einer zweiten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
14 stellt eine zweite Position einer zweiten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
15 stellt eine dritte Position einer zweiten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
16 stellt eine vierte Position einer zweiten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.
17 stellt eine fünfte Position einer zweiten Ausführungsform eines drehbaren Behälters in einer Querschnittsansicht dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORM EN DER ERFINDUNG
Um das Verständnis dieser Erfindung zu erleichtern, wird nachstehend eine Anzahl von Ausdrücken definiert. Die hier definierten Ausdrücke weisen Bedeutungen auf, wie sie durch einen Fachmann auf dem für diese Erfindung relevanten Gebiet verstanden werden. Ausdrücke wie „ein“, „eine“, usw. und „der“, „die“ und „das“ sind nicht dazu gedacht, lediglich ein einzelnes Gebilde zu bezeichnen, sondern schließen die allgemeinere Klasse mit ein, aus der ein spezifisches Beispiel zur Darstellung verwendet werden kann. Die hier gebrauchte Terminologie wird verwendet, um spezifische Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben; allerdings schränkt deren Verwendung die Erfindung nicht ein - mit Ausnahme dessen, was in den Ansprüchen umrissen wird.
Der Ausdruck „dreidimensionale Strukturen“ und dergleichen bezieht sich, so wie er hier verwendet wird, im Allgemeinen auf beabsichtigte oder tatsächlich hergestellte dreidimensionale Anordnungen (z. B. aus Strukturmaterial oder Materialien), welche zur Verwendung für einen gewissen Zweck gedacht sind. Derartige Strukturen können beispielsweise unter Zuhilfenahme von dreidimensionalen CAD Systemen konzipiert werden.
Der Ausdruck „Elektronenstrahl“ bezieht sich, so wie er hier in verschiedenen Ausführungsformen verwendet wird, auf jedweden Strahl aus geladenen Partikeln. Die Quellen des geladenen Partikelstrahls können eine Elektronenkanone, einen Linearbeschleuniger usw. umfassen.
2 bildet eine Ausführungsform einer Freiformproduktionsvorrichtung bzw. einer additiven Herstellungsvorrichtung 21 ab, bei der die erfinderische Methode gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann.
Die Vorrichtung 21 weist eine Elektronenstrahlkanone 6, Ablenkungsspulen 7, zwei Pulverbunker 4, 14, eine Aufbauplattform 2, einen Aufbautank 10, eine Pulververteilungseinrichtung 28, ein Pulverbett 5 und eine Vakuumkammer 20 auf.
Die Vakuumkammer 20 ist eingerichtet, eine Vakuumumgebung durch ein Vakuumsystem aufrechtzuerhalten, wobei das System eine turbomolekulare Pumpe, eine Scroll-Pumpe, eine Ionenpumpe und ein oder mehrere Ventile aufweisen kann, welche einem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt sind und in diesem Zusammenhang keiner weiteren Erklärung bedürfen. Das Vakuumsystem wird durch eine Steuereinheit 8 gesteuert.
Die Elektronenstrahlkanone 6 erzeugt einen Elektronenstrahl, der zum Schmelzen oder Fusionieren von Pulvermaterial verwendet wird, das auf der Aufbauplattform 2 angeordnet ist. Zumindest ein Abschnitt der Elektronenstrahlkanone 6 kann in der Vakuumkammer 20 angeordnet sein. Die Steuereinheit 8 kann zum Steuern und Handhaben des Elektronenstrahls verwendet werden, der von der Elektronenstrahlkanone 6 emittiert wird. Zumindest eine nicht dargestellte Fokussierungsspule, zumindest eine Ablenkungsspule 7, eine nicht gezeigte optionale Spule zur Astigmatismus-Korrektur und eine nicht gezeigte Energiezufuhrvorrichtung für den Elektronenstrahl können mit der Steuereinheit 8 elektrisch verbunden sein. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung erzeugt die Elektronenstrahlkanone 6 einen fokussierbaren Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von ungefähr 15 kV bis 60 kV und einer Strahlleistung im Bereich von 3 kW bis 10 kW. Der Druck in der Vakuumkammer kann 10-3 mbar oder weniger betragen, wenn der dreidimensionale Artikel durch Fusionieren des Pulvers mit dem Energiestrahl Schicht für Schicht aufgebaut wird.
Die Pulverbunker 4, 14 weisen in dem Aufbautank 10 das auf die Aufbauplattform 2 auszugebende Pulvermaterial auf. Das Pulvermaterial kann beispielsweise reines Metall oder Metalllegierungen, wie etwa Titan, Titanlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Edelstahl, Co-Cr Legierungen, nickelbasierte Superlegierungen usw. umfassen.
