DE102014217115A1 - INTERMEDIATE REMOVAL OF INTERACTION PRODUCTS IN A GENERATIVE MANUFACTURING METHOD - Google Patents

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Alexander Ladewig
Georg Schlick
Thomas Hess
Maximilian Fisser
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), wobei der hochenergetische Strahl (13) bei der Erzeugung einer Schicht entlang einer oder mehreren ersten Bahnen (22) über das zu verbindende Pulver geführt wird, wobei die eine oder mehreren ersten Bahnen (22) so geführt sind, dass die eine oder mehreren ersten Bahnen (22) zueinander und/oder untereinander in zueinander parallelen Teilstrecken seitlich beabstandet ausgeführt werden, sodass Zwischenräume ohne Wechselwirkung von hochenergetischem Strahl und Pulver verbleiben, wobei das Pulver der Zwischenräume nachfolgend bei der Führung des hochenergetischen Strahls entlang einer oder mehreren zweiten Bahnen (23) mit dem hochenergetischen Strahl (13) wechselwirkt, und wobei zwischen der Führung des hochenergetischen Strahls (13) entlang einer oder mehreren ersten Bahnen (22) und der Führung des hochenergetischen Strahls (13) entlang einer oder mehreren zweiten Bahnen (23) Wechselwirkungsprodukte (21) aus den Zwischenräumen entfernt werden.The present invention relates to a method for the generative production of components by laminating powder particles to one another and / or with a semifinished product or substrate already produced by selective interaction of the powder particles with a high-energy beam (13), wherein the high-energy beam (13) during production a layer along one or more first tracks (22) is passed over the powder to be connected, wherein the one or more first tracks (22) are guided so that the one or more first tracks (22) to each other and / or with each other in each other parallel spaced sections so that spaces remain without interaction of high energy jet and powder, wherein the powder of the spaces subsequently in the guidance of the high energy beam along one or more second tracks (23) interacts with the high energy beam (13), and wherein zwis The guidance of the high energy beam (13) along one or more first tracks (22) and the guidance of the high energy beam (13) along one or more second tracks (23) removes interaction products (21) from the spaces.

Description

HINTERGUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selektiven Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen. The present invention relates to a method and a device for the generative production of components by layer-wise joining of powder particles to one another and / or with an already produced semi-finished product or substrate by selective interaction of the powder particles with a high-energy beam, in particular a method and a device for selective laser or electron beam melting.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Generative Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, selektives Elektronenstrahlschmelzen oder Laserauftragsschweißen, bei denen das Bauteil schichtweise unter Einsatz von Pulvermaterial aufgebaut wird, werden in der Industrie für das sogenannte rapid tooling, rapid prototyping oder auch für die Herstellung von Serienprodukten im Rahmen des rapid manufacturing eingesetzt. Insbesondere können derartige Verfahren auch zur Herstellung von Turbinenteilen, insbesondere von Teilen für Flugzeugtriebwerke eingesetzt werden, bei denen beispielsweise auf Grund des verwendeten Materials derartige generative Herstellungsverfahren vorteilhaft sind. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 10 2010 050 531 A1 . Generative manufacturing processes for producing a component, such as selective laser melting, selective electron beam melting or laser deposition welding, in which the component is built up in layers using powder material, are in the industry for the so-called rapid tooling, rapid prototyping or for the production of series products in the frame used in rapid manufacturing. In particular, such methods can also be used for the production of turbine parts, in particular of parts for aircraft engines, in which, for example, due to the material used, such generative production methods are advantageous. An example of this can be found in the DE 10 2010 050 531 A1 ,

Bei der generativen Herstellung mit einem schichtweisen Aufbringen von Material kann es jedoch zur Ausbildung von Materialverdampfungen aus der Schmelze oder zur Entstehung von Schweißspritzern kommen, die die generative Fertigung beeinträchtigen können. So können durch Abscheidung von Schweißspritzern oder allgemein Wechselwirkungsprodukten zwischen hochenergetischem Strahl und Pulver auf noch nicht aufgeschmolzenem Pulvermaterial Werkstofffehler bei nachfolgenden Schweißprozessen entstehen. Dadurch kann es zum Ausfall und Versagen des Bauteils bei der späteren Anwendung kommen, was entsprechend vermieden werden muss. In generative production with a layered application of material, however, it may lead to the formation of material evaporations from the melt or the formation of weld spatter, which can affect the generative manufacturing. Thus, deposition of weld spatters or generally interaction products between high-energy jet and powder on not yet melted powder material may cause material defects in subsequent welding processes. This can lead to failure and failure of the component in the subsequent application, which must be avoided accordingly.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl bereitzustellen, bei denen das oben geschilderte Problem der Werkstofffehler durch Schweißspritzer vermieden bzw. zumindest verringert werden kann. Gleichwohl soll das Verfahren einfach durchführbar und die Vorrichtung einfach aufgebaut und bedienbar sein, um die entsprechende generative Herstellung in industriellen Prozessen einsetzen zu können. It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for the generative production of components by layering of powder particles with each other and / or with an already produced semi-finished or substrate by selective interaction of the powder particles with a high-energy beam, in which the above-described Problem of material defects can be avoided or at least reduced by welding spatter. Nevertheless, the method should be easy to carry out and the device should be simple to set up and operate in order to use the corresponding generative production in industrial processes.

