BE1027248B1 - Werkwijze en inrichting voor het creëren van een gasstroom bij het additief vervaardigen van een product in een poederbed - Google Patents

Abstract

Inrichting en werkwijze voor het laagsgewijs vervaardigen van een product (1) met een uitsparing (3), waarin opeenvolgende poederlagen worden aangebracht in een bouwvlak (15) boven een bouwplatform (4), waarin dit bouwplatform (4) zich uitstrekt in een ruimte tussen een kokerwand (6) van een bouwkoker (5) en een hierin voorzien inzetstuk (9), waarin men een stralenbundel (18) laat invallen op elke poederlaag en deze bundel (18) over de poederlaag verplaatst teneinde opeenvolgende lagen van genoemd product (1) te vormen boven het bouwplatform (4) zodat het inzetstuk (9) zich in genoemde uitsparing (3) uitstrekt. Volgens de uitvinding genereert men boven het bouwvlak (15) een gasstroom (24) die zich boven genoemde ruimte uitstrekt waarbij ervoor wordt gezorgd dat deze gasstroom (24) genoemde stralenbundel (18) kruist waarbij rookgassen die gevormd worden bij het invallen van de stralenbundel (18) op genoemde poederlaag, worden afgevoerd door deze gasstroom (24).

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET CREËREN VAN EEN GASSTROOM BIJ HET ADDITIEF VERVAARDIGEN VAN EEN

PRODUCT IN EEN POEDERBED De uitvinding betreft een inrichting voor het laagsgewijs vervaardigen van een driedimensionaal product uit opeenvolgende poederlagen door een additieve vervaardigingstechniek, waarbij het product minstens één uitsparing heeft die zich, bijvoorbeeld, uitstrekt tussen twee tegenoverliggende zijden van het product.

Aldus wordt in een bouwkamer een bouwplatform voorzien dat volgens een verticale richting verplaatsbaar is in een bouwkoker die een binnenwand en, bij voorkeur, een horizontale open bovenzijde heeft. De rand van het bouwplatform sluit hierbij aan op de binnenwand van de bouwkoker. Boven het bouwplatform strekt zich een horizontaal bouwvlak uit. Verder is een poederverdeler voorzien om opeenvolgende poederlagen aan te brengen in het bouwvlak en is een stralenbron voorzien voor het genereren van minstens een energetische stralenbundel welke samenwerkt met scanmiddelen om de stralenbundel te doen invallen op genoemde opeenvolgende poederlagen en over deze poederlagen te verplaatsen teneinde opeenvolgende met elkaar verbonden lagen van genoemd product te vormen.

De energetische stralenbundel kan, bijvoorbeeld, een laserstraal of een elektronenstraal omvatten.

Deze inrichting bevat, verder, minstens een inzetstuk dat zich volgens verticale richting doorheen een hiervoor voorziene uitsparing in het bouwplatform uitstrekt zodat het bouwplatform en het inzetstuk volgens verticale richting verplaatsbaar zijn ten opzichte van elkaar. De omtrek van het inzetstuk sluit nagenoeg passend aan op de uitsparing in het bouwplatform, welke uitsparing zich, bij voorkeur, volgens een horizontaal vlak uitstrekt.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het laagsgewijs vervaardigen van genoemd driedimensionaal product, waarbij opeenvolgende poederlagen worden aangebracht in een bouwvlak boven een bouwplatform en waarbij men een stralenbundel laat invallen op elke poederlaag en deze bundel over deze poederlaag verplaatst teneinde opeenvolgende lagen van genoemd product te vormen in de ruimte boven het bouwplatform zodat het inzetstuk zich in de uitsparing van het product uitstrekt. Na het vormen van een laag van het product, wordt het bouwplatform over een hoogte die overstemt met de dikte van een poederlaag naar beneden verplaatst en wordt vervolgens een volgende poederlaag aangebracht.

Het vervaardigen van een driedimensionaal product door een additieve vervaardigingstechniek uitgaande van een poeder dat in opeenvolgende poederlagen wordt aangebracht om een poederbed te vormen waarin dit product wordt gevormd, is bekend bij de vakman. Meestal wordt een dergelijke vervaardiging van een product uitgevoerd in een afgesloten bouwkamer onder een beschermende of inerte atmosfeer, of in het algemeen onder een gemodificeerde atmosfeer.

Hierbij wordt, bijvoorbeeld, het poeder lokaal verhit in de verschillende poederlagen teneinde dit minstens deels te doen smelten en vervolgens te laten stollen om aldus opeenvolgende lagen van het te vervaardigen product te vormen en om deze lagen met elkaar te verbinden. Dergelijke productiemethoden zijn, bijvoorbeeld, selectief laser sinteren en selectief laser smelten. Bij de verhitting van het poedermateriaal door de op het poeder invallende stralenbundel, ontstaat rook en kunnen stofdeeltjes vrijkomen boven het bouwvlak. De rook en eventuele stofdeeltjes, zoals verbrandingsdeeltjes, bemoeilijken de scherpstelling van de laser en/of bevuilen de optische elementen. Dit veroorzaakt mogelijk afwijkingen in kwaliteit van het geproduceerde product. Zo kunnen, bijvoorbeeld, ongewenste microstructuren, micro-porositeiten en/of inbedding van onzuiverheden zich voordoen. Om dit te verhinderen dienen deze rookgassen, met inbegrip van eventuele stofdeeltjes die ontstaan, te worden verwijderd. Om de rookgassen en stofdeeltjes af te voeren, wordt een laminaire gasstroom gecreëerd boven het bouwvlak. Dit geeft echter niet steeds het gewenste resultaat. In het bijzonder blijkt het niet mogelijk te zijn om rookgassen en stofdeeltjes op een efficiënte manier en in voldoende mate te verwijderen bij de vervaardiging van producten die zich over een groot horizontaal oppervlak uitstrekken.