Der Pulververteiler 28 ist derart eingerichtet, dass er eine dünne Schicht des Pulvermaterials auf die Aufbauplattform 2 ablegt. Während eines Bearbeitungszyklus wird die Aufbauplattform 2 nach und nach in Bezug auf einen Fixpunkt in der Vakuumkammer abgesenkt. Um diese Bewegung zu ermöglichen, ist die Aufbauplattform 2 in einer Ausführungsform der Erfindung in vertikaler Richtung bewegbar angeordnet, d. h. in der Richtung, die durch Pfeil P angedeutet ist. Dies bedeutet, dass die Aufbauplattform 2 anfänglich an einer initialen Position, bei der eine erste Pulvermaterialschicht von notwendiger Dicke abgelegt wurde, angeordnet ist. Einrichtungen zum Absenken der Aufbauplattform 2 können beispielsweise durch einen mit einem Zahnrad versehenen Servomotor, Einstellschrauben usw. erfolgen.
Ein Elektronenstrahl kann über die Aufbauplattform 2 gerichtet werden, was die erste Pulverschicht dazu veranlasst, an ausgewählten Orten derart zu verschmelzen, dass ein erster Querschnitt des dreidimensionalen Artikels ausgebildet wird. Der Strahl wird basierend auf durch die Steuereinheit 8 ausgegebenen Instruktionen über die Aufbauplattform 2 gerichtet. In der Steuereinheit 8 sind Instruktionen gespeichert, wie der Elektronenstrahl für jede Schicht des dreidimensionalen Artikels zu steuern ist.
Nachdem eine erste Schicht beendet wurde, d. h. die Fusion des Pulvermaterials zum Ausbilden einer ersten Schicht des dreidimensionalen Artikels abgeschlossen ist, wird eine zweite Pulverschicht auf die Aufbauplattform 2 aufgebracht. Die zweite Pulverschicht wird bevorzugt gemäß derselben Weise wie die vorhergehende Schicht verteilt. Allerdings können in der gleichen additiven Herstellungsmaschine alternative Verfahren zum Verteilen des Pulvers auf dem Bearbeitungstisch verwendet werden.
Nachdem die zweite Pulverschicht auf die Aufbauplattform verteilt wurde, wird der Energiestrahl über den Bearbeitungstisch gerichtet, was die zweite Pulverschicht dazu veranlasst, an ausgewählten Orten derart zu verschmelzen, dass ein zweiter Querschnitt des dreidimensionalen Artikels ausgebildet wird. Verschmolzene Abschnitte in der zweiten Schicht können mit verschmolzenen Abschnitten der ersten Schicht verbunden werden. Die verschmolzenen Abschnitte in der ersten und zweiten Schicht können nicht nur dadurch miteinander verschmolzen werden, dass das Pulver in der zuoberst gelegenen Schicht geschmolzen wird, sondern auch dadurch, dass zumindest ein Teil einer Dicke einer Schicht direkt unter der obersten Schicht wieder geschmolzen wird.
1 stellt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer additiven Herstellungsvorrichtung 21 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar. Die additive Herstellungsvorrichtung 21 weist auf: eine Vakuumkammer 20, einen Aufbautank 10, einen Bearbeitungstisch 2, einen Pulvertisch 102, einen Pulverrechen 40, einen ersten drehbaren Pulverbehälter 34, einen zweiten Pulverbehälter 44, eine Elektronenkanone 6, eine erste Pulverführungsplatte 36, eine zweite Pulverführungsplatte 38 und ein Hitzeschild 42.
Die Ausführungsform in 1 weist zwei drehbare Pulverbehälter 34, 44 auf, die oberhalb des Bearbeitungstisches 2 angeordnet sind. Um an dem Pulvertisch 102 neben einem ersten Ende des Bearbeitungstisches 2 Pulver bereitzustellen, ist ein erster drehbarer Pulverbehälter 34 angeordnet, und um an dem Pulvertisch 102 neben einem zweiten Ende des Bearbeitungstisches 2 ebenfalls Pulver bereitzustellen ist ein zweiter Pulverbehälter 44 entsprechend angeordnet.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform kann allerdings lediglich ein drehbarer Pulverbehälter zur Bereitstellung einer vorbestimmten Pulvermenge auf dem Pulvertisch 102 entweder neben dem ersten Ende oder dem zweiten Ende des Bearbeitungstisches 2 angeordnet sein. Alternative Ausführungsformen mit mehr als zwei drehbaren Pulverbehältern sind auch möglich, wobei eine solche in größerem Detail weiter unten beschrieben wird.
In einer alternativen Ausführungsform sind zwei Pulverbehälter an einem Elektromotor angeordnet, um die Rotation beider Pulverbehälter hervorzurufen. Die beiden Pulverbehälter können beispielsweise mit einer Kette verbunden sein. Drehen eines Behälters mit einem einzelnen Motor wird beide Pulverbehälter dazu veranlassen, sich in der gleichen Richtung zu drehen, da sie miteinander über die Kette oder einem Riemen verbunden sind.
