AT520468A2

AT520468A2 - Einrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff

Info

Publication number: AT520468A2
Application number: ATA399/2017A
Authority: AT
Original assignee: Metallwaren Weirather OHG
Priority date: 2017-10-09
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2019-04-15
Also published as: DE102018123541A1; AT520468B1; AT520468A3

Abstract

Einrichtung (1) zum generativen Fertigen eines Bauteils (2) aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff (3) wobei die Einrichtung (1) eine Aufbaukammer (4) zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (2) und eine in eine Auftragerichtung (5) verschiebbare Rakel (6) zum Auftragen einer jeweiligen Pulverschicht (7) des Ausgangsstoffs (3) auf einer/ in einer Arbeitsebene (8) liegenden/ Aufbauoberfläche (9) aufweist/ wobei die Mantelfläche (10) der Rakel (6) eine zur Arbeitsebene (8) hin gerichtete Nivellierfläche (11) zum Nivellieren der Schichtdicke der Pulverschicht (7) eine erste Verschiebefläche (13)/ die gegenüber der Arbeitsebene (8) in einem Winkel (20) von 90°+/-1oo geneigt ist/ zum Verschieben von Ausgangsstoff (3) in die Auftragerichtung (5) und eine Stufenfläche (15) aufweist/ die von einer zur Arbeitsebene (8) parallelen Ebene um weniger als 5° abweicht/ wobei die Mantelfläche (10) im Weiteren eine zweite Verschiebefläche (17) zum Verschieben von Ausgangsstoff (3) in die Auftragerichtung (5) aufweist. (Fig. 2)

Description

Zusammenfassung

Einrichtung (1) zum generativen Fertigen eines Bauteils (2) aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff (3), wobei die Einrichtung (1) eine Aufbaukammer (4) zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (2) und eine in eine Auftragerichtung (5) verschiebbare Rakel (6) zum Aufträgen einer jeweiligen Pulverschicht (7) des

Ausgangsstoffs (3) auf einer, in einer Arbeitsebene (8) liegenden, Aufbauoberfläche (9) aufweist, wobei die Mantelfläche (10) der Rakel (6) eine zur Arbeitsebene (8) hin gerichtete Nivellierfläche (11) zum Nivellieren der Schichtdicke der Pulverschicht (7), eine erste Verschiebefläche (13), die gegenüber der Arbeitsebene (8) in einem Winkel (20) von 90°+/-10° geneigt ist, zum Verschieben von Ausgangsstoff (3) in die

Auftragerichtung (5), und eine Stufenfläche (15) aufweist, die von einer zur Arbeitsebene (8) parallelen Ebene um weniger als 5° abweicht, wobei die Mantelfläche (10) im Weiteren eine zweite Verschiebefläche (17) zum Verschieben von Ausgangsstoff (3) in die Auftragerichtung (5) aufweist. (Fig. 2) / 37

Dr. Thomas Fechner

Hörnlingerstr. 3, Postfach 5

6830 Rankweil, Austria

Patentanwälte

Hofmann S< Fechner

T +43 (0)5522 73 137 F +43 (0)5522 73 137-10 M office@vpat.at

I www.vpat.at

28288/35

170922

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem pulverförmigem Ausgangsstoff, wobei die Einrichtung eine Aufbaukammer zum schichtweisen Aufbau des Bauteils und eine in eine Auftragerichtung verschiebbare Rakel zum Aufträgen einer jeweiligen Pulverschicht des Ausgangsstoffs auf einer, in einer Arbeitsebene liegenden, Aufbauoberfläche aufweist, wobei die Mantelfläche der Rakel eine zur Arbeitsebene hin gerichtete Nivellierfläche zum Nivellieren der Schichtdicke der Pulverschicht, eine daran über eine Abwinkelung oder über eine erste Übergangsfläche anschließende erste Verschiebefläche, die gegenüber der Arbeitsebene in einem Winkel von 90°+/-10° geneigt ist, zum Verschieben von Ausgangsstoff in die Auftragerichtung, und eine an die erste Verschiebefläche über eine Abwinkelung oder über eine zweite Übergangsfläche anschließende Stufenfläche aufweist, die parallel zur Arbeitsebene liegt oder von einer parallelen Ausrichtung zur Arbeitsebene um weniger als 5° abweicht. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum generativen Fertigen eines Bauteils.

Einrichtungen der eingangs genannten Art dienen zur kostengünstigen Fertigung von Prototypen, Versuchsträgern oder Endprodukten, z.B. Kleinserien oder Einzelstücken, aus formlosem Ausgangsstoff. Verfahren zum Fertigen eines Bauteils aus pulverförmigem Ausgangsstoffwerden auch als Pulverbettverfahren bezeichnet, bei welchen ein pulverförmiger Ausgangsstoff durch selektives Aufschmelzen oder Sintern des Ausgangsstoffs, verfestigt wird.

Typisch für Pulverbettverfahren ist, dass das zu fertigende Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Hierzu liegt ein von einem virtuellen 3D-Modell abgeleitetes Bauteil-Schichtmodell vor, welches die gewünschte Struktur einer jeweiligen Bauteilschichtfestlegt. Der pulverförmige Ausgangsstoff wird mit Hilfe einer Rakel / 37 ·· ·· ···· ···· ·· ·· ····· ·· ·· • ·· ···· ···· · • · · · · ··· · • ·· · ·· ·· ·· *’ *2...........

vollflächig, in einer vorbestimmten Schichtdicke, auf eine Aufbauoberfläche aufgebracht und mittels einer Energiequelle, z.B. mittels eines Lasers oder einer Elektronenstrahlquelle, entsprechend einer einzelnen Schicht des Schichtmodells zu einer Bauteilschicht verfestigt. Die von der Energiequelle eingebrachte Energie wird vom pulverförmigen Ausgangsstoff absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern oder Aufschmelzen der Pulverpartikel. Gleichzeitig erfolgt durch das Aufschmelzen bzw. Sintern eine Verbindung mit einer gegebenenfalls im vorangegangenen Arbeitsschritt hergestellten Bauteilschicht. Nach der Fertigstellung der jeweiligen Bauteilschicht wird die Aufbauoberfläche in der Regel vertikal nach unten abgesenkt und mittels der Rakel eine neue Pulverschicht aus pulverförmigem Ausgangsstoff auf der zuvor aufgetragenen Pulverschicht aufgetragen, usw. Insgesamt erfolgt die Herstellung des Bauteils somit Schicht für Schicht in vertikaler Richtung, wodurch auch komplizierte, z.B. hinterschnittene, Strukturen erzeugt werden können. Der nicht gesinterte bzw. geschmolzene pulverförmige Ausgangsstoff dient dabei als Stützstruktur.

Ein wesentliches Qualitätskriterium des zu fertigenden Bauteils wird durch die Homogenität der Pulverschicht, d.h. die Dichte des Ausgangsstoffs und die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke, beeinflusst. Bei einer Rakel mit einem üblichen Klingen-Querschnitt führt die von der Rakel verschobene Pulvermenge aufgrund des Eigengewichts des Ausgangsstoffs am Beginn des Verschiebeweges zu einer Vorverdichtung des Ausgangsstoffs in der Pulverschicht. Gegen Ende des Verschiebewegs ist der Effekt der Vorverdichtung aufgrund des fortschreitenden Verbrauchs von Ausgangsstoff und damit einem geringeren Eigengewicht der von der Rakel verschobenen Pulvermenge, geringer. Die Dichte des pulverförmigen Ausgangsstoffs in der Pulverschicht ist am Ende des Verschiebewegs somit häufig geringer, was zu einer schlechten Maßhaltigkeit der zu fertigenden Bauteilschicht in diesem Bereich führen kann. An unebenen Stellen der Pulverschicht oder an Stellen mit einer geringeren Dichte des Ausgangsstoffs fehlt dann Ausgangsstoff zur Herstellung des Bauteils, was in der Folge auch zu Unebenheiten oder Einschlüssen im Bauteil führen kann.