Verder is het vereist om bij het vervaardigen van grote producten een groot en uitgestrekt poederbed te voorzien. Meestal maakt echter slechts een klein deel van het poeder uit dit poederbed effectief deel uit van het vervaardigde product. Dit is in het bijzonder het geval voor producten die uit holle structuren bestaan, zoals, bijvoorbeeld, ringvormige of buisvormige producten of voor dergelijke producten die een overlangse uitsparing vertonen.

Voor de vervaardiging van dergelijke producten, wordt een grote hoeveelheid poeder in het poederbed gebruikt terwijl slechts een relatief klein deel van dit poeder effectief in het product wordt verwerkt. Het overtollige poeder kan mogelijk worden gerecycleerd, maar is onderhevig aan degradatie en vervuiling. Aldus zal een groot deel van het aangewende poeder niet meer geschikt zijn om in een volgend productieproces opnieuw te worden gebruikt.

Om, bijvoorbeeld, de microstructuur en/of de residuele stress van een te vervaardigen product te beïnvloeden wordt, bij voorkeur, de temperatuur van het poederbed en/of het vervaardigde product geregeld. Verwarmings- en/of koelingselementen kunnen hiertoe worden voorzien om de temperatuur van de binnenwand van de bouwkoker te regelen. Via deze binnenwand wordt dan warmte aangevoerd naar het poederbed of ervan afgevoerd. Wanneer het poederbed een relatief grote horizontale diameter vertoont, is het echter uiterst moeilijk om binnen een aanvaardbaar tijdsinterval de temperatuur van het poederbed en van het product dat wordt gevormd efficiënt en accuraat te regelen.

De uitvinding wil een inrichting en een werkwijze voorstellen die aan bovenstaande nadelen verhelpen en die toelaten om op een efficiënte wijze rookgassen en/of stofdeeltjes te verwijderen.

Tot dit doel bevat de inrichting, volgens de uitvinding, minstens een eerste gasstroomorgaan met minstens een eerste mondstuk dat uitgeeft aan de bovenzijde van het inzetstuk, terwijl minstens een tweede gasstroomorgaan is voorzien met minstens een tweede mondstuk teneinde toe te laten om een gasstroom te genereren boven genoemd bouwvlak tussen genoemd eerste gasstroomorgaan en genoemd tweede gasstroomorgaan om rookgassen, met inbegrip van stofdeeltjes, die worden geproduceerd bij het vervaardigen van genoemd product, af te voeren, zoals opgeëist in de hieraan toegevoegde conclusies.

Doelmatig dient het bouwvlak zich minstens deels uit te strekken tussen het inzetstuk en de binnenwand van de koker om genoemd product minstens deels rond dit inzetstuk op te bouwen zodat bij het vervaardigen van het product het inzetstuk zich minstens deels in de uitsparing bevindt.

In het bijzonder, strekt het mondstuk van het tweede gasstroomorgaan zich zijdelings naast de koker uit.

Zeer in het bijzonder, strekt het mondstuk van genoemd tweede gasstroomorgaan zich boven genoemd bouwvlak uit.

Op een voordelige wijze, vertoont de bouwkoker een horizontale open bovenzijde waarin het bouwvlak zich uitstrekt boven het bouwplatform.

Op een zeer voordelige wijze, vertoont genoemd inzetstuk een bovenzijde die zich uitstrekt in het vlak van de bovenzijde van genoemde bouwkoker.

Volgens een interessante uitvoeringsvorm van de uitvinding, strekt het eerste gasstroomorgaan zich minstens deels uit doorheen genoemd inzetstuk, bij voorkeur, volgens een hoofdzakelijk verticale richting.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting, vertoont genoemd tweede gasstroomorgaan een mondstuk met een opening die zich uitstrekt volgens nagenoeg de volledige omtrek van de bovenzijde van genoemde bouwkoker.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze waarin het driedimensionaal product minstens deels rond het inzetstuk wordt opgebouwd, zoals opgeëist in de hieraan toegevoegde conclusies. Volgens deze werkwijze worden opeenvolgende poederlagen aangebracht in een bouwvlak boven een bouwplatform, waarbij dit bouwplatform zich uitstrekt in een ruimte die aanwezig is tussen een binnenwand van een bouwkoker en een hierin voorzien inzetstuk. Men laat een stralenbundel invallen op elke poederlaag en verplaatst deze bundel over de poederlaag teneinde opeenvolgende lagen van genoemd product te vormen in genoemde ruimte boven het bouwplatform zodat het inzetstuk zich in genoemde uitsparing van het product uitstrekt. Na het vormen van een laag van het product,

wordt het bouwplatform over een hoogte die overstemt met de dikte van een poederlaag naar beneden verplaatst en wordt vervolgens een volgende poederlaag aangebracht teneinde een volgende laag van het product te vormen.