In 1 sind die drehbaren Pulverbehälter 34, 44 innerhalb der Vakuumkammer 20 angeordnet. Ein erster Elektromotor, der außerhalb der Vakuumkammer 20 angeordnet ist, ist über eine Welle durch die Vakuumkammer 20 mit dem ersten drehbaren Pulverbehälter 34 verbunden. Ein zweiter Elektromotor, der außerhalb der Vakuumkammer 20 angeordnet ist, ist über eine Welle durch die Vakuumkammer 20 mit dem zweiten drehbaren Pulverbehälter 34 verbunden. Die Geschwindigkeit und das Starten der Rotation der Pulverbehälter werden durch eine nicht gezeigte Steuereinheit gesteuert.
Die ersten und zweiten Pulverführungsplatten 36, 38 in 1 sind optional. Die Pulverführungsplatten 36, 38 können zum Führen von Pulver von dem Pulverbehälter zum Pulvertisch 102 verwendet werden. Durch die Pulverführungsplatten 36, 38 kann das Pulver von einem Ort, wo der Pulverbehälter angeordnet ist, zu einem anderen Ort nahe des Pulvertisches 102 geführt werden, an dem ein Ende der Pulverführungsplatte 36, 38 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass das Pulver durch die Pulverführungsplatte 36, 38 in einer Richtung hin zum Bearbeitungstisch 2 oder von diesem weg translatiert werden kann. Eine beispielhafte Ausführungsform der optionalen Pulverführungsplatten 36, 38 ist in 4 dargestellt. In der am weitesten links gelegenen Darstellung versetzt das Pulver um eine Entfernung Δ nach rechts. Die Pulverführungsplatte 36, 38 stellt das Pulver ferner in einer Rechenbewegungsrichtung an dem Pulvertisch 102 an einer stärker konzentrierten Position bereit. Ohne die Pulverführungsplatte 36, 38 würde das Pulver über eine Entfernung a ausgebreitet werden, da das Pulver von dem Pulverbehälter ausgegeben wird, wenn sich der Behälter dreht. Die Drehung wird den Auslass des Pulverbehälters über eine bestimmte Entfernung über den Pulvertisch bewegen. Diese Entfernung hängt im Wesentlichen von der Größe des Pulverbehälters ab. Je größer der Durchmesser des Pulverbehälters, desto größer wird die Entfernung α sein. Die Pulverführungsplatte 36, 38 ist nicht nur in der Lage, das Pulver von dem Pulverbehälter 34 zu einer vorbestimmten Position auf dem Pulvertisch zu führen, sondern kann das Pulver unter Verwendung von Führungsschienen 39, die an der Pulverführungsplatte 36, 38 angeordnet sind, auch ausbreiten. Der Pulverbehälter 34 kann, wie in 3 gezeigt, außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Das Pulver von dem Pulverbehälter 34 muss in solchen Fällen deshalb in die Vakuumkammer geleitet werden. Um die Größe der Öffnung in der Vakuumkammer zu reduzieren, können Größenreduktionsplatten 35a, 35b zwischen dem Pulverbehälter und der Vakuumkammer angeordnet sein. Diese Größenreduktionsplatten 35a, 35b fungieren als ein Trichter und reduzieren die räumliche Fläche eines Ventils 50a, 50b in die Vakuumkammer. Die Führungsschienen weisen eine Funktion dahingehend auf, das Pulver derart auszubreiten, dass eine Pulverlinie eine Länge aufweisen wird, die im Wesentlichen gleich der oder länger als die Breite des Bearbeitungstisches 2 ist.
Auch der Hitzeschild 42 in 1 ist optional. Er dient dazu, die Temperatur des nicht-verschmolzenen und verschmolzenen Pulvers in dem Aufbautank besser zu kontrollieren. Die Temperatur in dem Hitzeschild während des Herstellungsvorgangs ist mit einiger Wahrscheinlichkeit höher als die der umgebenden Bereiche innerhalb der Vakuumkammer.
Der Pulverrechen 40 bewegt sich in einer ersten Richtung vor und zurück, welche durch die Pfeile in 1 angezeigt ist. Von den drehbaren Pulverbehältern 34, 44 ausgegebenes Pulver kann auf den Bearbeitungstisch 2 im Wesentlichen entlang einer Linie in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung, in der sich der Pulverrechen 40 bewegt, ausgegeben werden. Dies bedeutet, dass der Pulverrechen und die Pulverlinie im Wesentlichen parallel sein können, bevor das Pulver gleichmäßig über den Bearbeitungstisch verteilt wird. In 1 ist diese Pulverlinie in einer in die Zeichenebene von 1 weisenden Richtung angeordnet. Die erste Richtung, in der sich der Pulverrechen 40 vor- und zurückbewegt, kann im Wesentlichen parallel mit einer Länge des Bearbeitungstisches sein. Die zweite Richtung, entlang welcher die Pulverlinie auf den Bearbeitungstisch aufgebracht wird, kann im Wesentlichen parallel zu einer Breite des Bearbeitungstisches sein.