/ 37

• · ·

In der US 2007/0245950 A1 ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art gezeigt. Die in dieser Schrift offenbarte Rakel weist eine kreiszylindrische Grundform auf, wobei in die Mantelfläche der Rakel eine Nut in Form eines unsymmetrischen V mit abgeschnittener Spitze zur Aufnahme einer vordefinierten Pulvermenge eingearbeitet ist. Die Nut weist eine Verschiebefläche zum Verschieben von Ausgangsstoff in die Auftragerichtung auf. Im Weiteren kann der von der abgeschnittenen Spitze gebildete Boden der Nut als Stufenfläche angesehen werden, welche parallel zur Aufbauoberfläche ausgerichtet ist. Die Rakel führt neben einer Translationsbewegung auch eine überlagerte Rotationsbewegung aus. Nach dem Aufträgen der Pulverschicht auf der Aufbauoberfläche erfolgt beim Zurückfahren ein zusätzliches Andrücken des pulverförmigen Ausgangsstoffs mit dem kreiszylindermantelförmigen Abschnitt der Mantelfläche. Das in der Nut aufnehmbare Pulvervolumen begrenzt die flächenmäßige Ausdehnung bzw. die maximale Schichtdicke der Pulverschicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Einrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der eine möglichst homogene Pulverschicht aufgetragen werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 erreicht.

Die Erfindung sieht vor, dass die Mantelfläche eine an die Stufenfläche über eine Abwinkelung oder über eine dritte Übergangsfläche anschließende zweite Verschiebefläche, die gegenüber der Arbeitsebene in einem Winkel von 90°+/-10° geneigt ist, zum Verschieben von Ausgangsstoff in die Auftragerichtung aufweist.

Die Mantelfläche der Rakel weist somit zusätzlich zur ersten Verschiebefläche eine zweite Verschiebefläche auf, wobei beide Verschiebeflächen der Verschiebung von Ausgangsstoff in die Auftragerichtung dienen. Die jeweilige Verschiebefläche ist gegenüber der rechtwinkligen Ausrichtung zur Arbeitsebene um höchstens +/-10° geneigt. Durch die Begrenzung der Neigung der Verschiebeflächen ist

4/37 • · • ··· ···· ·· ····· ·· ·· • ·· ···· ···· · • · · ♦ · ··· · • ·· · ·· ·· ·· ” *4...........

gewährleistet, dass durch das Auftreffen von pulverförmigem Ausgangsstoff auf die Verschiebefläche während des Auftragens der Pulverschicht keine oder lediglich eine vernachlässigbare Vertikalkraft auf das Pulverbett übertragen wird.

Die Stufenfläche der Mantelfläche begrenzt die Aufbauhöhe des pulverförmigen Ausgangsstoffs, d.h. die Pulvermenge, während des Auftragens der Pulverschicht auf der Aufbauoberfläche in einem Bereich vor der ersten Verschiebefläche. Dadurch ist der Einfluss des Eigengewichts des pulverförmigen Ausgangsstoffs im Bereich vor der ersten Verschiebefläche über den gesamten Verschiebeweg der Rakel über der Aufbauoberfläche begrenzt und weitgehend konstant.

Die Nivellierfläche der Mantelfläche kann auch als Abziehfläche bezeichnet werden. Eine Stelle des geringsten Abstands der Nivellierfläche von der Arbeitsebene definiert die Schichtdicke der aufgetragenen Pulverschicht. Wenn die Nivellierfläche eben und parallel zur Arbeitsebene ausgerichtet ist, bildet jeder Punkt der Nivellierfläche eine Stelle des geringsten Abstands der Nivellierfläche von der Arbeitsebene.

Ein orthogonal zur Arbeitsebene gemessener Abstand einer tiefsten Stelle der Nivellierfläche (=Stelle des geringsten Abstands der Nivellierfläche von der Arbeitsebene) von einer tiefsten Stelle der Stufenfläche (=Stelle des geringsten Abstands der Stufenfläche von der Arbeitsebene) beträgt günstigerweise zumindest 1mm und höchstens 5mm, besonders bevorzugt zumindest 2mm und höchstens 4mm.

Die zweite Verschiebefläche ist, bezogen auf die Auftragerichtung, vor der ersten Verschiebefläche angeordnet und ermöglicht so in einem ersten Teil des Verschiebewegs ein Vorschieben von pulverförmigem Ausgangsstoff mit der zweiten Verschiebefläche, bevor dieser in einem späteren Teil des Verschiebewegs durch die erste Verschiebefläche verschoben wird bzw. noch später mittels der Nivellierfläche in der gewünschten Schichtdicke auf die Aufbauoberfläche aufgetragen wird. Dadurch kann insgesamt eine Vergleichmäßigung der Dichte des pulverförmigen / 37 ·· ·· ···· ···· ·· ·· ····· ··· · ······· ···· · • · · · · ···· • · · · · · ·· ·· ** *5...........

Ausgangsstoffs in der Pulverschicht über den Verschiebeweg der Rakel erreicht werden. Insbesondere kann dadurch auf ein zusätzliches Glattwalzen der Pulverschicht verzichtet werden.

Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Rakel, zumindest während der Bewegung in Auftragerichtung beim Aufträgen der Pulverschicht, bezogen auf eine Längsachse der Rakel unverdrehbar ist.

Die Mantelfläche könnte in jenen Abschnitten, in denen die Nivellierfläche und die erste Verschiebefläche bzw. die Stufenfläche und die zweite Verschiebefläche angeordnet sind, auch als gestuft bezeichnet werden. D.h. die Außenkontur der Mantelfläche verläuft von der Nivellierfläche bis zur zweiten Verschiebefläche in zwei Stufen, d.h. stufenförmig. Insbesondere bei einer Anordnung, bei der jeweils zwei aneinander anschließende Flächen übereine Abwinkelung miteinander verbunden sind, sind die Stufen klar ersichtlich. Im Sinne der Erfindung gilt aber auch eine Mantelfläche als stufenförmig, bei der zwischen der Nivellierfläche und der ersten Verschiebefläche und/oder zwischen der ersten Verschiebefläche und der Stufenfläche und/oder zwischen der Stufenfläche und der zweiten Verschiebefläche eine bzw. jeweils eine Übergangsfläche angeordnet ist.

Die Rakel könnte auch als Pulververteiler, Nivellierelement, Abzieh- oder Streichleiste oder als Abzieher bezeichnet werden.

Die Arbeitsebene ist günstigerweise horizontal ausgerichtet.

Die Aufbauoberfläche kann von der in einem vorangegangen Arbeitsschritt aufgetragenen Pulverschicht gebildet sein. Wurde im vorangegangenen Arbeitsschritt bereits eine Bauteilschicht aus pulverförmigem Ausgangsstoff, beispielsweise mittels eines Lasers, verfestigt, so ist die Aufbauoberfläche zusammengesetzt aus der nach oben gerichteten Oberfläche der zuvor hergestellten Bauteilschicht und der/den an diese Oberfläche anschließenden Oberfläche/n des nicht verfestigten Ausgangsstoffs der zuvor aufgetragenen / 37 • · ····· ·· ·· • · · · ··· ···· · • · · · · ··· · • · · · · · ·· ·· *6...........

Pulverschicht. Vor dem Aufbringen der ersten Pulverschicht kann die

Aufbauoberfläche auch von einem, insbesondere in vertikaler Richtung verschiebbaren, Boden der Aufbaukammer gebildet sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Nivellierfläche, zumindest abschnittsweise, parallel zur Arbeitsebene ausgerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Nivellierfläche gegenüber der Arbeitsebene um weniger als 10° geneigt. Die Nivellierfläche könnte dabei eben ausgebildet und als Ganzes um weniger als 10° gegenüber der Arbeitsebene geneigt sein. Andererseits ist es auch möglich, dass die Nivellierfläche eine Freiform aufweist, wobei somit vorzugsweise vorgesehen ist, dass eine an einem beliebigen Punkt der Nivellierfläche angelegte Tangente gegenüber der Arbeitsebene um weniger als 10° geneigt ist.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Nivellierfläche sieht vor, dass diese gekrümmt mit einem Krümmungsradius, der in einem Bereich von 5mm bis 70mm, vorzugsweise von 10mm bis 50mm liegt, ausgebildet ist, dies bezogen auf eine Ansicht orthogonal zur Auftragerichtung und parallel zur Arbeitsebene.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die dritte Übergangsfläche, falls eine solche vorhanden ist, ausgehend von der Stufenfläche bis zur zweiten Verschiebefläche nur ansteigt oder parallel zur Arbeitsebene verläuft. In anderen Worten weist die dritte Übergangsfläche somit bevorzugt ausgehend von der Stufenfläche bis zur zweiten Übergangsfläche keinen in Richtung zur Arbeitsebene hin abfallenden Abschnitt auf.

Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Stufenfläche ausgehend von der Abwinkelung zwischen der ersten Verschiebefläche und der Stufenfläche oder der zweiten Übergangsfläche bis zur Abwinkelung zwischen der Stufenfläche und der zweiten Verschiebefläche oder der dritten Übergangsfläche nur ansteigt oder parallel zur Arbeitsebene verläuft. In anderen Worten weist die Stufenfläche, in eine Blickrichtung entgegen der Auftragerichtung gesehen, keine Hinterschneidung auf. Dadurch kann der pulverförmige Ausgangstoff unter kontrollierten Bedingungen,

d.h. mit einer definierten Höhe, der ersten Verschiebefläche bzw. der Nivellierfläche / 37 ·« ·· ···· ···· ·· ·· • · · · · · · · · • ·· · ··· ···· · • · · ♦ · ··· · • ·· · «· ·· ·· ’* 7...........

zugeführt werden. Eine Hinterschneidung könnte eventuell zu einer ungünstigen Beeinflussung des Zustroms von pulverförmigem Ausgangsstoffführen.

In einer möglichen Ausführungsform kann die Mantelfläche eine an die zweite Verschiebefläche über eine Abwinkelung oder eine vierte Übergangsfläche anschließende weitere Stufenfläche aufweisen, wobei die weitere Stufenfläche parallel zur Arbeitsebene liegt oder von einer zur Arbeitsebene parallelen Ebene um weniger als 5° abweicht. Günstigerweise steigt die weitere Stufenfläche ausgehend von der besagten Abwinkelung zwischen der zweiten Verschiebefläche und weiteren Stufenfläche oder der vierten Übergangsfläche nur an oder verläuft parallel zur Arbeitsebene. Es wird damit durch die zweite Stufenfläche auch die Aufbauhöhe des der zweiten Verschiebefläche zugeführten pulverförmigen Ausgangsstoffs begrenzt.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Übergangsfläche und/oder die zweite Übergangsfläche und/oder die dritte Übergangsfläche und/oder die vierte Übergangsfläche, jeweils soweit eine solche Übergangsfläche vorhanden ist, gekrümmt ist oder sind. Der Krümmungsradius der ersten Übergangsfläche liegt günstigerweise in einem Bereich von 0,2mm bis 2mm, vorzugsweise 0,4mm bis 1mm. Der Krümmungsradius der zweiten Übergangsfläche und/oder der vierten Übergangsfläche liegt günstigerweise in einem Bereich von 0,5mm bis 5mm, vorzugsweise 1mm bis 4mm. Der Krümmungsradius der dritten Übergangsfläche liegt günstigerweise in einem Bereich von 1mm bis 10mm, vorzugsweise 1,5mm bis 5mm. In Versuchen wurde festgestellt, dass Übergangsflächen mit gekrümmter Ausbildung vorteilhaft für die Gleichmäßigkeit der Pulverschicht sind.

Alternativ ist es auch denkbar und möglich, dass die erste Übergangsfläche und/oder die zweite Übergangsfläche und/oder die dritte Übergangsfläche und/oder die vierte Übergangsfläche eben ist oder sind, wobei die ebene erste Übergangsfläche und/oder die ebene zweite Übergangsfläche und/oder die ebene dritte Übergangsfläche und/oder die ebene vierte Übergangsfläche mit der Arbeitsebene einen bzw. jeweils einen Winkel von mehr als 5° und weniger als 50° einschließt bzw. einschließen. Eine eben ausgebildete Übergangsfläche könnte auch / 37 • < · · ·<··· ·· ····· · · ·· • «· · ··· · ··· · • · · · · · · · « • · · · · · ·· · · ” *8...........

als Anfasung oder Fase bezeichnet werden. Die Ausdehnung einer eben ausgebildeten Übergangsfläche, gemessen in eine Richtung parallel zur Auftragerichtung, kann entsprechend der im Zusammenhang mit der gekrümmten Ausführung angeführten Werte der entsprechenden Krümmungsradien angesetzt werden. Beispielsweise liegt die in eine Richtung parallel zur Auftragerichtung gemessene Ausdehnung der eben ausgebildeten ersten Übergangsfläche günstigerweise in einem Bereich von 0,2mm bis 2mm, usw.

Günstigerweise beträgt der in Auftragerichtung gemessene minimale Abstand zwischen der ersten Verschiebefläche und der zweiten Verschiebefläche zumindest 3mm und höchstens 20mm, vorzugsweise zumindest 5mm und höchstens 15mm.

In einer möglichen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche der Rakel einen ersten Teilabschnitt aufweist, welcher sich von der Stelle des geringsten Abstands der Nivellierfläche von der Arbeitsebene zumindest bis inklusive der zweiten Verschiebefläche erstreckt, und dass die Mantelfläche im Weiteren einen zweiten Teilabschnitt aufweist, welcher dem, an einer vertikalen Zentralebene, welche die Mantelfläche an einer Stelle des geringsten Abstandes der Nivellierfläche von der Arbeitsebene durchdringt, gespiegelten ersten Teilabschnitt entspricht. Eine derartige Rakel eignet sich zum Aufträgen einer Pulverschicht in eine Auftragerichtung und zum Aufträgen einer Pulverschicht in eine der Auftragerichtung gegenüberliegende Gegenauftragerichtung. Insgesamt kann so die Zeit zum Aufträgen der Pulverschichten verringert werden, da auf eine Rückführung der Rakel nach dem Aufträgen einer Pulverschicht zu einem Ausgangspunkt verzichtet werden kann. Der erste und der zweite Teilabschnitt der Mantelfläche schließen günstigerweise an der Stelle, an welcher die Zentralebene die Nivellierfläche des ersten Teilabschnitts durchdringt, aneinander an.

Der pulverförmige Ausgangsstoff kann als Metallpulver, Keramikpulver oder Kunststoff pul ver, z.B. aus Polyamid, vorliegen, wobei der pulverförmige Ausgangsstoff beispielsweise in Form eines gemahlenen Grundmaterials oder in Form von Kügelchen bzw. feinem Granulat vorliegen kann. Auch Mischungen der / 37

·· ·· ··· ·· «· ·*·· genannten Pulver sind denkbar und möglich. Der Ausgangsstoff kann zusätzlich auch einen Binder zum Verbinden der genannten Materialien enthalten.

Im Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei die Pulverschicht mittels der Rakel durch Verschieben des Ausgangsstoffs in die Auftragerichtung über einen Verschiebeweg aufgetragen wird. Die mit der Rakel verschobene Menge des pulverförmigen Ausgangsstoffs reicht dabei über einen ersten Teil des Verschiebewegs zumindest bis zur zweiten Verschiebefläche, d.h. über den ersten Teil des Verschiebewegs wird mit der zweiten Verschiebefläche pulverförmiger Ausgangsstoff verschoben. In einer vorteilhaften Ausführungsform, in welcher eine Pulverschicht mittels der Rakel durch Verschieben des Ausgangsstoffs in die Auftragerichtung über einen Verschiebeweg aufgetragen wird, reicht die mit der Rakel verschobene Menge pulverförmigen Ausgangsstoffs bis zur weiteren Stufenfläche oder höher.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele von Einrichtungen gemäß der Erfindung erläutert. In diesen Figuren zeigen:

Fig. 1-3 schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zu unterschiedlichen Zeitpunkten;

Fig. 4 eine isometrische Darstellung einer Rakel der Einrichtung gemäß der Fig. 1Fig.5 eine Stirnansicht der Rakel gemäß Fig. 4;

Fig. 6 das Detail A gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine erste alternative Ausführungsvariante zu der in Fig. 5 gezeigten Rakel in einer Darstellung analog zu Fig. 6;

Fig. 8 eine zweite alternativen Ausführungsvariante zu der in Fig. 5 gezeigten Rakel in einer Darstellung analog zu Fig. 6;

Fig. 9 eine Stirnansicht einer Rakel einer zweiten erfindungsgemäßen Einrichtung, und / 37 ·· ·· ··»· ···· ·· ·· • · · · · · · ·· • · · 9 ··* « ···· • * · · · · · ·· • · · · · ♦ · ··· «· ·· ··· 4« ·»···«

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Arbeitsablaufs der Einrichtung gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels.