Deze werkwijze kenmerkt zich doordat boven het bouwvlak een 5 gasstroom wordt gegenereerd die zich minstens gedeeltelijk boven genoemde ruimte uitstrekt van de bovenzijde van genoemde binnenwand naar de bovenzijde van genoemd inzetstuk, of omgekeerd, waarbij ervoor wordt gezorgd dat deze gasstroom genoemde stralenbundel kruist waarbij rookgassen en/of stofdeeltjes, die gevormd worden bij het invallen van de stralenbundel op genoemde poederlaag, worden afgevoerd door deze gasstroom.

Andere bijzonderheden en voordelen van uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van enkele specifieke uitvoeringsvormen van de inrichting en de werkwijze, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt alleen als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte niet van de gevorderde bescherming, de hierna gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.

Figuur 1 is een schematische voorstelling van een verticale dwarsdoorsnede van een bouwkoker volgens een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding.

Figuur 2 is een schematische voorstelling van een horizontale dwarsdoorsnede van de bouwkoker uit figuur 1 volgens de lijn II-II, waarbij het poederbed zich uitstrekt over de volledige omtrek van een inzetstuk.

Figuur 3 is een schematisch bovenaanzicht van de bouwkoker uit figuur 1.

Figuur 4 is een schematische voorstelling van een verticale dwarsdoorsnede van een bouwkoker volgens een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens uitvinding.

Figuur 5 is een schematische voorstelling van een bovenaanzicht van de bouwkoker volgens een variante van de eerste uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, waarbij het poederbed zich over slechts een deel van de omtrek van het inzetstuk uitstrekt.

Figuur 6 is een schematische voorstelling van een bovenaanzicht van de bouwkoker volgens een verdere variante van de eerste uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, waarbij een bijkomend inzetstuk zich tussen het inzetstuk en de binnenwand van de bouwkoker bevindt zodat het poederbed zich slechts over een gedeelte van de omtrek van het inzetstuk uitstrekt.

Figuur 7 is een schematische voorstelling van een verticale dwarsdoorsnede van een bouwkoker volgens een derde uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding.

Figuur 8 is een schematisch bovenaanzicht van de bouwkoker met een inzetstuk volgens een alternatieve uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding.

Figuur 9 is een schematisch bovenaanzicht van de bouwkoker met meerdere inzetstukken volgens nog een alternatieve uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding.

In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde of analoge elementen.

De uitvinding betreft in het algemeen een inrichting en een werkwijze voor het laagsgewijs vervaardigen van een driedimensionaal product dat een uitsparing vertoont die minstens over een deel van de verticale hoogte van het product uitstrekt. Deze uitsparing kan zich bijgevolg uitstrekken tussen twee tegenover elkaar liggende zijden van het product en vormt, bijvoorbeeld, een holle ruimte in het product. Volgens de uitvinding, wordt het product door middel van een additieve vervaardigingstechniek in een poederbed geproduceerd.

De inrichting, volgens de uitvinding, is bijvoorbeeld geschikt om een driedimensionaal product te vervaardigen met een vorm die, bij voorkeur, een centrale as heeft zoals een ring of een buis. Dergelijke producten vertonen een relatief grote uitsparing die wordt begrensd door een wand waarvan de dikte relatief klein is ten opzichte van de diameter van de uitsparing. De uitsparing strekt zich in deze producten meestal uit over de volledige hoogte van het product.

Volgens de uitvinding wordt het product in een poederbed rond een inzetstuk opgebouwd zodat dit inzetstuk zich in genoemde uitsparing van het product bevindt.

Het gebruik van een dergelijk inzetstuk heeft vooral als voordeel dat de te gebruiken hoeveelheid poeder in het poederbed veel geringer is dan wanneer geen inzetstuk aanwezig is en dus de volledige uitsparing met poeder zou dienen te worden opgevuld bij de vervaardiging van het product.

Een ander voordeel bestaat erin dat de warmteoverdracht van het product en van het poederbed naar de omgeving, in het bijzonder naar de wand van de bouwkoker, en omgekeerd, veel gelijkmatiger is aangezien de hoeveelheid poeder die rond het product aanwezig is, terwijl dit wordt vervaardigd, veel kleiner is en dat dit poeder gelijkmatiger is verdeeld rond het product dan wanneer de volledige uitsparing van het product met poeder zou worden gevuld.

Een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, zoals weergegeven in de figuren 1 tot 3, laat toe om een product 1 te vervaardigen dat een centrale as 2 vertoont en dat een uitsparing 3 heeft die zich rond deze centrale as 2 uitstrekt. De centrale as 2 van het product 1 vormt dikwijls een symmetrieas ervan.

De inrichting, volgens de uitvinding, heeft een bouwkamer waarin een bouwplatform 4 en een cilindervormige bouwkoker 5 zijn voorzien. Het bouwplatform 4 strekt zich uit in deze bouwkoker 5 en sluit nagenoeg passend aan op de cilindrische wand 6 ervan. Deze kokerwand 6 strekt zich volgens verticale richting uit, waarbij het platform 4 volgens deze verticale richting verplaatsbaar in de bouwkoker 5. Hierbij sluit de buitenrand 7 van het platform 4 aan tegen de kokerwand 6. In de bouwkoker 5 bakent de kokerwand 6 ervan een ruimte af waarin genoemd poederbed 8 dient gevormd te worden bij de vervaardiging van een product 1. In deze ruimte wordt aldus een inzetstuk 9 voorzien. Dit inzetstuk 9 is, bijvoorbeeld, cilindervormig, zoals voorgesteld in de figuren 1 tot 3, en strekt zich uit dwars doorheen een centrale uitsparing 10 die hiertoe is voorzien in het bouwplatform 4. Bijgevolg is het bouwplatform 4 ringvormig in deze uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, waarbij de binnenrand 11 van de uitsparing 10 in het bouwplatform 4 tegen het inzetstuk 9 aansluit. Het inzetstuk 9 heeft hierbij een vaste positie ten opzichte van de bouwkoker 5.