5 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer additiven Herstellungsvorrichtung dar, welche mehrere externe, drehbare Pulverbehälter aufweist. Zusätzlich zu dem in 3 offenbarten weist 5 vier drehbare Pulverbehälter mehr auf. Ein erstes Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 weist drei drehbare Pulverbehälter 34a, 34b und 34c auf. Ein zweites Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 weist drei drehbare Pulverbehälter 44a, 44b und 44c auf. Eine Drehachse eines ersten drehbaren Pulverbehälters 34a in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 ist vertikal und horizontal bezüglich einer Drehachse eines zweiten drehbaren Pulverbehälters 34b in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 versetzt. Eine Drehachse des zweiten drehbaren Pulverbehälters 34b in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 ist vertikal und horizontal bezüglich einer Drehachse des dritten drehbaren Pulverbehälters 34c in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 versetzt.
Eine Drehachse eines ersten drehbaren Pulverbehälters 44a in dem zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 ist bezüglich einer Drehachse eines zweiten drehbaren Pulverbehälters 44b vertikal und horizontal in dem zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 versetzt. Eine Drehachse des zweiten drehbaren Pulverbehälters 44b in dem zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 ist bezüglich einer Drehachse des dritten drehbaren Pulverbehälters 44c in dem zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 vertikal und horizontal versetzt.
Von dem ersten Pulverbehälter 34a in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 ausgegebene Pulver werden über Größenreduktionsplatten 55a, 60 zu dem Ventil 50b in die Vakuumkammer 20 geleitet. Von dem zweiten Pulverbehälter 34b in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 ausgegebene Pulver werden über Größenreduktionsplatten 55b, 60 zu dem Ventil 50b in die Vakuumkammer 20 geleitet. Von dem dritten Pulverbehälter 34c in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 ausgegebene Pulver werden über Größenreduktionsplatten 55c, 60 zu dem Ventil 50b in die Vakuumkammer 20 geleitet.
Von dem ersten Pulverbehälter 44a im zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 ausgegebene Pulver werden über Größenreduktionsplatten 56a, 62 zum Ventil 50a in die Vakuumkammer 20 geleitet. Von dem zweiten Pulverbehälter 44b in dem zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 ausgegebene Pulver werden über Größenreduktionsplatten 56b, 62 zu dem Ventil 50a in die Vakuumkammer 20 geleitet. Von dem dritten Pulverbehälter 44c im zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 ausgegebene Pulver werden über Größenreduktionsplatten 56c, 62 zum Ventil 50a in die Vakuumkammer 20 geleitet.
Auf jeder Seite der Elektronenkanone 6 wird nur eine Öffnung benötigt. Die Öffnungen können mit Ventilen 50a, 50b versehen sein, welche geöffnet werden, um Pulver auf den Pulvertisch 102 aufzubringen. In der beispielhaften Ausführungsform ist eine beispielhafte Ausführungsform mit drei gestapelt angeordneten Pulverbehältern offenbart. Man kann unmittelbar verstehen, dass dies lediglich ein Beispiel ist, und jedwede Anzahl drehbarer Behälter in dem Magazin angeordnet werden kann.
Ein erster Pulverbehälter 34a in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 kann eine erste Materialart aufweisen. Ein zweiter Pulverbehälter 34b in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 kann eine zweite Materialart aufweisen. Ein dritter Pulverbehälter 34c in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 kann eine dritte Materialart aufweisen. Die ersten, zweiten und dritten Materialarten können die gleiche Zusammensetzung aber unterschiedliche Korngrößen aufweisen. Beispielsweise kann ein erster Bereich von Pulverkorngrößen in dem ersten Pulverbehälter 34a bereitgestellt sein, ein zweiter Bereich von Pulverkorngrößen kann in dem zweiten Pulverbehälter 34b bereitgestellt sein, und ein dritter Bereich von Pulverkorngrößen kann in dem dritten Pulverbehälter 34c bereitgestellt sein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können die ersten, zweiten und dritten Materialarten unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise kann in dem ersten Pulverbehälter 34a TiAl6 vorhanden sein, in dem zweiten Pulverbehälter 34b kann pures Ti vorhanden sein und in dem dritten Pulverbehälter 34c kann pures A1 vorhanden sein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist eine erste Materialart, beispielsweise TiAl6, in dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 bereitgehalten, und eine zweite Materialart, beispielsweise reines Ti, ist in dem zweiten Magazin drehbarer Pulverbehälter 72 bereitgehalten. In dem ersten Magazin drehbarer Pulverbehälter 70 weisen die verschiedenen Pulverbehälter 34a, 34b und 34c unterschiedliche Korngrößen der ersten Materialart, in diesem Fall TiAl6, auf. In dem zweiten Magazin von Pulverbehältern 72 weisen die verschiedenen Pulverbehälter 44a, 44b und 44c unterschiedliche Korngrößen der zweiten Materialart, in diesem Fall reines Ti, auf. Das dass erste und das zweite Material TiAl6 und reines Ti sind, ist lediglich ein Beispiel. Es ist unmittelbar einsichtig, dass diese ersten und zweiten Materialien durch jedwede andere Materialart, beispielsweise aus reinem Material oder einer spezifischen Legierung, z. B. unterschiedliche Superlegierungen oder Edelstähle, ersetzt werden können.