Die Einrichtung 1 weist im ersten Ausführungsbeispiel eine Vorratskammer 50 zur Bevorratung von pulverförmigem Ausgangsstoff 3 auf. Das Volumen der Vorratskammer 50 ist veränderlich, wobei ein Boden der Vorratskammer 50 von einer Oberfläche eines in vertikaler Richtung verschiebbaren Dosierkolbens 52 gebildet ist. Der Doppelpfeil in Fig. 1 verdeutlicht die vertikale Verschiebbarkeit des Dosierkolbens 52. Die Vorratskammer 50 durchdringt in vertikaler Richtung einen Prozesskammerboden 54, d.h. die Vorratskammer 50 bildet eine Öffnung im Prozesskammerboden 54, und ist somit zu einer (nicht gesondert eingezeichneten) Prozesskammer der Einrichtung 1 hin offen.

In Fig. 1 ist dargestellt, dass durch Verschieben des Dosierkolbens 52 in vertikaler Richtung bereits eine für den Auftrag einer Pulverschicht 7 benötigte Menge von pulverförmigem Ausgangsstoff 3 über eine Ebene, in welcher der Prozesskammerboden 54 liegt, nach oben verschoben ist.

Im Weiteren weist die Einrichtung 1 eine Aufbaukammer 4 zum schichtweisen Aufbau eines Bauteils 2 auf. Das Volumen der Aufbaukammer 4 ist ebenfalls veränderlich, wobei ein Boden der Aufbaukammer 4 von einer Oberfläche eines in vertikaler Richtung verschiebbaren Aufbaukolbens 51 gebildet ist. Der Doppelpfeil verdeutlicht auch hier die vertikale Verschiebbarkeit des Aufbaukolbens 51. Die Aufbaukammer 4 durchdringt in vertikaler Richtung den Prozesskammerboden 54, d.h. die Aufbaukammer 4 bildet eine Öffnung im Prozesskammerboden 54, und ist somit zur Prozesskammer der Einrichtung 1 hin offen.

Eine Rakel 6 der Einrichtung 1 ist in und entgegen der Auftragerichtung 5 verschiebbar. Mittels der Rakel 6 kann der über der Ebene, in welchem der Prozesskammerboden 54 liegt, befindliche pulverförmige Ausgangsstoff 3 in eine Auftragerichtung 5 von der Vorratskammer 50 bis zur Aufbaukammer 4 verschoben werden, und zwar auf eine Aufbauoberfläche 9 der Aufbaukammer 4. Die Rakel 6 / 37 ·· *··· ···· ·· W» • · * ♦ 9 « · ·« • · · « ··« « ·»· · • · · · · · ·· · * € · · ·· · ·· « ·· ·» ··· Λ9···· dient also zum Einen zum Verschieben von Ausgangsstoff 3 bis zur Aufbaukammer 4 und im Weiteren zum Aufträgen einer jeweiligen Pulverschicht 7 des Ausgangsstoffs 3 auf der Aufbauoberfläche 9.

Die Aufbauoberfläche 9 liegt in der horizontal ausgerichteten Arbeitsebene 8. Die Arbeitsebene 8 ist im Ausführungsbeispiel, bezogen auf die Vertikale, unterhalb des Prozesskammerbodens 54 angeordnet. Die Aufbauoberfläche 9 kann von nicht verfestigten Partikeln der Oberfläche des pulverförmigen Ausgangsstoffs 3 einer zuvor aufgetragenen Pulverschicht und der Oberfläche einer bereits verfestigten Bauteilschicht des Bauteils 2 gebildet sein. Vor dem Aufbringen der ersten Pulverschicht entspricht die Aufbauoberfläche 9 dem Boden der Aufbaukammer 4, d.h. der Oberseite des Aufbaukolbens 51. Die Aufbauoberfläche 9 könnte aber auch zur Gänze von nicht verfestigtem Ausgangsstoff 3 einer zuvor aufgetragenen Pulverschicht gebildet sein, z.B. nach dem Aufträgen einer ersten Pulverschicht, welche beispielsweise ein Anhaften des zu fertigenden Bauteils 2 am Boden der Aufbaukammer 4 verhindern kann.

Im Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung 1 einen Laser 53 zum Sintern bzw. Aufschmelzen des pulverförmigen Ausgangsstoffs 3 mittels elektromagnetischer Strahlung auf, vgl. Fig. 1. Die Einrichtung 1 des Ausführungsbeispiels könnte daher als selektive Lasersintereinrichtung bezeichnet werden. Kommt es zu einem vollständigen Aufschmelzen des Ausgangsstoffs 3, so könnte man auch von einer selektiven Laserschmelzeinrichtung sprechen. Auch eine Elektronenstrahlquelle oder eine andere Wärmequelle, welche zum Sintern oder Aufschmelzen des pulverförmigen Ausgangsstoffs 3 geeignet ist, ist grundsätzlich anstatt eines Lasers einsetzbar.

Der vom Laser 53 emittierte Laserstrahl wird entsprechend der herzustellenden Bauteilschicht, welche durch ein 3D-Modell bzw. ein davon abgeleitetes Schichtmodell vorbestimmt ist, über einen entsprechenden Teil einer jeweils aufgetragenen Pulverschicht 7 geführt. Die Leistung des Lasers 53 wird so gewählt, dass eine Verbindung des in der Pulverschicht 7 aufgeschmolzenen bzw. gesinterten / 37 • ·

Ausgangsstoffs 3 mit einer in einem vorangegangenen Arbeitsschritt hergestellten Bauteilschicht des Bauteils 2 erfolgt. Dies ist an und für sich bekannt.

Nach der Fertigstellung der vorausgehenden Bauteilschicht entsprechend dem Schichtmodell wird der Aufbaukolben 51 in vertikaler Richtung nach unten verschoben, vgl. Fig. 2. Im Weiteren erfolgt mittels der Rakel 6 der Auftrag einer neuen Pulverschicht 7 auf der Aufbauoberfläche 9, welche von der Oberfläche des nicht verfestigten Ausgangsstoffs 3 der zuvor gebildeten Pulverschicht und der zuvor hergestellten obersten Bauteilschicht des Bauteils 2 gebildet ist.

In Fig. 3 ist die Pulverschicht 7 nahezu vollständig auf der Aufbauoberfläche 9 aufgetragen, wobei die zuvor hergestellte Bauteilschicht des Bauteils 2 bereits vollständig mit pulverförmigem Ausgangsstoff 3 abgedeckt ist.

Nach dem Aufträgen der Pulverschicht 7 wird die Rakel 6 in die in Fig. 1 dargestellte Ausgangsposition verfahren und steht dann bereits zum Aufträgen der nächsten Pulverschicht bereit. Anschließend erfolgt dann das bereits erwähnte Verfahren des Dosierkolbens 52 in vertikaler Richtung nach oben, um die benötigte Pulvermenge zum Aufträgen der nächsten Pulverschicht 7 über die Ebene, in welcher der Prozesskammerboden 54 liegt, anzuheben. Nach dem vollständigen Auftrag der Pulverschicht 7 erfolgt im Weiteren die Verfestigung des Ausgangsstoffs 3 in der Pulverschicht 7 zur Herstellung der nächsten Bauteilschicht mittels des Lasers 53.

Die in den Fig. 1-3 gezeigte Einrichtung 1 ist vereinfacht dargestellt, insbesondere ist nur der Prozesskammerboden 54 der bereits erwähnten Prozesskammer der Einrichtung 1 gezeigt. Die Prozesskammer kann, wie dies an sich bekannt ist, von der Atmosphäre getrennt sein. Um eine Oxidation des pulverförmigen Ausgangsstoffs 3 während dem Sintern oder Aufschmelzen zu vermeiden, ist es günstig, wenn die gesamte Prozesskammer während der Bearbeitungsdauer mit einem Schutzgas befüllbar ist, beispielsweise mit CO₂.

Grundsätzlich eignet sich die Einrichtung 1 gemäß der Erfindung auch für / 37 pulverförmigen Ausgangsstoff 3, welcher Keramik oder Metall enthält. Besonders bevorzugt als pulverförmiger Ausgangstoff 3 ist Kunststoff, beispielsweise Polyamid

15.

Günstigerweise ist der pulverförmige Ausgangsstoff 3 und auch die gesamte Prozesskammer inklusive der Aufbaukammer 4 vorgewärmt, z.B. auf eine Temperatur zwischen 150° und 250° oder mehr. Die Vorwärmtemperatur kann je nach Art des pulverförmigen Ausgangsstoffs 3 unterschiedlich sein, wobei günstigerweise eine Temperatur gewählt wird, welche 10° bis 15° unterhalb der Schmelztemperatur des Ausgangsstoffs 3 liegt.