TECHNISCHE LÖSUNG TECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 9. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung setzt bei der generativen Herstellung eines Bauteils durch schichtweises Abscheiden von Schichten aus Pulvermaterial zur Lösung des oben geschilderten Problems darauf, mögliche Wechselwirkungsprodukte aus der Wechselwirkung eines hochenergetischen Strahls mit dem Pulver, die sich auf zum Wechselwirkungsbereich benachbarten Bereichen abgeschieden haben, vor einer weiteren Bestrahlung des mit Wechselwirkungsprodukten kontaminierten Bereichs zu entfernen und/oder umzulagern. Damit wird vermieden, dass Wechselwirkungsprodukte, wie Schweißspritzer, in das herzustellende Bauteil eingebaut werden oder eine fehlerhafte Wechselwirkung des hochenergetischen Strahls mit dem Pulver verursachen, die ebenfalls zu Bauteilfehlern führen kann. The invention, in the generative fabrication of a device by layering layers of powdered material to solve the problem outlined above, contemplates possible interaction products from the interaction of a high energy jet with the powder deposited on regions adjacent to the interaction region, prior to further irradiation remove and / or relocate the area contaminated with interaction products. This avoids that interaction products, such as welding spatter, are built into the component to be manufactured or cause a faulty interaction of the high-energy beam with the powder, which can also lead to component defects.

Unter Entfernen und/oder Umlagern der Wechselwirkungsprodukte wird verstanden, dass die Wechselwirkungsprodukte zumindest in den Bereichen in ihrer Menge reduziert sind, die für die nachfolgende Bestrahlung und Wechselwirkung des hochenergetischen Strahls mit dem Pulver vorgesehen sind, sodass nachteilige Auswirkungen durch den Einbau von undefinierten Wechselwirkungsprodukten in die abzuscheidende Schicht möglichst vermieden oder zumindest reduziert werden können. Werden die Wechselwirkungsprodukte nicht entfernt, sondern nur umgelagert, also in unkritische Bereiche verlagert, kann eine weitere Bearbeitung im Sinne einer Entfernung vor dem Abscheiden einer neuen Schicht durchgeführt werden oder die Umlagerung ist durch eine gleichmäßige Verteilung der Wechselwirkungsprodukte oder Abbau von Wechselwirkungsproduktkonzentrationen ausreichend, um eine weitere Abscheidung einer Schicht oder Teilschicht vorzunehmen. Entsprechend ist auch der Begriff einer Materialentfernungseinrichtung zu verstehen, die ebenfalls die Entfernung und/oder Umlagerung von Wechselwirkungsprodukten bewirken kann. Removal and / or rearrangement of the interaction products is understood to reduce the interaction products at least in the ranges provided for subsequent irradiation and interaction of the high-energy beam with the powder, such that adverse effects of incorporation of undefined interaction products into the product the layer to be deposited can be avoided or at least reduced as much as possible. If the interaction products are not removed, but only rearranged, ie shifted into uncritical regions, further processing can be carried out in the sense of removal before the deposition of a new layer, or the rearrangement is sufficient to produce a uniform distribution of the interaction products or reduction of interaction product concentrations make further deposition of a layer or sub-layer. Accordingly, the term of a material removal device is to be understood, which can also effect the removal and / or rearrangement of interaction products.

Um die generative Herstellung des Bauteils effizient zu gestalten, kann die Bestrahlungsstrategie, also die Reihenfolge der Bestrahlung einer Pulverschicht mit dem hochenergetischen Strahl zur Abscheidung einer Schicht, in geeigneter Weise angepasst werden. Somit kann vorgesehen werden, dass der hochenergetische Strahl so in ersten Bewegungsbahnen relativ zum Pulver geführt wird, dass zwischen den ersten Bahnen oder benachbarten Teilstücken einer ersten kontinuierlichen Bahn Zwischenräume verbleiben, die zunächst nicht bestrahlt werden. Vor einer Bestrahlung dieser Zwischenräume entlang einer oder mehrerer zweiter Bewegungsbahnen des hochenergetischen Strahls relativ zum Pulver können dann Wechselwirkungsprodukte des hochenergetischen Strahls mit dem Pulver während der Bewegung entlang der ersten Bahn(en), die sich in den Zwischenräumen bzw. den zukünftigen zweiten Bewegungsbahn(en) abgeschieden haben, entfernt werden. To make the generative production of the component efficient, the Irradiation strategy, ie the order of irradiation of a powder layer with the high-energy beam for depositing a layer to be adjusted in a suitable manner. It can thus be provided that the high-energy beam is guided in first movement paths relative to the powder such that intermediate spaces remain between the first tracks or adjacent sections of a first continuous track which are not initially irradiated. Prior to irradiating these gaps along one or more second paths of the high energy beam relative to the powder, interaction products of the high energy beam with the powder may then travel along the first path (s) extending in the gaps or future second trajectory (s) ) have been removed.