Mit dieser Art von Maschine ist es möglich, übereinandergeschichtete, dreidimensionale Metallstrukturen, d. h. Maschinenkomponenten, wie etwa Leitschaufeln für Turbinenmotoren, mit einer ersten Materialzusammensetzung oder ersten Materialeigenschaften an einem ersten Ende und einer zweiten Materialzusammensetzung oder zweiten Materialeigenschaften an einem zweiten Ende auszubilden. Die Materialzusammensetzungen können derart ausgewählt werden, dass sie an dem ersten Ende und dem zweiten Ende spezifische mechanische Eigenschaften, wie Biegsamkeit oder Zugbelastbarkeit, aufweisen, oder das Material kann hauptsächlich wegen seiner guten Wärmeeigenschaft ausgewählt werden.
Es kann auch möglich sein, dreidimensionale übereinandergeschichtete Strukturen aufzubauen, bei denen unterschiedliche Legierungen aufeinander geschichtet sind, beispielsweise unterschiedliche TiAl-Legierungen. Die aufeinandergeschichtete Struktur kann derart ausgeführt sein, dass ihre Zugbelastbarkeit, Biegsamkeit usw. maximiert wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können zwei Arten von Pulvermaterialien unter Verwendung eines dritten Pulvermaterials, von dem gesagt werden könnte, es fungiere als ein Verlötungsmaterial, miteinander verschmolzen werden.
Zumindest einer der Pulverbehälter kann ein Erwärmungselement zum Erwärmen des Pulvers und zum damit einhergehenden Entfernen von Feuchtigkeit aufweisen.
Das Erwärmen kann während der Drehung des Pulverbehälters ausgeführt werden. Feuchtigkeit kann aus dem Pulverbehälter über Vakuumpumpen, welche mit jedem Pulverbehälter in Verbindung stehen, oder mit einer Pumpe pro Magazin, entfernt werden.
6 bis 12 offenbaren eine erste beispielhafte Ausführungsform eines drehbaren Pulverbehälters und seine Funktionsweise. 13 bis 17 offenbaren eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines drehbaren Pulverbehälters und seine Funktionsweise.
6 stellt eine seitliche Querschnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Pulverbehälters 834 dar. Der Pulverbehälter in 6 ist derart dargestellt, dass er einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Natürlich ist jede andere Querschnittform möglich, beispielsweise elliptisch, rechteckig, dreieckig oder polygonal. Der Pulverbehälter 834 kann eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich oder länger als die Breite des Bearbeitungstisches 2 ist. Die Verwendung einer kürzeren Länge für den Pulverbehälter bezüglich der Breite des Bearbeitungstisches kann der Verwendung der oben erwähnten Führungsschienen 39 zum Aufweiten der Pulververteilung auf den Pulvertisch bedürfen. Der Pulverbehälter 834 ist mit einem Auslass 867 und einem Einlass 865 versehen. Der Einlass und der Auslass 867 stehen miteinander über eine erste Innenwand 860 und eine zweiten Innenwand 870 in Verbindung. Die zweite Innenwand 870 ist mit einem optionalen Vorsprung 869 an dem Einlass 865 versehen. Der optionale Vorsprung 869 weist eine Funktion dahingehend auf, Pulver 880 in den Einlass 865 einzulassen, wenn der Pulverbehälter 834 im Uhrzeigersinn gedreht wird, und das Eintreten von Pulver 880 in Einlass 865 zu verhindern, wenn der Pulverbehälter 834 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Pulver kann von einer Seite auf die andere Seite transferiert werden, wenn der Pulverbehälter in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Weitere Einrichtungen, um das Pulver in den Einlass zu bringen, können das Erhöhen einer der Innenwände 860, 870 gegenüber der anderen umfassen. In der beispielhaften Ausführungsform in 8 bis 14 ist die erste Innenwand 860 länger als die zweite Innenwand 870 ausgeführt. Die Größe und die Ausgestaltung des Einlasses bestimmen die in den Einlass eintretende Pulvermenge. Wenn der Pulverbehälter 834 wie in 8 angeordnet ist, wird aus dem Auslass kein Pulver 880 ausgegeben. Die feste Pulvermenge 899 ist in 11 und 17 durch das von dem Behälter 834 emittierte Pulver dargestellt.