Die Rakel 6 besteht im Ausführungsbeispiel aus warmfestem Stahl. Grundsätzlich könnte die Rakel aber auch aus anderen Werkstoffen, insbesondere Metallen, gefertigt sein.

Die Rakel 6 ist entlang einer Längsachse 41 längserstreckt und weist im Ausführungsbeispiel eine kreiszylindrische Grundform auf, in welche die nachfolgend beschriebenen Konturen eingebracht sind, vgl. Fig. 4. Die Mantelfläche 10 der Rakel 6 verläuft bezogen auf die Richtung der Längsachse 41 gerade. Die Längsachse 41 liegt orthogonal zur Auftragerichtung 5 und parallel zur Arbeitsebene 8.

Es folgt eine Beschreibung der verschiedenen Abschnitte der Mantelfläche 10 der Rakel 6, und zwar bezogen auf eine Ansicht der Rakel 6, deren Blickrichtung parallel zur Längsachse 41 der Rakel 6 liegt.

Die Mantelfläche 10 weist einen Abschnitt auf, der eine zur Arbeitsebene 8 hin gerichtete Nivellierfläche 11 zum Nivellieren einer Schichtdicke 38 der Pulverschicht 7 bildet. Die Nivellierfläche 11 erstreckt sich im ersten Ausführungsbeispiel, bezogen auf die Auftragerichtung 5, von einer Stelle des geringsten Abstands der Mantelfläche 10 von der Arbeitsebene 8 bis zu einer Übergangsstelle, an welcher die Mantelfläche 10 um weniger als 10° gegenüber einer zur Arbeitsebene 8 parallelen / 37 ····· ·· ·· • ·· ···· · ··· · ···· · · · · · • ·· · ·· ·· ·· *’ *14...........

Ebene geneigt ist, vgl. Fig. 6. An der Stelle des geringsten Abstands der Mantelfläche 10 von der Arbeitsebene 8 liegt die Nivellierfläche 11 bzw. ihre, in einer parallel zur Auftragerichtung 5 liegenden Vertikalebene liegende, Tangente parallel zur Arbeitsebene 8. Die Nivellierfläche 11 ist somit der an die Stelle des geringsten Abstands der Mantelfläche 10 von der Arbeitsebene 8 anschließende Bereich der Mantelfläche 10, der gegenüber der Arbeitsebene 8 um weniger als 10° geneigt ist.

Die Stelle des geringsten Abstands der Mantelfläche 10 von der Arbeitsebene 8 ist also auch die Stelle des geringsten Abstands der Nivellierfläche 11 von der Arbeitsebene 8. Der geringste Abstand der Nivellierfläche 11 von der Arbeitsebene 8 definiert die Schichtdicke 38 einer jeweiligen Pulverschicht 7. Der geringste Abstand der Nivellierfläche 11, und somit die Schichtdicke 38 der Pulverschicht 7, kann beispielsweise in einem Bereich von 0,1mm bis 0,5mm, z.B. 0,3mm, liegen.

Im Ausführungsbeispiel ist die Nivellierfläche 11 gekrümmt, wobei die Nivellierfläche 11 von einem Abschnitt eines Kreiszylindermantels gebildet ist. Der Krümmungsradius 32 der Nivellierfläche 11 beträgt im Ausführungsbeispiel 25mm. Auch andere Werte für den Krümmungsradius 32 der Nivellierfläche 11 sind denkbar und möglich, wie dies bereits erwähnt wurde. Der Krümmungsradius der Nivellierfläche 11 könnte auch variabel sein.

An die Nivellierfläche 11 schließt übereine gekrümmte erste Übergangsfläche 12 eine erste Verschiebefläche 13 an. Die erste Verschiebefläche 13 ist über ihre gesamte Ausdehnung gegenüber der Arbeitsebene 8 in einem Winkel 20 von 90°+/10° geneigt. Die erste Verschiebefläche 13 dient zum Verschieben von Ausgangsstoff 3 in die Auftragerichtung 5. Der Winkel 20 der Verschiebefläche 13 von 90°+/-10° gewährleistet, dass während des Auftragens der Pulverschicht 7 keine Vertikalkraft oder nur ein geringer Anteil einer Vertikalkraft von der ersten Verschiebefläche 13 auf den pulverförmigen Ausgangsstoff 3 übertragen wird, was eine homogene Pulverschicht 7 gewährleistet.

An die erste Verschiebefläche 13 schließt über eine gekrümmte zweite / 37 ····· · · ·· • ·· · · · · ···· · • · · · · · · · · • ·· · · · ·· · · *’ 15...........

Übergangsfläche 14 eine Stufenfläche 15 an. Die Stufenfläche 15 ist im Wesentlichen parallel zur Arbeitsebene 8 ausgerichtet. Mit „im Wesentlichen ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass die Stufenfläche 15 mit der Arbeitsebene 8 über die gesamte Ausdehnung der Stufenfläche 15 einen Winkel von weniger als 5° einschließt.

Die Mantelfläche 10 weist im Weiteren eine an die Stufenfläche 15 über eine gekrümmte dritte Übergangsfläche 16 anschließende zweite Verschiebefläche 17 auf. Die zweite Verschiebefläche 17 dient ebenfalls zum Verschieben von pulverförmigem Ausgangsstoff 3 in die Auftragerichtung 5. Die zweite Verschiebefläche 17 schließt über ihre gesamte Ausdehnung mit der Arbeitsebene 8 einen Winkel von 90°+/-10° ein. Bezogen auf die Auftragerichtung 5 ist die zweite Verschiebefläche 17 vor der ersten Verschiebefläche 13 angeordnet.

Die dritte Übergangsfläche 16 verläuft ausgehend von der Stufenfläche 15 bis zur zweiten Verschiebefläche 17 nur ansteigend oder parallel zur Arbeitsebene 8. D.h. die dritte Übergangsfläche 16 weist bezogen auf die Auftragerichtung 5 keinen abfallenden Abschnitt in eine Richtung hin zur Arbeitsebene 8 auf. In anderen Worten ist vorgesehen, dass der Abstand der Mantelfläche 10 von der Arbeitsebene 8 im Bereich der dritten Übergangsfläche 16 mit zunehmender Distanz von einer vertikalen Zentralebene 24, welche die Mantelfläche 10 an der Stelle des geringsten Abstandes der Nivellierfläche 11 von der Arbeitsebene 8 durchdringt, nur zunimmt oder konstant ist.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auch die Stufenfläche 15 ausgehend von der zweiten Übergangsfläche 14 bis zur dritten Übergangsfläche 16 nur ansteigt oder parallel zur Arbeitsebene 8 verläuft. D.h. die Stufenfläche 15 weist bezogen auf die Auftragerichtung 5 keinen abfallenden Abschnitt in eine Richtung hin zur Arbeitsebene 8 auf. Der Abstand der Mantelfläche 10 von der Arbeitsebene 8 steigt somit im Bereich der Stufenfläche 15 mit zunehmender Distanz von der vertikalen Zentralebene 24 zwischen der ersten Verschiebefläche 13 und der zweiten Verschiebefläche 17 nur an oder ist konstant.

/ 37 ····· ·· · · • · · ···· · · · · · • « · · · ··· · • · · · ·· · · ·· ” Ίό’

Im ersten Ausführungsbeispiel schließt an die zweite Verschiebefläche 17 über eine gekrümmte vierte Übergangsfläche 18 eine weitere Stufenfläche 19 an, wie dies bevorzugt ist. Die weitere Stufenfläche 19 schließt über ihre gesamte Ausdehnung mit der Arbeitsebene 8 einen Winkel von weniger als 5° ein. Günstigerweise ist vorgesehen, dass der Abstand der Mantelfläche 10 von der Arbeitsebene 8 im Bereich der weiteren Stufenfläche 19 mit zunehmender Distanz von der vertikalen Zentralebene 24 ausgehend von der zweiten Verschiebefläche 17 nur zunimmt oder konstant ist. Die weitere Stufenfläche 19 weist somit bezogen auf die Auftragerichtung 5 ebenfalls keinen abfallenden Abschnitt hin zur Arbeitsebene 8 auf.

Im Weiteren weist die Mantelfläche 10 eine an die weitere Stufenfläche 19 anschließende gekrümmte fünfte Übergangsfläche 43 auf. Die fünfte Übergangsfläche 43 verläuft ausgehend von der weiteren Stufenfläche 19, bezogen auf die Auftragerichtung 5, günstigerweise nur ansteigend oder konstant.