Bij de vervaardiging van het product 1, wordt het poederbed 8 laag per laag opgebouwd op het bouwplatform 4 tussen de kokerwand 6 en het inzetstuk 9, rond de volledige horizontale omtrek van dit inzetstuk 9. Dit is, in deze uitvoeringsvorm, rond de centrale as 2.

Teneinde te vermijden dat het product 1, dat in de inrichting wordt vervaardigd, vast verbonden zou worden met het bouwplatform 4, wordt op dit bouwplatform 4 een draagplaat 12 voorzien waarop het poederbed 8 laag per laag wordt aangebracht en waarop de onderzijde van het te vervaardigen product 1 dient aan te sluiten.

In de uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, die is voorgesteld in figuren 1 tot 3, strekt de bovenzijde 13 van het inzetstuk 9 zich nagenoeg in hetzelfde horizontaal vlak uit als de bovenrand 14 van de bouwkoker 5. Dit horizontaal vlak sluit normalerwijze aan op de bovenzijde van het poederbed 8. Meer bepaald worden de poederlagen gevormd op een bouwvlak 15 dat zich op een afstand van de bovenrand 14 van de bouwkoker 5 uitstrekt die overeenstemt met de dikte van een poederlaag. Aldus wordt elke poederlaag aangebracht in een ringvorm die zich horizontaal uitstrekt tussen het inzetstuk 9 en de kokerwand 6. De binnenzijde 16 van deze ringvorm sluit bijgevolg aan op het inzetstuk 9 en de buitenzijde 17 ervan sluit dan op de kokerwand 6.

Tijdens het vervaardigen van het product 1 wordt het bouwplatform 4 geleidelijk stapsgewijs neerwaarts verplaatst terwijl het poederbed 8 wordt opgebouwd door de opeenvolgende poederlagen aan te brengen over het bouwvlak 15. De poederlagen worden aangebracht door een of meerdere poederverdelers, die voor de duidelijkheid van de figuren niet zijn weergegeven. De opeenvolgende poederlagen worden normalerwijze door middel van een of meerdere schrapers vlak gemaakt voordat een volgende poederlaag wordt aangebracht. Een dergelijke schraper is op zich bekend voor de vakman en eveneens niet weergegeven in de figuren.

Na het aanbrengen van een poederlaag wordt een energetische straal 18 over de poederlaag in het bouwvlak 15 verplaatst volgens een voorafbepaald patroon teneinde een laag van het product 1 te vormen. De energetische straal 18 zorgt ervoor dat poeder uit de poederlaag lokaal smelt en vervolgens stolt om aldus een laag van het product 1 te vormen. Opeenvolgende lagen van het product 1 worden op deze manier gevormd en met elkaar verbonden. Na het vormen van een laag van het product 1, wordt het bouwplatform neerwaarts verplaatst zoals hierboven vermeld, teneinde een volgende poederlaag aan te brengen.

Wanneer de energetische straal 18 invalt op het poeder uit de laatst aangebrachte poederlaag, ontstaan boven het bouwvlak 15 rookgassen en mogelijk stofdeeltjes, zoals spatten of verbrandingsdeeltjes. Dergelijke rookgassen of stofdeeltjes kunnen aanleiding geven tot het ontstaan van defecten in het product 1 dat wordt vervaardigd of kunnen ervoor zorgen dat de energetische straal 18 wordt verstrooid of met een lagere en/of niet controleerbare intensiteit invalt op het poederbed 8. Om deze rookgassen en/of stofdeeltjes af te voeren, wordt, volgens de eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding, een eerste gasstroomorgaan 19 voorzien dat zich minstens gedeeltelijk uitstrekt doorheen het inzetstuk 9. Dit gasstroomorgaan 19 laat toe om een gasstroom 24 te genereren waarin rookgassen en/of stofdeeltjes worden meegevoerd en afgevoerd. Hiertoe bevat het gasstroomorgaan 19 minstens een gasstroomleiding 21 die aansluit op minstens één mondstuk 20 dat uitgeeft aan de bovenzijde 13 van het inzetstuk 9. De mondstukken 20 van dit gasstroomorgaan 19 vertonen een instroom- of uitstroomrichting voor genoemde gasstroom die hoofdzakelijk radiaal is gericht over het poederbed 8 zodat ze toelaten om een nagenoeg radiale gasstroming te genereren. In de in de figuren 1 tot 3 voorgestelde uitvoeringsvorm van het gasstroomorgaan 19, is dit voorzien van een mondstuk 20 dat een ringvormige uitsparing vormt in de bovenzijde 13 van het inzetstuk 9.