In 7 ist der gleiche Pulverbehälter wie in 6 um 90° im Uhrzeigersinn gedreht dargestellt. Es wird immer noch kein Pulver aus dem Auslass 867 ausgegeben. In 8 wurde der Behälter ausgehend von der Position aus 7 um weitere 90° und ausgehend von der Position aus 6 um 180° gedreht. In dieser Position beginnt die Zufuhr von Pulver in den Einlass 865. Allerdings wird immer noch kein Pulver aus dem Auslass 867 ausgegeben.
9 stellt den Pulverbehälter 835 dar, wenn dieser ausgehend von der Position in 8 um weitere 90° und um 270° ausgehend von der Position in 6 gedreht wurde. Immer noch wird kein Pulver 880 aus dem Auslass 867 ausgegeben. In 10 wurde der Pulverbehälter von der Position aus 6 um 360° gedreht, d. h. um eine Umdrehung. Zwischen einer Drehung um 270° und 360° ausgehend von der Position in 6 beginnt die Ausgabe des Pulvers aus dem Auslass. Pulver wird innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Drehwinkeln, beispielsweise zwischen 300° bis 375° ausgegeben. Der Bereich hängt von der auszugebenden Pulvermenge und der Form und Größe der Innenwände, welche den Einlass und den Auslass verbinden, sowie den Eigenschaften (Fließfähigkeit) des Pulvers ab. In der in 6 bis 12 dargestellten Ausführungsform wird Pulver nur einmal pro Umdrehung des Pulverbehälters ausgegeben, wenn der Pulverbehälter im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn der Pulverbehälter gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, wird an keinem Drehwinkel Pulver ausgegeben. Das Merkmal, dass kein Pulver ausgegeben wird, wenn der Pulverbehälter entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, kann zum Trocknen des Pulvers verwendet werden. In einem Aufbau mit mehreren Pulverbehältern können Pulverbehälter, die zu gegebener Zeit nicht zum Aufbringen von Pulver auf den Pulvertisch verwendet werden, in einer Richtung gedreht werden, welche das Ausgeben von Pulver unterbindet. Gleichzeitig mit der Drehung dieser Pulverbehälter ohne Pulverausgabe kann eine Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen des Pulvers und dem damit einhergehenden Entfernen von Feuchtigkeit angeschaltet werden. Da die Pulverbehälter während des Herstellens des dreidimensionalen Artikels wiederbefüllt werden können, kann neues Pulver in einem wiederbefüllten Pulverbehälter oder einem Pulverbehälter, der für einige Zeit nicht verwendet wurde, vor Verwenden des Pulvers als Aufbaumaterial getrocknet werden.
11 und 12 illustrieren, dass die Funktionalität des Pulverbehälters auch für einen nahezu leeren Pulverbehälter erhalten bleibt. Wenn das Pulver ein vorbestimmtes Minimalniveau erreicht, ist die von dem Auslass ausgegebene Pulvermenge nicht mehr wohldefiniert. Wenn das Pulverniveau allerdings oberhalb dieses Minimalniveaus ist, ist die ausgegebene Pulvermenge im Wesentlichen für jede Umdrehung des Pulverbehälters 834 gleich.
Der in 8 bis 14 dargestellte Pulverbehälter ist an seinen Endwand-Abschnitten geschlossen und die Innenwände sind mit den Endwänden verbunden.
13 stellt eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Pulverbehälters 834 dar. In der beispielhaften Ausführungsform von 13 weist der Pulverbehälter 834 einen ersten Auslass 867, einen zweiten Auslass 868, einen ersten Einlass 865, einen zweiten Einlass 866, eine erste Innenwand 870, eine zweite Innenwand 872 und eine dritte Innenwand 874 auf. Der erste Einlass steht mit dem ersten Auslass über die erste Innenwand und die zweite Innenwand in Verbindung. Der zweite Auslass steht mit dem zweiten Einlass über die zweite Innenwand und die dritte Innenwand in Verbindung. Die erste und dritte Innenwand weisen eine Höhe auf, die kürzer als der Durchmesser des Pulverbehälters ist. Die zweite Innenwand ist mit ihren Enden mit einem Inneren des Pulverbehälters verbunden. In einer ersten beispielhaften Ausführungsform teilt die zweite Innenwand den Pulverbehälter in zwei gleiche Hälften 881, 882 und weist damit eine Länge gleich dem Innendurchmesser des Pulverbehälters auf. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform teilt die zweite Innenwand den Pulverbehälter in zwei ungleiche Hälften und weist deshalb eine Länge auf, die geringer als der Durchmesser des Pulverbehälters ist. Der Abstand der ersten Innenwand zur zweiten Innenwand kann kleiner oder größer als der Abstand zwischen der zweiten Innenwand und der dritten Innenwand oder gleich diesem sein. Die Größe und Form des Einlasses 865 können gleich der Größe und Form des Einlasses 866 sein oder sich von diesen unterscheiden. Die zwei Hälften können unterschiedliche Arten von Pulver aufweisen. Eine erste Hälfte 881 kann eine erste Materialart 880a aufweisen, und eine zweite Hälfte 882 kann eine zweite Materialart 880b aufweisen.