Bei einer generativen Herstellung, wie dem selektiven Laserschmelzen oder dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen, mit einem Pulverbett, kann eine Schiebeeinrichtung, mit der das Pulverbett schichtweise erzeugt wird, zur Entfernung von Wechselwirkungsprodukten der Wechselwirkung zwischen dem hochenergetischen Strahl und dem Pulver während der Abscheidung einer Schicht eingesetzt werden. Hierzu kann ein Schieber einer Schiebeeinrichtung nach einer ersten Teilbestrahlung der Pulverschicht über die Pulverschicht verfahren werden, um Wechselwirkungsprodukte, wie Schweißspritzer, der ersten Teilbestrahlung zu entfernen, so dass eine nachfolgende, mindestens zweite Teilbestrahlung unbelastet durch mögliche Wechselwirkungsprodukte der ersten oder einer vorangehenden Teilbestrahlung durchgeführt werden kann. In generative fabrication, such as selective laser melting or selective electron beam melting, with a powder bed, a shifter which produces the powder bed in layers may be used to remove interaction products of the interaction between the high energy jet and the powder during deposition of a layer , For this purpose, a slide of a sliding device can be moved over the powder layer after a first partial irradiation of the powder layer in order to remove interaction products, such as spatter, of the first partial irradiation, so that a subsequent, at least second partial irradiation is carried out unloaded by possible interaction products of the first or a preceding partial irradiation can.

Bei einer Verwendung eines Schiebers zur Entfernung der Wechselwirkungsprodukte, der üblicherweise zwischen der Abscheidung der einzelnen Schichten zum Pulverauftrag eingesetzt wird, kann auch zusätzlich neues Pulver während der Abscheidung einer einzelnen Schicht nachgeführt werden. When using a slide to remove the interaction products, which is usually used between the deposition of the individual layers for powder application, additional new powder can also be tracked during the deposition of a single layer.

Statt der Verwendung des Schiebers einer Schiebereinrichtung, die ursprünglich und hauptsächlich zur Aufbringung einer neuen Pulverschicht verwendet wird, kann eine entsprechende Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen zusätzliche Komponenten einer Materialentfernungseinrichtung umfassen, mit deren Hilfe Wechselwirkungsprodukte aus dem Bearbeitungsbereich und insbesondere dem Bestrahlungsbereich für die Bestrahlung des Pulvers zur Abscheidung der nächsten Schicht entfernt werden kann. Neben eines Entsorgungsbereichs für Wechselwirkungsprodukte, wie beispielsweise ein Abfallsammelbehälter, in den die Wechselwirkungsprodukte geleert werden können, kann eine Materialentfernungseinrichtung zusätzliche Komponenten umfassen, die speziell für die Entfernung oder Umlagerung von Wechselwirkungsprodukten ausgebildet sind. Diese zusätzlichen Komponenten können beispielsweise mit der Pulverauftragseinrichtung, wie beispielsweise einem entsprechenden Schieber gekoppelt sein. Zusätzlich oder alternativ können entsprechende Komponenten einer Materialentfernungseinrichtung auch mit der Bestrahlungseinrichtung gekoppelt sein, beispielsweise in der Art, dass die Materialentfernungseinrichtung bzw. Komponenten davon koordiniert mit dem hochenergetischen Strahl über den Bearbeitungsbereich bzw. die abzuscheidende Pulverschicht geführt wird, um Wechselwirkungsprodukte einer vorangegangenen Wechselwirkung des hochenergetischen Strahls mit dem Pulver aus dem Bereich zu entfernen, der als nächstes bestrahlt werden soll. Instead of using the slider of a slide device which is originally and mainly used to apply a new powder layer, a corresponding device for the additive production of components may comprise additional components of a material removal device, with the aid of which interaction products from the processing area and in particular the irradiation area for the irradiation of Powder can be removed to deposit the next layer. In addition to a disposal area for interaction products, such as a waste collection bin into which the interaction products may be emptied, a material removal facility may include additional components specifically designed for the removal or rearrangement of interaction products. These additional components may, for example, be coupled to the powder applicator, such as a corresponding slider. Additionally or alternatively, corresponding components of a material removal device may also be coupled to the irradiation device, for example in such a way that the material removal device or components thereof is guided in coordination with the high-energy beam over the processing region or the powder layer to be deposited in order to produce interaction products of a preceding interaction of the high-energy Remove the jet with the powder from the area to be irradiated next.

Die Materialentfernungseinrichtung kann beispielsweise einen Pflug oder eine Art eines Pflugs aufweisen, welcher entlang der noch nicht bestrahlten Bahnen bewegbar ist, um dort aus vorangegangenen Bestrahlungen befindliche Wechselwirkungsprodukte in benachbarte Bereiche zu schieben bzw. zu verlagern. Ein entsprechender Pflug kann eine vollständige eigenständige Bewegungseinrichtung aufweisen mit deren Hilfe der Pflug über den Bearbeitungsbereich geführt werden kann. The material removal device may, for example, comprise a plow or a kind of plow which is movable along the webs not yet irradiated, in order to push or displace interaction products from preceding irradiations into adjacent regions. A corresponding plow may have a complete independent movement device with the aid of which the plow can be guided over the processing area.