Verder is boven de bouwkoker 5 een tweede gasstroomorgaan 22 voorzien met een of meerdere mondstukken 23, in het bijzonder minstens één mondstuk 23. De mondstukken 23 van dit tweede gasstroomorgaan 22 strekken zich naast het poederbed 8 uit en dit, bij voorkeur, langs de volledige bovenrand 14 van de bouwkoker 5. In de figuren 1 tot 3 is genoemd gastroomorgaan 22 voorzien van een mondstuk 23 dat zich continu volgens de volledige omtrek van de bouwkoker uitstrekt, waarbij dit een opening heeft die naar het tegenoverliggende mondstuk 20 van genoemd eerste gastroomorgaan 19 is gericht.

Beide gasstroomorganen 19 en 22 werken samen teneinde een gasstroom 24 over het poederbed 8 te genereren van het mondstuk 20 aan de bovenzijde 13 van het inzetstuk 9 naar het tegenoverliggend mondstuk 23 naast de bouwkoker 5. Hierdoor worden rookgassen en verbrandingsdeeltjes afgevoerd uit de bouwkamer. Het spreekt voor zich dat eventueel de gasstroom 24 in omgekeerde zin kan worden gecreëerd, zodat een stroming wordt gegenereerd van het mondstuk 23, boven de bovenrand 14 van de bouwkoker 5, naar het tegenoverliggende mondstuk 20 aan de bovenzijde van het inzetstuk 9.

Er wordt voor gezorgd dat, bij het vervaardigen van een product 1, de energetische straal 18 doorheen de gasstroom 24 naar het poederbed 8 is gericht. Dit verzekert dat eventueel gevormde stofdeeltjes of rookgassen nagenoeg onmiddellijk door middel van de gastroom 24 worden afgevoerd bij het invallen van de energetische straal op het poederbed 8. Aldus, strekt de gasstroom 24 zich, bij voorkeur, uit doorheen het pad van de energetische straal 8. Verder wordt, bij voorkeur, een gasstroom 24 gegenereerd die laminair is zodat vermeden wordt dat poeder uit het poederbed 8 wordt verstoord of wordt meegevoerd in de gaststroom

24.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, bestrijkt de gasstroom 24 nagenoeg de volledige bovenzijde van het poederbed 8, meer bepaald het volledige oppervlak gelegen tussen het inzetstuk 9 en de kokerwand 6.

Genoemde gasstroomleiding 21 van het eerste gasstroomorgaan 19 strekt zich centraal volgens genoemde centrale as 2 doorheen het inzetstuk 9 uit. Deze gasstroomleiding 21 vormt aldus een buis waarvan een uiteinde is aangesloten op genoemd mondstuk 20, terwijl het tegenoverliggende uiteinde van deze gasstroomleiding 21 is verbonden met een gastoevoerinrichting aan de onderzijde van het bouwplatform 4. Aldus kan een gas, bijvoorkeur een inert gas zoals stikstofgas, argon, etc., via deze gasstroomleiding 21 en het bijhorende mondstuk 20 over het poederbed 8 naar het tegenoverliggend mondstuk 23 geleid worden om op deze manier rookgassen of stofdeeltjes mee te voeren in de gasstroom en via dit mondstuk 23 van het tweede gasstroomorgaan 22 af te voeren. Hiertoe werkt dit tweede gasstroomorgaan 22 samen met een afzuiginstallatie die eventueel een filterinrichting bevat. Teneinde de temperatuur van het poederbed 8 met het product 1 te regelen, bevat de kokerwand 6 en/of het inzetstuk 9 warmteregulerende elementen 25, zoals verwarmingselementen of koelelementen. Zo kunnen deze warmteregulerende elementen 25, bijvoorbeeld, gevormd worden door buizen die zich dichtbij het oppervlak van de kokerwand 6 of van het inzetstuk 9 uitstrekken en waardoor een vloeistof, zoals een koelvloeistof, stroomt waarvan de temperatuur en/of het debiet wordt geregeld in functie van de gewenste temperatuur van het poederbed. Eventueel kunnen de warmteregulerende elementen 25 door elektrische weerstanden en/of inductiesystemen worden gevormd. Volgens een andere uitvoeringsvorm van de inrichting en de werkwijze, volgens de uitvinding, wordt het poederbed 8 laagsgewijze opgebouwd rond het inzetstuk 9 over slechts een gedeelte van de horizontale omtrek van dit inzetstuk 9, zoals is weergegeven in het bovenaanzicht van de bouwkoker uit figuur

5. Het product 1 dat hierbij wordt vervaardigd strekt zich, bijgevolg, eveneens uit over slechts een gedeelte van de omtrek van het inzetstuk 9. Bij een variante op deze uitvoeringsvorm, volgens de uitvinding, weergegeven in de figuur 6, is een bijkomend inzetstuk 26 voorzien tussen het inzetstuk 9 en de kokerwand 6 zodat het poederbed 8 en het product 1 zich slechts uitstrekken over een deel van de omtrek van het inzetstuk 9. Nog een andere uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, is weergegeven in figuur 4. Deze uitvoeringsvorm is verschillend van de eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding, zoals voorgesteld in de figuren 1 tot 3, doordat het eerste gasstroomorgaan 19 zich uitstrekt boven het inzetstuk 9, waarbij gas wordt toegevoerd doorheen een gasstroomleiding 21 die zich nagenoeg verticaal uitstrekt boven het bouwplatform 4. Meer bepaald heeft dit tweede gasstroomorgaan 19 eveneens een mondstuk 23 dat een of meerdere openingen vertoont teneinde toe te laten om een radiale gasstroom 24 over het poederbed 8 te genereren. In deze uitvoeringsvorm stemt genoemde tweede gasstroomorgaan 22 nagenoeg overeen met dit uit de figuren 1 tot 3.