An der in 15 dargestellten Position, d. h. einer Anfangsposition, wird von dem Pulverbehälter 834 kein Pulver ausgegeben. In 16 wurde der Pulverbehälter 834 um 45° ausgehend von der Anfangsposition gedreht. Immer noch wird kein Pulver von den Auslässen 867, 868 ausgegeben, allerdings beginnt die Zufuhr von Pulver in den zweiten Einlass 866. In 17 wurde der Pulverbehälter um 90° gedreht. Kein Pulver wird ausgegeben, aber Pulver wird in den ersten Einlass eingegeben. In 18 ist der Pulverbehälter 834 ausgehend von der Anfangsposition um 135° gedreht. Es erfolgt der Beginn des Transfers von Pulver vom Einlass zum Auslass. Ferner beginnt die Eingabe von Pulver in den zweiten Einlass.
In 19 wurde der Pulverbehälter ausgehend von der Anfangsposition um 180° gedreht. Pulver wird von dem Auslass des Pulverbehälters 834 ausgegeben. Pulver kann von dem ersten Auslass an einem vorbestimmten Bereich von Drehwinkeln, welcher von 135° bis 190° reichen kann, ausgegeben werden. Pulver kann von dem zweiten Auslass in einem vorbestimmten Bereich von Drehwinkeln ausgegeben werden, welcher von 315° bis 370° reichen kann. In der in 15 bis 19 dargestellten, beispielhaften Ausführungsform wird von dem Pulverbehälter Pulver zweimal pro Umdrehung an den vorbestimmten Bereichen von Drehwinkeln ausgegeben. Die Menge, die bei diesen unterschiedlichen Gelegenheiten, welche bei konstanter Drehgeschwindigkeit zeitlich voneinander separiert sind, ausgegeben wird, kann in Abhängigkeit der Größe und Form der Einlässe und Innenwände des Pulverbehälters gleich oder unterschiedlich sein.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum wiederholten Verteilen einer vorbestimmten Pulvermenge auf eine Oberfläche bereitgestellt. Zumindest ein drehbarer Pulverbehälter ist über dieser Oberfläche angeordnet. Dieser drehbare Pulverbehälter weist zumindest einen Auslass auf, um der Oberfläche Pulver zuzuführen. Zumindest eine Öffnung in dem Behälter ist räumlich von dem zumindest einen Auslass getrennt und steht mit ihm in Verbindung. Eine feste Pulvermenge wird von dem Pulverbehälter zumindest innerhalb eines vorbestimmten Segments von Drehwinkeln des Pulverbehälters ausgegeben, solange mehr als eine vorbestimmte Pulvermenge in dem Behälter verbleibt, und zwar aus dem Auslass des Pulverbehälters auf die Oberfläche. Die feste Menge wird durch die Form und Größe der zumindest einen Öffnung innerhalb des Behälters bestimmt. Die Menge kann wiederholt auf die Oberfläche verteilt werden, solange Pulver in dem Behälter verbleibt und sich der Behälter dreht. Die Wiederholungsrate wird durch die Drehgeschwindigkeit des Behälters und die Ausgestaltung des Behälters bestimmt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein drehbarer Pulverbehälter bereitgestellt. Der Pulverbehälter weist zumindest einen Auslass auf, um Pulver auf eine Oberfläche aufzubringen. Zumindest eine Öffnung innerhalb des Behälters ist räumlich von dem Auslass getrennt und steht mit diesem in Verbindung.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und vielerlei Abwandlungen sind innerhalb des Rahmens der nachfolgenden Ansprüche möglich. Derartige Abwandlungen können neben dem beispielhaften Elektronenstrahl beispielsweise die Verwendung unterschiedlicher Energiestrahlquellen umfassen, wie etwa eines Laserstrahls. Andere Materialien als metallische Pulver können verwendet werden, wie etwa Polymer-Pulver oder Keramikpulver.