Nach einer weiteren Alternative kann die Materialentfernungseinrichtung eine Art Kehrschaufel und/oder eine Absaugeinrichtung zur Aufnahme von Wechselwirkungsprodukten aufweisen, die ebenfalls über den Bearbeitungsbereich geführt werden können. Diese können beispielsweise mit einer Beschichtungseinrichtung in Form eines Schiebers oder Schiebeelements zur Aufbringung einer neuen Pulverschicht kombiniert sein, sodass an dem Schieber einer Pulveraufbringungseinrichtung an einer Seite eine Beschichterklinge angeordnet ist, die es ermöglicht, eine definierte Pulverschicht aufzubringen, während an der anderen Seite eine Kehrschaufel und/oder eine Absaugvorrichtung zur Aufnahme von Wechselwirkungsprodukten vorgesehen sind. Je nach Bewegungsrichtung oder Ausrichtung kann dann das Schiebeelement entweder zur Aufbringung von neuem Pulver für eine neue Pulverschicht oder zur Absaugung und Aufnahme von Wechselwirkungsprodukten eingesetzt werden. According to a further alternative, the material removal device may comprise a type of dustpan and / or a suction device for receiving interaction products, which may also be guided over the processing area. These may for example be combined with a coating device in the form of a slider or sliding element for applying a new powder layer, so that on the slider of a powder application device on one side a coater blade is arranged, which makes it possible to apply a defined powder layer, while on the other side a dustpan and / or a suction device for receiving interaction products are provided. Depending on the direction of movement or orientation, the sliding element can then be used either for applying new powder for a new powder layer or for suction and absorption of interaction products.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Materialentfernungseinrichtung ein separates Räumelement aufweisen, das unabhängig von einer Pulveraufbringungseinrichtung mit einem Schieberelement zur Aufbringung einer Pulverschicht lediglich zur Entfernung und oder Verlagerung von Wechselwirkungsprodukten dient. Beispielsweise kann das zusätzliche Räumelement als flexibles Seil- oder Bandelement ausgeführt sein, welches an einer Drehachse befestigt ist, um durch eine Drehung der Drehachse über dem Bearbeitungsbereich geschwenkt zu werden, um so Wechselwirkungsprodukte abzustreifen oder abzuräumen. According to a further embodiment, the material removal device may comprise a separate clearing element which, independently of a powder application device with a slide element for applying a powder layer, serves only for the removal and / or displacement of interaction products. For example, the additional clearing element can be designed as a flexible cable or band element, which is fastened on an axis of rotation, in order to rotate by rotating the axis of rotation over the processing area to be panned so as to strip or clear off interaction products.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in The accompanying drawings show in a purely schematic manner in FIG

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen am Beispiel des selektiven Laserschmelzens, 1 a schematic representation of an apparatus for the generative production of components using the example of selective laser melting,

2 eine Darstellung der Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem Pulver, 2 a representation of the interaction of the laser beam with the powder,

3 eine Schnittansicht durch eine aufzubringende Schicht mit ersten und zweiten Bewegungsbahnen des Laserstrahls, 3 a sectional view through a layer to be applied with first and second movement paths of the laser beam,

4 eine Darstellung der Strahlbewegung und der Bestrahlungsreihenfolge in einer Draufsicht auf das Pulverbett beziehungsweise die Bauteilaufnahme einer Vorrichtung aus 1, 4 a representation of the beam movement and the irradiation order in a plan view of the powder bed or the component receiving a device 1 .

5 eine Darstellung einer ersten Materialentfernungseinrichtung, 5 a representation of a first material removal device,

6 eine Draufsicht auf einen Bearbeitungsbereich mit einer zweiten Ausführungsform einer Materialentfernungseinrichtung, und in 6 a plan view of a processing area with a second embodiment of a material removal device, and in

7 eine Draufsicht auf einen Bearbeitungsbereich und den Pulvervorrat sowie einen Entsorgungsbereich für Wechselwirkungsprodukte mit einem schwenkbaren Band gemäß einer Materialentfernungseinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform. 7 a plan view of a processing area and the powder supply and a disposal area for interaction products with a hinged belt according to a material removal device according to another embodiment.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE EMBODIMENTS

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of embodiments, wherein the invention is not limited to these embodiments.

Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1, wie sie beispielsweise für das selektive Laserschmelzen zur generativen Herstellung eines Bauteils Verwendung finden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Hubtisch 2, auf dessen Plattform ein Halbzeug 3 angeordnet ist, auf dem schichtweise Material abgeschieden wird, um ein dreidimensionales Bauteil zu erzeugen. Hierzu wird mittels des Schiebers 8 Pulver, das sich oberhalb eines Hubtisches 9 in einem Pulvervorrat 10 befindet, schichtweise über das Halbzeug 3 geschoben und anschließend durch den Laserstrahl 13 eines Lasers 4 durch Aufschmelzen mit dem bereits vorhandenen Halbzeug 3 verbunden. Nach vollständiger Aufbringung einer Schicht 5 wird der Hubtisch 2 entsprechend der mit dem Pfeil 7 angedeuteten Bewegungsmöglichkeit abgesenkt, um mit dem Schieber 8 eine neue Pulverschicht aufbringen zu können. The 1 shows in a purely schematic representation of a device 1 as can be used, for example, for the selective laser melting for the generative production of a component. The device 1 includes a lift table 2 on whose platform a semi-finished product 3 is arranged, is deposited on the layered material to produce a three-dimensional component. For this purpose, by means of the slider 8th Powder, which is above a lifting table 9 in a powder supply 10 is in layers over the semifinished product 3 pushed and then by the laser beam 13 a laser 4 by melting with the already existing semi-finished product 3 connected. After complete application of a layer 5 becomes the lift table 2 according to the arrow 7 indicated movement possibility lowered to the slider 8th to be able to apply a new layer of powder.