Een volgende uitvoeringsvorm van de uitvinding, die is weergegeven in de figuur 7, is onder andere verschillend van de vorige uitvoeringsvormen doordat het inzetstuk 9 eveneens verticaal verplaatsbaar is ten opzichte van de koker 5. Nadat in een eerste stap een eerste deel van het product 1 is opgebouwd, zoals hierboven beschreven, wordt in een tweede stap het inzetstuk 9 samen met het bouwplatform 4 naar beneden verplaatst en worden de volgende poederlagen ook aangebracht boven de bovenzijde 13 van het inzetstuk 9. Meer bepaald, strekt het bouwvlak 15 zich dan zowel uit boven het bouwplatform 4 als boven de bovenzijde 13 van het inzetstuk 9. Dit laat toe om het product 1 verder op te bouwen, waarbij genoemde uitsparing 3 in het product 1 bijvoorbeeld minstens gedeeltelijk wordt gesloten door de vervaardiging van het product 1 boven het inzetstuk 9. Een volgende uitvoeringsvorm van de uitvinding, weergegeven in de figuur 8, is verschillend van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen doordat de bouwkoker 5 een horizontale dwarsdoorsnede vertoont die vierkant is en dus niet cirkelvormig.

Aldus is het mogelijk om producten 1 te vervaardigen die, bijvoorbeeld, niet symmetrisch zijn of die niet geen cirkelvormige dwarsdoorsnede vertonen.

De alternatieve uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, die is weergegeven in de figuur 9, verschilt van de voorgaande uitvoeringsvorm doordat meerdere inzetstukken 9 zijn voorzien.

Hierbij kunnen een of meerdere van deze inzetstukken 9 voorzien zijn met het eerste gasstroomorgaan 19 met een bijhorend mondstuk 20 waarlangs ofwel gas van de gasstroom 24 wordt toegevoerd, ofwel gas van deze gasstroom 24 wordt afgevoerd.

Daarnaast kunnen een of meerdere bijkomende inzetstukken 9 voorzien zijn met het tweede gasstroomorgaan 22 met het bijhorend mondstuk 23 waarlangs eveneens ofwel gas van de gasstroom 24 wordt toegevoerd, ofwel gas van deze gasstroom 24 wordt afgevoerd.

Aldus kan de gastroom 24 bijvoorbeeld minstens gedeeltelijk tussen de inzetstukken 9 onderling plaatsvinden.

Het product 1 in deze uitvoeringsvorm kan, bij voorkeur, minstens gedeeltelijk worden opgebouwd tussen twee of meer verschillende inzetstukken 9. Verder kunnen nog andere inzetstukken worden voorzien die geen gasstroomorgaan bevatten.

Het spreek voor zich dat de zin van de gasstroom 24 voor elk van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kan worden omgekeerd. Verder is het eveneens mogelijk dat de gasstroom 24 afgevoerd wordt via een of meerdere mondstukken 20 of 23 die zijn voorzien in de wand van de bouwkamer. In dergelijk geval zorgt, bijvoorbeeld, een of meerdere mondstukken 20 aan de bovenzijde 13 van het inzetstuk 9 voor de aanvoer van de gasstroom en de sturing van deze gasstroom over het poederbed 8. De uitvinding is natuurlijk niet beperkt tot de hierboven beschreven inrichtingen en werkwijzen en de in bijgaande figuren voorgestelde uitvoeringsvormen ervan. Zo kunnen de verschillende kenmerken van deze uitvoeringsvormen en varianten onderling worden gecombineerd.

Zo kan de bouwkoker verschillende vormen aannemen. Deze kan niet alleen cilindrisch zijn, maar bijvoorbeeld ook balkvormig met een horizontale dwarsdoorsnede die, bijvoorbeeld, rechthoekig is. Verder kan het inzetstuk eveneens allerhande vormen aannemen afhankelijk van het te vervaardigen product. De centrale lengteassen van de bouwkoker en/of het product moeten niet noodzakelijk samenvallen. De bouwkoker en/of het product moeten niet noodzakelijk symmetrisch zijn en/of moeten niet noodzakelijk een symmetrieas bezitten.

Zo kunnen de kokerwand, het inzetstuk en het bouwplatform allerhande vormen aannemen, mogelijk afhankelijk van de vorm van het te vervaardigen product. Het bouwplatform strekt zich hierbij horizontaal uit tussen het inzetstuk en de kokerwand en is hiertussen ook volgens verticale richting verplaatsbaar. De horizontale dwarsdoorsneden van de ruimte tussen het inzetstuk en de kokerwand zijn bijgevolg over de volledige hoogte van het poederbed, bij voorkeur, identiek. Bij voorkeur, is hierbij het inzetstuk loodrecht gepositioneerd ten opzichte van het bouwplatform. Zo zijn de gevormde producten niet noodzakelijk as-symmetrisch. Zo kunnen ook meerdere afzonderlijke inzetstukken worden voorzien wanneer het te vervaardigen product, bijvoorbeeld, meerdere afzonderlijke holten vertoont.