Claims

Additives Herstellungsverfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Artikels durch aufeinanderfolgende Fusion von Teilen von zumindest einer Schicht eines Pulverbetts (5), das auf einem Bearbeitungstisch (2) angeordnet ist, welche Teile aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Artikels entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen zumindest eines drehbaren Pulverbehälters über einem Pulvertisch (102), wobei der Pulverbehälter zumindest einen Auslass (867, 868) zum Aufbringen von Pulver auf den Pulvertisch (102), der neben dem Bearbeitungstisch (2) angeordnet ist, aufweist, wobei zumindest eine Öffnung innerhalb des Behälters räumlich von dem zumindest einen Auslass (867, 868) getrennt ist und mit diesem in Verbindung steht, wobei die zumindest eine Öffnung und der wenigstens eine Auslass (867, 868) über eine erste Innenwand (870) und eine zweite Innenwand (872) miteinander in Verbindung stehen, b. Drehen des Pulverbehälters (834), c. Ausgeben einer festen Pulvermenge von dem Pulverbehälter (834) während zumindest eines vorbestimmten Segments von Drehwinkeln des Pulverbehälters (834), solange mehr als eine vorbestimmte Pulvermenge in dem Behälter verbleibt, aus dem Auslass (867, 868) des Pulverbehälters (834) auf den Pulvertisch (102), wobei die feste Menge durch die Form und Größe der zumindest einen Öffnung innerhalb des Behälters bestimmt ist, d. Verteilen zumindest eines Teils der festen Pulvermenge von dem Pulvertisch (102) auf den Bearbeitungstisch (2) mit einer Verteilungseinrichtung zum Ausbilden zumindest eines Teils einer Schicht des Pulverbetts (5).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten: a. Bereitstellen zumindest eines ersten Behälters über einem Pulvertisch (102), wobei der erste Behälter geeignet ist, Pulver neben und in der Umgebung von einem ersten Ende des Bearbeitungstisches (2) bereitzustellen, b. Bereitstellen zumindest eines zweiten Behälters über dem Pulvertisch (102), wobei der zweite Behälter geeignet ist, Pulver neben und in der Umgebung von einem zweiten Ende des Bearbeitungstisches (2) bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, ferner mit dem Schritt des Bereitstellens einer ersten Materialart in einem ersten Behälter und einer zweiten Materialart in einem zweiten Behälter.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem sich die erste und zweite Materialart nur in der Pulverkorngröße unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem sich die erste und zweite Materialart in der Materialzusammensetzung unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit dem Schritt des Bereitstellens einer Erwärmungseinrichtung in zumindest einem der Pulverbehälter (834) zum Trocknen des Pulvers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Pulver ausgegeben wird, wenn der Pulverbehälter (834) in eine erste Richtung gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, ferner mit dem Schritt des Drehens des Pulverbehälters (834) in eine zweite Richtung zum Verhindern der Pulverausgabe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit dem Schritt des Trennens von Pulverbehälter (834) und Vakuumkammer (20) durch ein Ventil, was einen Pulverbehälterwechsel während eines additiven Herstellungsprozesses erlaubt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit dem Schritt des Bereitstellens zumindest einer Führungsplatte (36, 38) zum Führen von Pulvermaterial von dem Pulverbehälter (834) zum Bearbeitungstisch (2).
Additive Herstellungsvorrichtung zum Ausbilden eines dreidimensionalen Artikels durch aufeinanderfolgende Fusion von Teilen von zumindest einer Schicht eines Pulverbetts (5), das auf einem Bearbeitungstisch (2) angeordnet ist, welche Teile aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Artikels entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest einen drehbaren Pulverbehälter (834) über dem Bearbeitungstisch (2) aufweist, der Pulverbehälter (834) zumindest einen Auslass (867, 868) zum Aufbringen von Pulver auf einen Pulvertisch (102), der neben dem Bearbeitungstisch (2) angeordnet ist, aufweist, zumindest eine Öffnung innerhalb des Behälters räumlich von dem zumindest einen Auslass (867, 868) getrennt ist und mit diesem in Verbindung steht, wobei die zumindest eine Öffnung und der wenigstens eine Auslass (867, 868) über eine erste Innenwand (870) und eine zweite Innenwand (872) miteinander in Verbindung stehen und eine Verteilungseinrichtung zum Verteilen zumindest eines Teils der festen Pulvermenge von dem Pulvertisch (102) zu dem Bearbeitungstisch (2) zum Ausbilden zumindest eines Teils einer Schicht des Pulverbetts (5) bereitgestellt wird.
Additive Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der zumindest ein erster Behälter oberhalb des Pulvertisches (102) angeordnet ist, wobei der erste Behälter geeignet ist, an dem Pulvertisch (102) neben und in der Umgebung von dem ersten Ende des Bearbeitungstisches (2) Pulver bereitzustellen, und zumindest ein zweiter Behälter oberhalb des Pulvertisches (102) angeordnet ist, wobei der zweite Behälter geeignet ist, an dem Pulvertisch (102) neben und in der Umgebung von dem zweiten Ende des Bearbeitungstisches (2) Pulver bereitzustellen.
Additive Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei der eine Erwärmungseinrichtung in zumindest einem der Pulverbehälter (834) zum Trocknen des Pulvers angeordnet ist.
Additive Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welcher Pulverbehälter (834) und Vakuumkammer (20) durch ein Ventil getrennt sind, was während eines additiven Herstellungsprozesses einen Pulverbehälterwechsel erlaubt.
Additive Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der zumindest eine Pulverführungsplatte (36, 38) zum Führen von Pulvermaterial von dem Pulverbehälter (834) zum Bearbeitungstisch (2) bereitgestellt ist.