Die Verbindung des Pulvermaterials in einer Pulverschicht 5 mit dem Halbzeug 3 erfolgt durch den Laser 4 abhängig von der gewünschten Kontur des zu fertigenden Bauteils, sodass beliebige, dreidimensionale Formen erzeugt werden können. Entsprechend wird der Laserstrahl 13 über das Pulverbett 12 geführt, um durch unterschiedliche Auftreffpunkte auf dem Pulverbett entsprechend der Kontur des dreidimensionalen Bauteils in der der Pulverschichtebene entsprechenden Schnittebene des zu erzeugenden Bauteils Pulvermaterial aufzuschmelzen und mit dem bereits erzeugten Teil eines Bauteils oder einem anfänglich bereit gestellten Substrat zu verbinden. Hierbei kann der Laserstrahl 13 durch eine geeignete Ablenkeinheit über die Oberfläche des Pulverbetts 12 geführt werden und/oder das Pulverbett könnte gegenüber dem Laserstrahl 13 bewegt werden. The compound of the powder material in a powder layer 5 with the semi-finished product 3 done by the laser 4 depending on the desired contour of the component to be manufactured, so that any three-dimensional shapes can be generated. Accordingly, the laser beam becomes 13 over the powder bed 12 guided to melt by different impact points on the powder bed according to the contour of the three-dimensional component in the powder layer plane corresponding cutting plane of the component to be produced powder material and to connect with the already generated part of a component or an initially provided substrate. Here, the laser beam 13 by a suitable deflection unit over the surface of the powder bed 12 be guided and / or the powder bed could be compared to the laser beam 13 to be moved.

Wie in 2 schematisch im Detail dargestellt, können bei der Wechselwirkung des Laserstrahls 13 mit dem Pulver und der Entstehung der Schmelze 20 Verdampfungen oder Schweißspritzer entstehen, die sich als Wechselwirkungsprodukte 21 auf zu der Bahn 22 des Laserstrahls 13 benachbarten Bereichen abscheiden. Diese Wechselwirkungsprodukte 21 werden erfindungsgemäß vor einer weiteren Wechselwirkung des Laserstrahls 13 mit dem Pulver im Bereich der abgeschiedenen Wechselwirkungsprodukte 21 entfernt. As in 2 shown schematically in detail, can in the interaction of the laser beam 13 with the powder and the formation of the melt 20 Evaporation or spattering occurs as an interaction product 21 on to the train 22 of the laser beam 13 Separate adjacent areas. These interaction products 21 According to the invention before a further interaction of the laser beam 13 with the powder in the area of the deposited interaction products 21 away.

Bei der Vorrichtung der 1 kann hierzu der Schieber 8 verwendet werden, der nach einer Wechselwirkung des Laserstrahls 13 mit dem Pulver der aufzubringenden Schicht 5 entlang einer ersten Bahn 22 über die Schicht 5 gefahren wird, um überstehende Wechselwirkungsprodukte 21 zu entfernen und in den Entsorgungsbereich 6 für Wechselwirkungsprodukte der Vorrichtung der 1 zu schieben. Gleichzeitig kann zusätzliches neues Pulver für die nachfolgend zu bestrahlenden Bereiche bereitgestellt werden. Allerdings wird die Höhe des Hubtisches 2 nicht verstellt, da noch keine neue Schicht aufgebracht werden soll, sondern lediglich die aktuelle Schicht fertig gestellt werden soll. In the device of 1 this can be the slider 8th used after an interaction of the laser beam 13 with the powder of the applied layer 5 along a first lane 22 over the layer 5 is driven to supernatant interaction products 21 to remove and to the disposal area 6 for the device's interaction products 1 to push. At the same time additional new powder can be provided for the areas to be subsequently irradiated. However, the height of the lift table 2 not adjusted, since no new layer is yet to be applied, but only the current layer is to be completed.