Im ersten Ausführungsbeispiel weisen die erste und zweite Verschiebefläche 13, 17 jeweils einen genau orthogonal zur Arbeitsebene 8 ausgerichteten Zentralbereich auf (in den Figuren nicht gesondert markiert). An den Zentralbereich schließen gekrümmte Abschnitte an, deren Tangenten weniger als 10° von der orthogonalen Ausrichtung zur Arbeitsebene 8 abweichen. Die gekrümmten Abschnitte gehen tangential in die daran anschließenden Übergangsflächen 12, 14, 16 bzw. 18 über.

Im ersten Ausführungsbeispiel umfassen die Stufenfläche 15 und die weitere Stufenfläche 19 jeweils einen Zentralbereich, welcher genau parallel zur Arbeitsebene 8 ausgerichtet ist. Daran schließen (in den Figuren nicht näher bezeichnete) gekrümmte Abschnitte an, die jeweils Tangenten aufweisen, welche weniger als 5° mit der Arbeitsebene 8 einschließen.

Wie bereits erläutert, sind die erste Übergangsfläche 12, die zweite Übergangsfläche 14, die dritte Übergangsfläche 16 und die vierte Übergangsfläche 18 im ersten / 37 ····· ·· · · • ·· · · · · · · · · · ···· · ··· · « · · · ·· ·· ·· *’ *17..........

Ausführungsbeispiel gekrümmt ausgebildet. Der Krümmungsradius 12' der ersten Übergangsfläche 12 liegt günstigerweise in einem Bereich von 0,2mm bis 2mm. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Krümmungsradius 12' 0,5mm. Der Krümmungsradius 14' der zweiten Übergangsfläche 14 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5mm bis 5mm, beispielsweise 3mm. Der Krümmungsradius 16' der dritten Übergangsfläche 16 liegt günstigerweise in einem Bereich von 1mm bis 10mm, beispielsweise 2mm. Der Krümmungsradius 18' der vierten Übergangsfläche 18 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1mm bis 10mm. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Krümmungsradius 18' 4mm. Die gekrümmten Übergangsflächen 12, 14, 16 und 18 des ersten Ausführungsbeispiels sind jeweils von einem Kreiszylindermantelabschnitt mit einem konstanten Krümmungsradius gebildet. Auch Übergangsflächen mit veränderlichem Krümmungsradius sind denkbar und möglich.

Ein in Auftragerichtung 5 gemessener minimaler Abstand 26 zwischen der ersten Verschiebefläche 13 und der zweiten Verschiebefläche 17 beträgt günstigerweise zumindest 3mm und höchstens 20mm, vorzugsweise zwischen 5mm und 15mm. Der minimale Abstand 26 beträgt im Ausführungsbeispiel 12mm.

Eine in Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 27 der Stufenfläche 15 beträgt im ersten Ausführungsbeispiel zumindest 50% des in Auftragerichtung 5 gemessenen minimalen Abstands 26 der ersten Verschiebefläche 15 von der zweiten Verschiebefläche 17.

In Fig. 6 ist ein in Auftragerichtung 5 gemessener Abstand 36 eines von der zweiten Verschiebefläche 17 abgelegenen Endes der weiteren Stufenfläche 19 vom nächstgelegenen Punkt der zweiten Verschiebefläche 17 eingezeichnet. Die in Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 42 der weiteren Stufenfläche 19 beträgt im Ausführungsbeispiel zumindest 30%, vorzugsweise zumindest 50%, des Abstands 36.

Der in eine Richtung orthogonal zur Arbeitsebene 8 gemessene Abstand 28 der / 37 • · ·· ········ · · ·· ····· ·· · · • ·· · ··· ···· · ···· · ··· · • · · · ♦ · · · ·· ” Ίβ.......

Stelle der Nivellierfläche 11, welche den geringsten Abstand von der Arbeitsebene 8 aufweist, vom nächstgelegenen Punkt der Stufenfläche 15 beträgt günstigerweise zumindest 1mm und höchstens 5mm. Dadurch kann der Einfluss des auf das Pulverbett 7 wirkenden Eigengewichts des pulverförmigen Ausgangsstoffs 3 begrenzt werden und die Homogenität der Pulverschicht 7 verbessert werden.

Eine in eine Richtung orthogonal zur Arbeitsebene 8 gemessene Ausdehnung 31 der ersten Verschiebefläche 13 beträgt vorzugsweise zumindest 10%, besonders bevorzugt mehr als 30%, des orthogonal zur Arbeitsebene 8 gemessenen minimalen Abstands 28 der Stufenfläche 15 von der Stelle der Nivellierfläche 11, welche den geringsten Abstand von der Arbeitsebene 8 aufweist.

Günstigerweise beträgt der in Auftragerichtung 5 gemessene minimale Abstand 26 der ersten Verschiebefläche 15 von der zweiten Verschiebefläche 17 mehr als das Doppelte des orthogonal zur Arbeitsebene 8 gemessenen minimalen Abstands 28 der Stufenfläche 15 von der Stelle der Nivellierfläche 11, welche den geringsten Abstand von der Arbeitsebene 8 aufweist.

Der in eine Richtung orthogonal zur Arbeitsebene 8 gemessene minimale Abstand 34 der Stufenfläche 15 von der weiteren Stufenfläche 19 beträgt günstigerweise zumindest 3mm und höchstens 15mm. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der minimale Abstand 34 größer als der minimale Abstand 28.

Die Rakel 6 ist im ersten Ausführungsbeispiel, wie dies auch bevorzugt ist, unverdrehbar gehalten, d.h. die Ausrichtung der jeweiligen Verschiebeflächen 13, 17 bzw. der Stufenflächen 15,19 ist zumindest während des Auftragens des Ausgangsstoffs 3 auf die Aufbaufläche 9 unveränderlich.

Die Stufenfläche 15 und/oder die weitere Stufenfläche 19 und/oder zumindest eine der, beispielsweise alle, Übergangsflächen 12,14, 16 und 18 könnte(n) mit einer Antihaftbeschichtung beschichtet sein. Derartige Beschichtungen sind hinlänglich bekannt und ermöglichen einen verringerten Reibungsquotienten an der / 37 ·· ·· ···· ···· ·· ·· ····· ·· ·· • · · · · · · · · · · · • · · · · ··· · • · · · · · · · ·· ” **19.......

Grenzfläche zwischen der Rakel 6 und dem pulverförmigen Ausgangsstoff 3.

Beim Verschieben der Rakel 6 in die Auftragerichtung 5 reicht der mit der Rakel 6 verschobene pulverförmige Ausgangsstoff 3 über einen ersten Teil eines Verschiebewegs zumindest bis zur zweiten Verschiebefläche 17, oder auch darüber hinaus, vgl. Fig. 2. Im ersten Ausführungsbeispiel reicht die verschobene Menge des pulverförmigen Ausgangsstoffs 3 zumindest über einen ersten Teil des Verschiebeweges bis zur weiteren Stufenfläche 19. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass die Mantelfläche 10 noch eine weitere, analog zur ersten und zweiten Verschiebefläche ausgebildete, dritte Verschiebefläche aufweist, mit welcher über einen ersten Teil des Verschiebewegs pulverförmiges Ausgangsmaterial 3 verschoben wird.

In Fig. 7 ist eine Abwandlungsform des in Fig. 6 gezeigten Abschnitts der Mantelfläche 10 der Rakel 6 gezeigt. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zum in Fig. 6 gezeigten Abschnitt der Mantelfläche eingegangen. Abgesehen von den im Folgenden angeführten Unterschieden gelten die Erläuterungen zum in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel auch bei der in Fig. 7 gezeigten Abwandlungsform der Mantelfläche 10.

In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsvariante der Mantelfläche 10 schließt die erste Verschiebefläche 13 über eine Abwinkelung 25 an die Nivellierfläche 11 an. Auch die erste Verschiebefläche 13 schließt über eine Abwinkelung 25 direkt an die Stufenfläche 15 an. Die Stufenfläche 15 schließt über eine Abwinkelung 25 direkt an die zweite Verschiebefläche 17 an. Im Weiteren schließen auch die zweite Verschiebefläche 17 und die weitere Stufenfläche 19 über eine Abwinkelung 25 direkt aneinander an.