Verder kunnen de een of meerdere tweede mondstukken ook opgesteld zijn in de bouwkamer op een afstand verwijderd van de bovenzijde van de bouwkoker.

Ook kunnen de mondstukken van het eerste gasstroomorgaan en/of het tweede gasstroomorgaan minstens volgens verticale richting verplaatsbaar zijn ten opzichte van het inzetstuk en/of de bouwkoker.

De inrichting en de werkwijze, volgens de uitvinding, kunnen bij een groot aantal verschillende technieken voor het additief vervaardigen van een product worden toegepast.

Aldus kan de uitvinding aangewend worden bij, bijvoorbeeld, selectief laser smelten (“selective laser melting” of SLM), selectief laser sinteren (“selective laser sintering” of SLS), “Electron beam additive manufacturing (EBM)”, multi-jet-fusie en andere technieken waarbij opeenvolgende poederlagen worden bestreken door een energetische bundel, zoals een laserbundel, of door gebruik te maken van een 2D stralingsarray, teneinde poeder in deze lagen volledig of gedeeltelijk te doen smelten en vervolgens te laten stollen of te sinteren om opeenvolgende met elkaar verbonden lagen van het product te vormen. Eventueel kan dit gecombineerd worden met het toevoegen van binders of selectieve straling absorbeer- of reflecteermaterialen.

In dergelijke productiemethoden, wordt, na het aanbrengen van elke poederlaag, minstens een energetische stralenbundel, zoals een laserbundel, over de poederlaag verplaatst teneinde poeder uit deze poederlaag minstens gedeeltelijk te smelten en te laten stollen of sinteren zodat een laag van het product wordt gevormd. Het bouwplatform wordt vervolgens over een afstand die overeenstemt met de dikte van een poederlaag naar beneden verplaatst teneinde een volgende poederlaag te verdelen op het bouwvlak en aldus opeenvolgende met elkaar verbonden lagen van het product te vormen.

Het spreekt voor zich dat in een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding, het bouwplatform vast kan zijn terwijl het inzetstuk en/of de bouwkoker naar boven wordt verplaatst naargelang de verschillende opeenvolgende lagen worden opgebouwd.

De uitvinding kan op eenzelfde manier toegepast worden bij additive vervaardigingstechnieken waarbij een binder of selectieve energie- absorbeerder of energie-reflecteerder wordt geprint op het poeder, al dan niet, in combinatie met het bestralen van de poederlaag door een stralingsbron.

In het algemeen kan de uitvinding toegepast worden in elke productietechniek waar opeenvolgende poederlagen dienen te worden gedeponeerd.

Claims (19)

CONCLUSIES

1. Inrichting voor het laagsgewijs vervaardigen van een driedimensionaal product (1) uit opeenvolgende poederlagen door een additieve vervaardigingstechniek, waarbij dit product (1) minstens één uitsparing (3) vertoont, waarbij deze inrichting een bouwkamer vertoont met een bouwkoker (5) en een bouwplatform (4) die volgens een verticale richting verplaatsbaar zijn ten opzichte van elkaar, waarbij het bouwplatform (4) zich in de bouwkoker (5) uitstrekt met een buitenrand (7) aansluitend op een kokerwand (6) van deze bouwkoker (5), waarbij boven het bouwplatform (4) in de bouwkoker (5) zich een horizontaal bouwvlak (15) dient uit te strekken, waarbij verder een poederverdeler is voorzien om opeenvolgende poederlagen aan te brengen in genoemd bouwvlak (15), een stralenbron is voorzien voor het genereren van een energetische stralenbundel (18), en scanmiddelen zijn voorzien welke samenwerken met de stralenbron om de stralenbundel (18) te doen invallen op genoemde opeenvolgende poederlagen en over deze poederlagen te verplaatsen teneinde opeenvolgende met elkaar verbonden lagen van genoemd product (1) te vormen, waarbij minstens een inzetstuk (9) is voorzien dat zich volgens de verticale richting doorheen een hiervoor voorziene uitsparing (10) in het bouwplatform (4) minstens deels uitstrekt zodat het bouwplatform (4) en het inzetstuk (9) volgens de verticale richting verplaatsbaar zijn ten opzichte van elkaar, waarbij het inzetstuk (9) nagenoeg passend aansluit op de binnenzijde van de uitsparing (10) in het bouwplatform (4), daardoor gekenmerkt dat deze inrichting minstens een eerste gasstroomorgaan (19) bevat met minstens een eerste mondstuk (20) dat uitgeeft aan de bovenzijde (13) van het inzetstuk (9),

terwijl minstens een tweede gasstroomorgaan (22) is voorzien met minstens een tweede mondstuk (23), teneinde toe te laten om een gasstroom (24) te genereren boven genoemd bouwvlak (15) tussen genoemd eerste gasstroomorgaan (19) en genoemd tweede gasstroomorgaan (22) om rookgassen, spatten en/of stofdeeltjes af te voeren die worden geproduceerd bij het vervaardigen van genoemd product (1).

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het bouwvlak (15) zich minstens deels dient uit te strekken tussen het inzetstuk (9) en de binnenwand (6) van de koker (5) om genoemd product (1) minstens deels rond dit inzetstuk (9) op te bouwen zodat bij het vervaardigen van het product (1) het inzetstuk (9) zich minstens deels in de uitsparing (3) bevindt.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij het mondstuk (23) van het tweede gasstroomorgaan (22) zich zijdelings naast de koker (5) uitstrekt.

4. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 3, waarbij de bouwkoker (5) een horizontale open bovenzijde (14) vertoont waarin het bouwvlak (15) zich uitstrekt boven het bouwplatform (4).

5. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 4, waarbij het mondstuk (23) van genoemd tweede gasstroomorgaan (22) zich uitstrekt boven genoemd bouwvlak (15).

6. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 5, waarbij genoemd inzetstuk (9) een bovenzijde (13) vertoont die zich uitstrekt in het vlak van de bovenrand (14) van genoemde koker (5).

7. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 6, waarbij genoemde koker (5) een verticale centrale as vertoont die samenvalt met een verticale centrale as van genoemd inzetstuk (9).

8. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 7, waarbij genoemd eerste gasstroomorgaan (19) zich minstens deels uitstrekt doorheen genoemd inzetstuk (9).

9. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 8, waarbij het mondstuk (20) van het eerste gasstroomorgaan (19) zich in genoemd inzetstuk (9) uitstrekt.

10. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 9, waarbij het mondstuk (20) van het eerste gasstroomorgaan (19) zich boven genoemd inzetstuk (9) uitstrekt.

11. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 10, waarbij minstens het mondstuk (20) van genoemd eerste gasstroomorgaan (19) minstens volgens verticale richting verplaatsbaar is ten opzichte van genoemd inzetstuk (9).

12. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 11, waarbij genoemd tweede gasstroomorgaan (22) een mondstuk (23) vertoont met een opening die zich uitstrekt volgens nagenoeg de volledige omtrek van de bovenzijde (14) van genoemde bouwkoker (5).

13. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 12, waarbij genoemd tweede gasstroomorgaan (22) een mondstuk (23) vertoont met een opening die naar het mondstuk (20) van genoemd eerste gastroomorgaan (19) is gericht, waarbij het mondstuk (23) van genoemd tweede gastroomorgaan (22) en genoemde bouwkoker (5) relatief ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn teneinde toe te laten om genoemde gasstroom (24), die dient te worden gecreëerd boven genoemd bouwvlak (15), op een zodanige manier te verplaatsen zodat genoemde stralenbundel (18) doorheen de gastroom (24) op genoemde poederlagen invalt onder deze gasstroom (24).

14. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 13, waarbij genoemd inzetstuk (9) en/of de wand (6) van de bouwkoker (5) warmte-regulerende elementen (25) bevat die toelaten om de temperatuur van de bouwkoker (5) en van poeder dat zich in de bouwkoker (5) bevindt te regelen.

15. Werkwijze voor het laagsgewijs vervaardigen van een driedimensionaal product (1) met minstens een uitsparing (3), waarin opeenvolgende poederlagen worden aangebracht in een bouwvlak (15) boven een bouwplatform (4), waarin dit bouwplatform (4) zich uitstrekt in een ruimte die aanwezig is tussen een kokerwand (6) van een bouwkoker (5) en een hierin voorzien inzetstuk (9), waarin men een stralenbundel (18) laat invallen op elke poederlaag en deze bundel (18) over de poederlaag verplaatst teneinde opeenvolgende lagen van genoemd product (1) te vormen in genoemde ruimte boven het bouwplatform (4) zodat het inzetstuk (9) zich minstens deels in genoemde uitsparing (3) van het product (1) uitstrekt, waarin na het vormen van een laag van het product (1), het bouwplatform (4) over een hoogte die overstemt met de dikte van een poederlaag naar beneden wordt verplaatst en vervolgens een volgende poederlaag wordt aangebracht, daardoor gekenmerkt dat men boven het bouwvlak (15) een gasstroom (24) genereert die zich minstens gedeeltelijk boven genoemde ruimte uitstrekt van de bovenrand (14) van genoemde bouwkoker (5) naar de bovenzijde (13) van genoemd inzetstuk (9), of omgekeerd, waarbij ervoor wordt gezorgd dat deze gasstroom (24) genoemde stralenbundel (18) kruist waarbij rookgassen, spatten en/of stofdeeltjes, die gevormd worden bij het invallen van de stralenbundel (18) op genoemde poederlaag, worden afgevoerd door deze gasstroom (24).

16. Werkwijze volgens conclusie 15, waarbij een laminaire gasstroom (24) wordt gegenereerd tussen de bovenrand (14) van genoemde kokerwand (6) en de bovenzijde (13) van genoemd inzetstuk (9).

17. Werkwijze volgens conclusie 15 of 16, waarbij genoemd inzetstuk (9) centraal in genoemde bouwkoker (5) wordt voorzien en waarbij men genoemde gasstroom (24) volgens radiale richting boven het bouwvlak (15) laat stromen.

18. Werkwijze volgens een van de conclusies 15 tot 17, waarbij genoemde gasstroom (24) zich uitstrekt over nagenoeg volledig genoemde ruimte.

19. Werkwijze volgens een van de conclusie 15 tot 18, waarin in een volgende stap het bouwplatform (4) samen met het inzetstuk (9) verticaal over een hoogte die overstemt met de dikte van een poederlaag naar beneden wordt verplaatst na het vormen van een laag van het product (1) en vervolgens een volgende poederlaag wordt aangebracht boven het bouwplatform (4) en het inzetstuk (9).