Um die Entfernung der Wechselwirkungsprodukte 21 effektiv zu gestalten, kann der Laserstrahl 13 bei einer ersten Bestrahlung entlang mehrerer erster Bahnen 22 oder einer kontinuierlichen ersten Bahn 22 mit mehreren, zueinander benachbarten Teilstrecken geführt werden, wobei zwischen den ersten Bahnen 22 und/oder entsprechenden Teilstrecken einer einzigen ersten Bahn 22 Zwischenräume verbleiben, um zu verhindern, dass Wechselwirkungsprodukte einer vorangegangenen Wechselwirkung zwischen Laserstrahl 13 und Pulver bei der nachfolgenden Wechselwirkung in die Schicht eingebaut werden oder die Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Pulver stören. Die in den Zwischenräumen abgeschiedenen Wechselwirkungsprodukte werden vor einer weiteren Bestrahlung des Pulvers entlang einer oder mehreren zweiten Bahnen 23 entfernt. Die Zwischenräume entsprechen hierbei den Bereichen für die zweite(n) Bahn(en) 23. Dies ist in 3 in einer Schnittansicht gezeigt, wo zu erkennen ist, dass zwischen ersten Bahnen 22 jeweils ein Zwischenraum vorgesehen ist, der den zweiten Bahnen 23 entspricht. Die 3 zeigt die zweiten Bahnen 23 vor deren Bestrahlung und vor der Entfernung der Wechselwirkungsprodukte 21, die durch die Wechselwirkung des Laserstrahls 13 bei der Bestrahlung des Pulvers entlang der ersten Bahnen 22 entstanden sind, durch den Schieber 8. To remove the interaction products 21 can effectively shape the laser beam 13 at a first irradiation along several first tracks 22 or a continuous first web 22 be guided with a plurality of mutually adjacent sections, wherein between the first tracks 22 and / or corresponding sections of a single first lane 22 Gaps remain to prevent Interaction products of a previous interaction between laser beam 13 and powder are incorporated in the subsequent interaction in the layer or interfere with the interaction between laser beam and powder. The interaction products deposited in the interstices become prior to further irradiation of the powder along one or more second lanes 23 away. The spaces correspond to the areas for the second track (s) 23 , This is in 3 shown in a sectional view, where it can be seen that between first tracks 22 in each case a gap is provided, the second tracks 23 equivalent. The 3 shows the second tracks 23 before their irradiation and before the removal of the interaction products 21 caused by the interaction of the laser beam 13 during the irradiation of the powder along the first tracks 22 originated by the slider 8th ,

In 4 ist eine Draufsicht auf das Pulverbett 12 bzw. den Bearbeitungsbereich der Vorrichtung aus 1 dargestellt, in der eine Bestrahlungsreihenfolge bzw. Bestrahlungsstrategie mit entsprechenden Bewegungsbahnen 22, 23 des Laserstrahls 13 über das Pulverbett gezeigt ist. In 4 is a plan view of the powder bed 12 or the processing area of the device 1 represented in the one irradiation order or irradiation strategy with corresponding trajectories 22 . 23 of the laser beam 13 is shown above the powder bed.

Die 5 zeigt eine erste Ausführungsform einer Materialentfernungseinrichtung, wie sie bei der Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen gemäß 1 verwendet werden kann. Die in 5 gezeigte Einrichtung kann in Kombination mit dem Schieber 8, der zum Aufbringen einer Pulverschicht 5 auf das zu beschichtende Halbzeug dient, eingesetzt werden. The 5 shows a first embodiment of a material removal device, as in the apparatus for selective laser melting according to 1 can be used. In the 5 shown device can in combination with the slider 8th for applying a powder layer 5 on the semifinished product to be coated used.

Wie der seitlichen Querschnittansicht der 5 zu entnehmen ist, weist der Schieber 8 an seiner Unterseite an einer Seite eine Beschichterklinge 14 auf, die es ermöglicht eine Pulverschicht mit definierter Schichtdicke auf dem Pulverbett 12 aufzubringen. Bezüglich der Bewegungsrichtung des Schiebers 8 gegenüberliegend an der anderen Seite des Schiebeelements 8 ist eine Art Kehrschaufel 16 angeordnet, an deren freien Ende eine rotierende Bürste 17 vorgesehen ist, mit der Material auf die Kehrschaufel 16 aufgebracht werden kann. Zusätzlich ist bei der Ausführungsform der 5 an der Kehrschaufel 16 eine Absaugvorrichtung 15 mit einer Absaugdüse vorgesehen, über die Material, das auf die Kehrschaufel 16 gelangt, abgesaugt werden kann. As the lateral cross-sectional view of 5 can be seen, the slide shows 8th on its underside on one side a coater blade 14 on which it allows a powder layer with a defined layer thickness on the powder bed 12 applied. Regarding the direction of movement of the slider 8th opposite to the other side of the sliding element 8th is a kind of dustpan 16 arranged at the free end of a rotating brush 17 is provided with the material on the dustpan 16 can be applied. In addition, in the embodiment of the 5 at the dustpan 16 a suction device 15 provided with a suction nozzle, over the material which is on the dustpan 16 passes, can be sucked off.

Wie sich unmittelbar aus der 5 ergibt, können durch Verfahren der Kehrschaufel 16 entlang der Oberfläche einer teilweise belichteten Schicht Wechselwirkungsprodukte 21 an den Rändern der teilweise bestrahlten Bereiche entfernt werden, die beispielsweise in Bereichen für eine nachfolgende Belichtung liegen. Um den Schieber entweder mit der Materialentfernungseinrichtung oder mit der Beschichterklinge 14 zu nutzen, kann der Schieber 8 drehbar ausgeführt sein, sodass in Bewegungsrichtung entweder die Beschichterklinge 14 oder die Materialentfernungseinrichtung vorlaufend ist. As can be seen directly from the 5 can be obtained by moving the dustpan 16 along the surface of a partially exposed layer of interaction products 21 be removed at the edges of the partially irradiated areas, which are for example in areas for a subsequent exposure. To the slide either with the material removal device or with the coater blade 14 to use, the slider can 8th be rotatable, so in the direction of movement either the coater blade 14 or the material removal device is leading.