Die erste Verschiebefläche 13 und die zweite Verschiebefläche 17 sind eben ausgebildet und orthogonal zur Arbeitsebene 8 ausgerichtet. Die Stufenfläche 15 und die weitere Stufenfläche 19 sind auch eben ausgebildet und liegen parallel zur Arbeitsebene 8. Die in eine Richtung orthogonal zur Arbeitsebene 8 gemessene / 37 «· ·· ···· ···* ·· ·· ····· ·· ·· • · · · ··· · ··· · • · * · · ··· · • « · ·· ·· ·· ” 20...........

Ausdehnung 31 der ersten Verschiebefläche 17 beträgt mehr als 80% des minimalen Abstands 28 der Stufenfläche 15 von der Stelle der Nivellierfläche 11, welche den geringsten Abstand von der Arbeitsebene 8 aufweist.

Bezogen auf die Auftragerichtung 5 entspricht die Ausdehnung TI der Stufenfläche 15 dem minimalen Abstand 26 zwischen der ersten Verschiebefläche 13 und der zweiten Verschiebefläche 17. Die in Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 42 der weiteren Stufenfläche 19 entspricht bei dieser Ausführungsvariante dem Abstand 36 des von der zweiten Verschiebefläche 17 abgelegenen Endes der weiteren Stufenfläche 19 von der zweiten Verschiebefläche 17, bezogen auf die Auftragerichtung 5. Hinsichtlich der Ausbildung der Nivellierfläche 11 wird auf die Erläuterungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.

In Fig. 8 ist eine zweite alternative Variante des in Fig. 6 gezeigten Abschnitts der Mantelfläche 10 der Rakel 6 gezeigt. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zum in Fig. 6 gezeigten Abschnitt der Mantelfläche eingegangen. Abgesehen von den im Folgenden angeführten Unterschieden gelten die Erläuterungen zum in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel auch bei dieser Abwandlungsform der Mantelfläche 10.

Ein Unterschied zur in Fig. 6 dargestellten Ausführung liegt darin, dass die jeweiligen Übergangsflächen 12,14, 16,18 und 43 eben ausgebildet sind. Auch die erste Verschiebefläche 13 und die zweite Verschiebefläche 17 sind eben ausgebildet, wobei diese in dieser zweiten Ausführungsvariante orthogonal zur Arbeitsebene 8 ausgerichtet sind. Die erste Verschiebefläche 13 und die zweite Verschiebefläche 17 könnten gegenüber der orthogonalen Ausrichtung aber auch in einem Winkel von weniger als +/-10° geneigt sein. Die Stufenfläche 15 und die weitere Stufenfläche 19 sind eben ausgebildet und liegen parallel zur Arbeitsebene 8. Hinsichtlich der geometrischen Verhältnisse der Ausdehnungen TI, 31, 35, und 42 und der Abstände 26, 28, 34 und 36 der Mantelfläche 10 wird wiederum auf die Erläuterungen zum in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel verwiesen.

/ 37 • · ········ · · ·· • · · · · · ···· · ··· · • · · · ♦ ·

Die in eine Richtung parallel zur Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 40 der eben ausgebildeten Übergangsflächen 12, 14,16, 18 und 43, orientiert sich günstigerweise jeweils an den, im Zusammenhang mit den Erläuterungen zur gekrümmten Ausführung der Übergangsflächen erwähnten, Werten der entsprechenden Krümmungsradien 12' 14' 16' 18' bzw. 33, d.h. entsprechend der Erläuterungen zum in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel. D.h., die in eine Richtung parallel zur Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 40 der ersten Übergangsfläche 12 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,2mm bis 2mm, beispielsweise 0,5mm. Die in eine Richtung parallel zur Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 40 der zweiten Übergangsfläche 14 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5mm bis 5mm, beispielsweise 3mm. Die in eine Richtung parallel zur Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 40 der dritten Übergangsfläche 16 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1mm bis 10mm, beispielsweise 2mm. Die in eine Richtung parallel zur Auftragerichtung 5 gemessene Ausdehnung 40 der vierten Übergangsfläche 14 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1mm bis 10mm, beispielsweise 4mm.

Die erste Übergangsfläche 12, die zweite Übergangsfläche 14, die dritte Übergangsfläche 16 und die vierte Übergangsfläche 18 schließen in der zweiten Ausführungsvariante mit der Arbeitsebene 8 jeweils einen Winkel 39 von mehr als 5° und weniger als 50° ein, wie dies auch bevorzugt ist. Auch die fünfte Übergangsfläche 43 schließt mit der Arbeitsebene 8 einen (nicht näher bezeichneten) Winkel von mehr als 5° und weniger als 50° ein.

In den Fig. 9 und 10 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 1 dargestellt. In den Erläuterungen zum zweiten Ausführungsbeispiel wird hauptsächlich auf die Unterschiede zum in den Fig. 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel hingewiesen. Abgesehen von den im Folgenden angeführten Unterschieden gelten die Erläuterungen zum ersten Ausführungsbeispiel auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung 1.

Im zweiten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Mantelfläche 10 der Rakel 6 / 37 ·· ·· ···· ···· ·· ·· «···· ·· ·· • · · · ··· · ··· · ···· · · · · · • · · · ·< ♦ · · · einen ersten Teilabschnitt 29 aufweist. Der erste Teilabschnitt 29 der Mantelfläche 10 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dem Abschnitt der Mantelfläche 10 des ersten Ausführungsbeispiels, welcher sich, bezogen auf die Auftragerichtung 5, von der Stelle des geringsten Abstands der Nivellierfläche 11 von der Arbeitsebene 8 bis zum von der vertikalen Zentralebene 24 abgelegenen Ende der weiteren Stufenfläche 19 erstreckt. Hinsichtlich der geometrischen Ausgestaltung des ersten Teilabschnitts 29 wird auf die Erläuterungen zum in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel verwiesen.

Die Mantelfläche 10 der Rakel 6 weist im zweiten Ausführungsbeispiel einen zweiten Teilabschnitt 30 auf, welcher dem an der vertikalen Zentralebene 24, die die Mantelfläche 10 an der Stelle des geringsten Abstandes der Nivellierfläche 11 von der Arbeitsebene 8 durchdringt, gespiegelten ersten Teilabschnitt 29 entspricht, vgl. Fig. 9. Im Ausführungsbeispiel schließen der erste Teilabschnitt 29 und der zweite Teilabschnitt 30 an der Stelle des geringsten Abstandes der Nivellierfläche 11 von der Arbeitsebene 8 direkt aneinander an.

Während die Rakel 6 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels nur eine Auftragerichtung 5 aufweist, in welcher pulverförmiger Ausgangsstoff 3 auf die Aufbauoberfläche 9 aufgetragen wird, weist die Einrichtung 1 im zweiten Ausführungsbeispiel die Möglichkeit auf, auch Pulver in eine der Auftragerichtung 5 entgegengesetzte Gegenauftragerichtung 37 auf die Aufbauoberfläche 9 aufzutragen, vgl. Fig. 10.

Die Einrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels weist zusätzlich zu dem aus dem ersten Ausführungsbeispiel bekannten Vorratsbehälter 50 einen weiteren Vorratsbehälter 50 auf, der auf der rechten Seite der Fig. 10 dargestellt ist. Die beiden Vorratsbehälter 50 sind identisch ausgebildet. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, die Rakel 6 in Auftragerichtung 5 zu bewegen und die entsprechende Pulverschicht 7 auf der Aufbauoberfläche 9 aufzutragen. Nach dem Aufträgen der Pulverschicht 7 überfährt die Rakel 6 den auf der rechten Seite der Fig. 10 dargestellten weiteren Vorratsbehälter 50. Zum Aufbringen der nächsten

23/37 ·· ·· ···· »··· ·· ·· 4···· ·· ♦ · • · « · ··· · ··· · ···· · ··· · * * * * * *

Pulverschicht Ί wird der Dosierkolben 52 der rechten Vorratskammer 50 angehoben.

Das Aufträgen der nächsten Pulverschicht 7 erfolgt dann durch eine Verschiebung der Rakel 6 in die Gegenauftragerichtung 37. Dadurch kann die benötigte Zeit zur

Herstellung des Bauteils 2 verringert werden.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass der erste Teilabschnitt der Mantelfläche auch entsprechend der in Fig. 7 oder 8 gezeigten alternativen Ausführungsvariante der Mantelfläche ausgebildet sein könnte, wobei der zweite Teilabschnitt der Mantelfläche dem an der vertikalen Zentralebene gespiegelten ersten Teilabschnitt entspricht.