Die 6 zeigt eine Draufsicht auf einen Bearbeitungsbereich mit Bahnen 22, die bereits ganz oder teilweise belichtet sind, und Bahnen 23, die unbelichtet sind. Auf den Bahnen 23 befinden sich teilweise Wechselwirkungsprodukte 21 aus der vorangegangenen Belichtung der Bahnen 22, welche mit einem Pflug 30, der entlang der unbelichteten Bahnen 23 verfahren werden kann, aus den unbelichteten Bereichen 23 geschoben werden können, sodass eine nachfolgende Belichtung ungestört von den Wechselwirkungsprodukten 21 erfolgen kann. Der Pflug 30 kann mit dem hochenergetischen Strahl, beispielsweise dem Laserstrahl so gekoppelt sein, dass der Pflug unmittelbar vorauslaufend zu dem Laserstrahl bewegt wird. Entsprechend ist in der Darstellung 6 die Schmelze 20 nachfolgend zum Pflug 30 dargestellt, wobei sich der Pflug 30 in Richtung der Spitze bewegt. The 6 shows a plan view of a processing area with tracks 22 which are already fully or partially exposed, and trains 23 that are unexposed. On the tracks 23 are partially interaction products 21 from the previous exposure of the webs 22 , which with a plow 30 moving along the unexposed pathways 23 can be moved from the unexposed areas 23 can be pushed so that subsequent exposure undisturbed by the interaction products 21 can be done. The plow 30 can be coupled to the high-energy beam, for example the laser beam so that the plow is moved immediately ahead of the laser beam. Accordingly, in the presentation 6 the melt 20 following to the plow 30 shown, with the plow 30 moved towards the top.

Die 7 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Materialentfernungseinrichtung, welche ein flexibles Räumelement 40 in Form eine Bandes beziehungsweise in der Art einer Peitsche umfasst, welches an einer Drehachse 41 angeordnet, sodass durch eine Drehung der Drehachse 41 das Band 40 über den Bearbeitungsbereich in Form des Pulverbetts 12 geschwenkt wird und so Wechselwirkungsprodukte, die sich auf der Schicht befinden in den Entsorgungsbereich 6 für Wechselwirkungsprodukte schiebt. The 7 shows a third embodiment of a material removal device, which is a flexible Räumelement 40 comprises in the form of a band or in the manner of a whip, which on an axis of rotation 41 arranged so that by rotation of the axis of rotation 41 the ribbon 40 over the processing area in the form of the powder bed 12 is pivoted and so interaction products that are located on the layer in the disposal area 6 slides for interaction products.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Änderungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein. Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to these embodiments, but rather changes in the manner that individual features can be omitted or other combinations of features can be realized as long as the scope of protection of the appended claims is not abandoned. The present disclosure includes all combinations of the features presented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen Device for selective laser melting
2 2
Hubtisch Lift table
3 3
Halbzeug Workpiece
4 4
Laser laser
5 5
Schicht layer
6 6
Entsorgungsbereich für Wechselwirkungsprodukte Disposal area for interaction products
7 7
Bewegung des Hubtisches Movement of the lifting table
8 8th
Schieber pusher
9 9
Hubtisch Lift table
10 10
Pulvervorrat powder storage
11 11
Gehäuse casing
12 12
Pulverbett powder bed
13 13
Laserstrahl laser beam
14 14
Beschichterklinge application blade
15 15
Absaugung suction
16 16
Kehrblech dustpan
17 17
Bürste brush
20 20
Schmelze melt
21 21
Wechselwirkungsprodukte Interaction products
22 22
erste Bahnen first tracks
23 23
zweite Bahnen second tracks
30 30
Pflug plow
40 40
flexibles Räumelement flexible clearing element
41 41
Drehachse axis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010050531 A1 [0002] DE 102010050531 A1 [0002]

Claims (13)

Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), wobei der hochenergetische Strahl (13) bei der Erzeugung einer Schicht entlang einer oder mehreren ersten Bahnen (22) über das zu verbindende Pulver geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wechselwirkungsprodukte (21), die sich bei der Wechselwirkung des hochenergetischen Strahls benachbart zu der mindestens einen ersten Bahn (22) abscheiden, vor einer weiteren Wechselwirkung des hochenergetischen Strahls (13) mit dem Pulver bei einer Bewegung entlang mindestens einer zweiten Bahn (23) entfernt werden. Process for the generative production of components by layer-wise joining of powder particles to one another and / or with an already produced semi-finished product or substrate by selective interaction of the powder particles with a high-energy jet ( 13 ), whereby the high-energy beam ( 13 ) in the production of a layer along one or more first tracks ( 22 ) is passed over the powder to be connected, characterized in that interaction products ( 21 ), which is due to the interaction of the high-energy beam adjacent to the at least one first path (FIG. 22 ), before further interaction of the high-energy beam ( 13 ) with the powder when moving along at least one second path ( 23 ) are removed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren ersten Bahnen (22) so geführt sind, dass die eine oder mehreren ersten Bahnen (22) zueinander und/oder untereinander in zueinander benachbarten Teilstrecken seitlich beabstandet ausgeführt werden, sodass Zwischenräume ohne Wechselwirkung von hochenergetischem Strahl und Pulver verbleiben, wobei das Pulver der Zwischenräume nachfolgend bei der Führung des hochenergetischen Strahls entlang einer oder mehreren zweiten Bahnen (23) mit dem hochenergetischen Strahl (13) wechselwirkt, wobei zwischen der Führung des hochenergetischen Strahls (13) entlang einer oder mehreren ersten Bahnen (22) und der Führung des hochenergetischen Strahls (13) entlang einer oder mehreren zweiten Bahnen (23) Wechselwirkungsprodukte (21) aus den Zwischenräumen oder dem Bereich der zweiten Bahn (23) entfernt werden. Method according to claim 1, characterized in that the one or more first tracks ( 22 ) are guided so that the one or more first tracks ( 22 ) are laterally spaced apart from each other and / or each other in mutually adjacent sections, so that gaps remain without interaction of high-energy jet and powder, wherein the powder of the interstices subsequent to the guidance of the high-energy beam along one or more second tracks ( 23 ) with the high-energy beam ( 13 ), wherein between the guidance of the high-energy beam ( 13 ) along one or more first tracks ( 22 ) and the guidance of the high-energy beam ( 13 ) along one or more second tracks ( 23 ) Interaction products ( 21 ) from the spaces or the area of the second track ( 23 ) are removed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hochenergetische Strahl (13) ein Laser- oder Elektronenstrahl ist. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the high-energy beam ( 13 ) is a laser or electron beam. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver in einem Pulverbett (12) auf das bereits erzeugte Halbzeug oder Substrat aufgebracht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the powder in a powder bed ( 12 ) is applied to the already produced semi-finished product or substrate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der Wechselwirkungsprodukte (21) durch Abstreifen der über eine Oberflächenebene (24) der aufzubringenden Schicht (5) hervorstehenden Wechselwirkungsprodukte erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the removal of the interaction products ( 21 ) by stripping over a surface plane ( 24 ) of the layer to be applied ( 5 ) protruding interaction products takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstreifer oder Schieber (8) zur Aufbringung von Pulver in einem Pulverbett zur Entfernung der Wechselwirkungsprodukte (21) verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a scraper or slide ( 8th ) for applying powder in a powder bed to remove the interaction products ( 21 ) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Führung des hochenergetischen Strahls (13) entlang einer oder mehreren ersten Bahnen (22) und der Führung des hochenergetischen Strahls (13) entlang einer oder mehreren zweiten Bahnen (23) in den Bereich der zweiten Bahn (23) neues Pulver aufgebracht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that between the guidance of the high-energy beam ( 13 ) along one or more first tracks ( 22 ) and the guidance of the high-energy beam ( 13 ) along one or more second tracks ( 23 ) in the area of the second track ( 23 ) new powder is applied. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung neuen Pulvers zeitgleich mit der Entfernung der Wechselwirkungsprodukte (21) erfolgt. Process according to claim 7, characterized in that the application of new powder coincides with the removal of the interaction products ( 21 ) he follows. Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Bestrahlungseinrichtung (4) zur Bereitstellung eines hochenergetischen Strahls und einem Bearbeitungsbereich, in dem eine Pulverschicht angeordnet werden kann, wobei der hochenergetische Strahl und der Bearbeitungsbereich relativ zueinander bewegbar sind, sodass der hochenergetische Strahl selektiv mit einem Pulver im Bearbeitungsbereich wechselwirken kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Materialentfernungseinrichtung aufweist, mit der Wechselwirkungsprodukte aus dem Bearbeitungsbereich entfernt oder umgelagert werden können. Device for the generative production of components by layer-wise joining of powder particles to one another and / or with an already produced semi-finished product or substrate by selective interaction of the powder particles with a high-energy jet ( 13 ), in particular according to a method according to one of the preceding claims, with an irradiation device ( 4 ) for providing a high-energy jet and a processing area in which a powder layer can be arranged, wherein the high-energy beam and the processing area are movable relative to each other so that the high-energy beam can selectively interact with a powder in the processing area, characterized in that the apparatus further a material removal device, with the interaction products can be removed or relocated from the processing area. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialentfernungseinrichtung mit einer Pulverauftragseinrichtung und/oder der Bestrahlungseinrichtung (4) gekoppelt ist. Apparatus according to claim 9, characterized in that the material removal device with a powder application device and / or the irradiation device ( 4 ) is coupled. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialentfernungseinrichtung einen Pflug aufweist, der über den Bearbeitungsbereich geführt werden kann, insbesondere im Vorlauf zum hochenergetischen Strahl, um Wechselwirkungsprodukte aus einer Bewegungsbahn des Pflugs zu schieben. Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the material removal device comprises a plow which can be guided over the processing area, in particular in the flow to the high-energy beam to push interaction products from a path of movement of the plow. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialentfernungseinrichtung eine Kehrschaufel und/oder eine Absaugeinrichtung zur Aufnahme von Wechselwirkungsprodukten aufweist, die über den Bearbeitungsbereich geführt werden können. Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the material removal device comprises a dustpan and / or a suction device for receiving interaction products, which can be guided over the processing area. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialentfernungseinrichtung ein über den Bearbeitungsbereich führbares Räumelement aufweist. Device according to claim 9 or 10, characterized in that the material removal device has a clearing element which can be guided over the processing region.
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