In den Ausführungsbeispielen weist die Rakel 6 abgesehen von der eingearbeiteten

Kontur bzw. dem ersten und zweiten Teilabschnitt eine kreiszylindrische Grundform auf. Die Rakel 6 könnte auch eine andere Grundform, beispielsweise die Form eines allgemeinen Zylinders oder eines Prismas, aufweisen.

In einer weiteren Ausführungsform könnte auf die Vorratskammer(n) 50 der

Einrichtung 1 verzichtet werden, wobei dann der pulverförmige Ausgangsstoff von oben, beispielsweise über die Rakel, zugeführt werden könnte. Derartige

Ausführungen sind an sich bekannt.

24/37 * ·

Legende zu den Hinweisziffern:

1	Einrichtung	28	Abstand
2	Bauteil	29	erster Teilabschnitt
3	Ausgangsstoff	30	zweiter Teilabschnitt
4	Aufbaukammer	31	Ausdehnung
5	Auftragerichtung	32	Krümmungsradius
6	Rakel	33	Krümmungsradius
7	Pulverschicht	34	Abstand
8	Arbeitsebene	35	Ausdehnung
9	Aufbauoberfläche	36	Abstand
10	Mantelfläche	37	Gegenauftragerichtung
11	Nivellierfläche	38	Schichtdicke
12	erste Übergangsfläche	39	Winkel
12'	Krümmungsradius	40	Ausdehnung
13	erste Verschiebefläche	41	Längsachse
14	zweite Übergangsfläche	42	Ausdehnung
14'	Krümmungsradius	43	fünfte Übergangsfläche
15	Stufenfläche	50	Vorratskammer
16	dritte Übergangsfläche	51	Aufbaukolben
16'	Krümmungsradius	52	Dosierkolben
17	zweite Verschiebefläche	53	Laser
18	vierte Übergangsfläche	54	Prozesskammerboden
18'	Krümmungsradius
19	weitere Stufenfläche
20	Winkel
24	vertikale Zentralebene
25	Abwinkelung
26	Abstand
27	Ausdehnung

25/37 ·· ···· ···♦ ·· ·· • · · · · · · • ···· · ··· · • · · · · · · • * .,**, · · * * •Sr. Rsli Hofrrrann· · ····

Dr. Thomas Fechner

Hörnlingerstr. 3, Postfach 5

Patentanwälte ^: _t,

Hofmann S< Fechner

T +43 (0)5522 73 137

F +43 (0)5522 73 137-10

M office@vpat.at

6830 Rankweil, Austria www.vpat.at

28288/35

170918

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung (1) zum generativen Fertigen eines Bauteils (2) aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff (3), wobei die Einrichtung (1) eine Aufbaukammer (4) zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (2) und eine in eine Auftragerichtung (5) verschiebbare Rakel (6) zum Aufträgen einer jeweiligen Pulverschicht (7) des Ausgangsstoffs (3) auf einer, in einer Arbeitsebene (8) liegenden, Aufbauoberfläche (9) aufweist, wobei die Mantelfläche (10) der Rakel (6) eine zur Arbeitsebene (8) hin gerichtete Nivellierfläche (11) zum Nivellieren der Schichtdicke der Pulverschicht (7), eine daran über eine Abwinkelung (25) oder über eine erste Übergangsfläche (12) anschließende erste Verschiebefläche (13), die gegenüber der Arbeitsebene (8) in einem Winkel (20) von 90°+/-10° geneigt ist, zum Verschieben von Ausgangsstoff (3) in die Auftragerichtung (5), und eine an die erste Verschiebefläche (13) über eine Abwinkelung (25) oder über eine zweite Übergangsfläche (14) anschließende Stufenfläche (15) aufweist, die parallel zur Arbeitsebene (8) liegt oder von einer parallelen Ausrichtung zur Arbeitsebene (8) um weniger als 5° abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (10) im Weiteren eine an die Stufenfläche (15) über eine Abwinkelung (25) oder über eine dritte Übergangsfläche (16) anschließende zweite Verschiebefläche (17), die gegenüber der Arbeitsebene (8) in einem Winkel (21) von 90°+/-10° geneigt ist, zum Verschieben von Ausgangsstoff (3) in die Auftragerichtung (5) aufweist.
2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Übergangsfläche (16) ausgehend von der Stufenfläche (15) bis zur zweiten Verschiebefläche (17) nur ansteigt oder parallel zur Arbeitsebene (8) verläuft.

26 / 37 • « <· r · · *·
3. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenfläche (15) ausgehend von der Abwinkelung (25) oder der zweiten Übergangsfläche (14) bis zur Abwinkelung (25) oder der dritten Übergangsfläche (16) nur ansteigt oder parallel zur Arbeitsebene (8) verläuft.
4. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (10) eine an die zweite Verschiebefläche (17) über eine Abwinkelung (25) oder eine vierte Übergangsfläche (18) anschließende weitere Stufenfläche (19) aufweist, die parallel zur Arbeitsebene (8) liegt oder von einer parallelen Ausrichtung zur Arbeitsebene (8) um weniger als 5° abweicht.
5. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übergangsfläche (12) und/oder die zweite Übergangsfläche (14) und/oder die dritte Übergangsfläche (16) gekrümmt ist, wobei der Krümmungsradius (12') der ersten Übergangsfläche (12) in einem Bereich von 0,2mm bis 2mm liegt, und/oder wobei der Krümmungsradius (14') der zweiten Übergangsfläche (14) in einem Bereich von 0,5mm bis 5mm liegt, und/oder wobei der Krümmungsradius (16') der dritten Übergangsfläche (16) in einem Bereich von 1mm bis 10mm liegt.
6. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übergangsfläche (12) und/oder die zweite Übergangsfläche (14) und/oder die dritte Übergangsfläche (16) eben ist, wobei die ebene erste Übergangsfläche (12) und/oder die ebene zweite Übergangsfläche (14) und/oder die ebene dritte Übergangsfläche (16) mit der Arbeitsebene (8) einen bzw. jeweils einen Winkel (39) von mehr als 5° und weniger als 50° einschließt bzw. einschließen.
7. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in Auftragerichtung (5) gemessene minimale Abstand (26) zwischen

27/37 ·· ·*·· der ersten Verschiebefläche (13) und der zweiten Verschiebefläche (17) zumindest 3mm und höchstens 20mm, vorzugsweise zumindest 5mm und höchstens 15mm, beträgt.
8. Einrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Auftragerichtung (5) gemessene Ausdehnung (27) der Stufenfläche (15) und/oder der weiteren Stufenfläche (19), zumindest 30%, vorzugsweise zumindest 50%, des in Auftragerichtung (5) gemessenen minimalen Abstands (26) der ersten Verschiebefläche (15) von der zweiten Verschiebefläche (17) beträgt.
9. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nivellierfläche (11) parallel zur Arbeitsebene (8) ausgerichtet ist oder gegenüber der Arbeitsebene (8) um weniger als 10° geneigt ist.
10. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein orthogonal zur Arbeitsebene (8) gemessener minimaler Abstand (28) einer tiefsten Stelle der Nivellierfläche (11) von einer tiefsten Stelle der Stufenfläche (15) zumindest 1mm und höchstens 5mm beträgt.
11. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (10) einen ersten Teilabschnitt (29) aufweist, welcher sich von einer Stelle des geringsten Abstands der Nivellierfläche (11) von der Arbeitsebene (8) zumindest bis inklusive der zweiten Verschiebefläche (17) erstreckt, und dass die Mantelfläche (10) im Weiteren einen zweiten Teilabschnitt (30) aufweist, welcher dem an einer vertikalen Zentralebene (24), welche die Mantelfläche (10) an der Stelle des geringsten Abstandes der Nivellierfläche (11) von der Arbeitsebene (8) durchdringt, gespiegelten ersten Teilabschnitt (29) entspricht.

28 / 37 ·· • · · * · · • · · • € « ·· ·· « · β

····
12. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (2) mit einer Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverschicht (7) mittels der Rakel (6) durch Verschieben des Ausgangsmaterials (3) in die Auftragerichtung (5) über einen Verschiebeweg

5 aufgetragen wird, wobei die mit der Rakel (6) verschobene Menge des pulverförmigen Ausgangsstoffs (3) über einen ersten Teil des Verschiebewegs zumindest bis zur zweiten Verschiebefläche (17) reicht.

29 / 37