DE102014212100A1

DE102014212100A1 - Generatives Herstellungsverfahren und Vorrichtung hierzu mit entgegengesetzt gerichteten Schutzgasströmen

Info

Publication number: DE102014212100A1
Application number: DE102014212100.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Jakimov; Alexander Ladewig; Thomas Hess; Georg Schlick
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-12-24
Also published as: US20170136696A1; EP3160669A1; WO2015197039A1; US10442001B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), wobei während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht aus Pulverpartikeln mit Hilfe des hochenergetischen Strahls ein Gasfluss (7) mit einer Strömungsrichtung mit einem zumindest teilweise parallel zur Schicht der Pulverpartikel ausgerichteten Richtungsanteil über die Schicht der Pulverpartikel und/oder den Verbindungsbereich in der Schicht der Pulverpartikel bereitgestellt wird, wobei der zumindest teilweise parallel zur Schicht der Pulverpartikel ausgerichtete Richtungsanteil des Gasflusses (7) während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht in mindestens zwei Richtungen erzeugt wird, die einander entgegengesetzte Richtungsanteile aufweisen.

Description

HINTERGUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selektiven Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen.
STAND DER TECHNIK
Generative Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, selektives Elektronenstrahlschmelzen oder Laserauftragsschweißen, bei denen das Bauteil schichtweise unter Einsatz von Pulvermaterial aufgebaut wird, werden in der Industrie für das sogenannte rapid tooling, rapid prototyping oder auch für die Herstellung von Serienprodukten im Rahmen des rapid manufacturing eingesetzt. Insbesondere können derartige Verfahren auch zur Herstellung von Turbinenteilen, insbesondere von Teilen für Flugzeugtriebwerke eingesetzt werden, bei denen beispielsweise aufgrund auf Grund des verwendeten Materials derartige generative Herstellungsverfahren vorteilhaft sind. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 10 2010 050 531 A1 .
Bei der generativen Herstellung mit einem schichtweisen Aufbringen von Material kann es jedoch zur Ausbildung von Materialverdampfungen aus der Schmelze oder zur Entstehung von Schweißspritzern kommen, die die generative Fertigung beeinträchtigen können. So kann einerseits das Kondensat von Materialverdampfungen die Einkopplung des hochenergetischen Strahls in das Pulver beeinträchtigen und durch Abscheidung der Schweißspritzer auf noch nicht aufgeschmolzenem Pulvermaterial können Werkstofffehler bei nachfolgenden Schweißprozessen entstehen. Dadurch kann es zum Ausfall und Versagen des Bauteils bei der späteren Anwendung kommen, was entsprechend vermieden werden muss.
Zur Vermeidung der Beeinträchtigung der Bestrahlung des aufzubringenden Werkstoffpulvers durch Materialverdampfungen wurde bereits die Verwendung von Schutzgasströmungen vorgeschlagen, wie diese beispielsweise in der DE 10 2006 014 835 A1 , der DE 10 2010 052 206 A1 oder der WO 98/24574 A1 offenbart ist. Neben stationären Vorrichtungen zur Erzeugung eines Gasflusses über die abzuscheidende Pulverschicht zur Ausbildung einer Schutzgasströmung ist aus diesen Dokumenten auch eine bewegliche Düse zur lokalen Erzeugung eines Schutzgasstroms direkt im Auftreffbereich des Laserstrahls bekannt. Allerdings ist eine derartige bewegliche Düse, die mit dem Strahl mitbewegt werden muss, sehr aufwändig in der Handhabung.
Sowohl bei der beweglichen Einrichtung zur Erzeugung einer Schutzgasströmung als auch bei den stationären Einrichtungen zur Erzeugung einer Schutzgasströmung können die Probleme mit Schweißspritzern zudem nicht in allen Bereichen des Bearbeitungsbereichs in gleicher Weise behoben beziehungsweise vermindert werden.
Die WO 92/08592 A1 zeigt weiterhin eine Gasflusseinrichtung für das selektive Lasersintern, bei welcher der Gasfluss die Temperatureinstellung beeinflussen soll.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl bereitzustellen, bei denen das oben geschilderte Problem der Beeinträchtigung des hochenergetischen Strahls durch Verdampfungen bzw. Kondensate daraus sowie Werkstofffehler durch Schweißspritzer vermieden bzw. zumindest verringert werden können. Gleichwohl soll das Verfahren einfach durchführbar und die Vorrichtung einfach aufgebaut und bedienbar sein, um die entsprechende generative Herstellung in industriellen Prozessen einsetzen zu können.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung setzt zur Lösung des oben geschilderten Problems zunächst wie im Stand der Technik darauf, dass ein Schutzgasstrom über der Schicht aus Pulverpartikeln, die zur Erzeugung des Bauteils miteinander verbunden werden sollen, erzeugt wird. Der Gasfluss der Schutzgasströmung wird dabei so eingestellt, dass er eine Strömungsrichtung aufweist, die zumindest einen Richtungsanteil aufweist, der parallel zur Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel ausgerichtet ist. Dadurch können Materialverdampfungen aus der Schmelze mit dem Gasfluss abgeführt werden, sodass sie keine Beeinträchtigung für den hochenergetischen Strahl mehr darstellen können. Außerdem lassen sich mit dem Gasfluss des Schutzgasstroms auch Materialspritzer vermeiden beziehungsweise in Bereiche lenken, wie beispielsweise bereits aufgeschmolzene Bereiche oder bereits wieder erstarrte Bereiche, bei denen für eine nachfolgende Bearbeitung Schweißspritzer unkritisch sind oder in denen sich die Schweißspritzer wieder leicht entfernen lassen.
Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgesehen, dass die Strömungsrichtung während der Abscheidung einer einzigen Schicht so gewechselt werden kann, dass mindestens zwei unterschiedliche Strömungsrichtungen des Gasflusses vorliegen und die Strömungsrichtungen des Gasflusses einander entgegengesetzte Richtungsanteile aufweisen. Durch die unterschiedlichen, zumindest teilweise entgegengesetzten Strömungsrichtungen des Gasflusses der Schutzgasströmung können die Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zu dem zu verbindenden Pulver und/oder die Bestrahlungsreihenfolge unterschiedlicher Bereiche der Pulverschicht so eingestellt und auf die Strömungsrichtung der Schutzgasströmung abgestellt werden, dass Beeinträchtigungen des hochenergetischen Strahls durch Materialverdampfungen und Kondensatbildung nach der Materialverdampfung sowie Werkstofffehler durch Schweißspritzer vermieden oder verringert werden können.
Unter einem Richtungsanteil der Strömungsrichtung wird bei einer Betrachtung der Strömungsrichtung als Vektor ein entsprechender Vektor verstanden, der im Sinne einer Vektoraddition den entsprechenden Richtungsanteil repräsentiert.
Durch das Vorsehen von mindestens zwei unterschiedlichen Strömungsrichtungen innerhalb des Abscheideprozesses einer einzelnen Pulverschicht, welche zumindest teilweise entgegengesetzte Richtungsanteile aufweisen, kann sichergestellt werden, dass die Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls von einem zentralen Bereich des Bearbeitungsbereichs, also beispielsweise einem zentralen Bereich eines Pulverbetts nach außen erfolgen kann, wobei gleichzeitig die Schutzgasströmungsrichtung entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zum aufzubringenden Pulver ist. Durch die der Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls entgegengesetzte Strömungsrichtung des Gasflusses der Schutzgasströmung wird sichergestellt, dass Materialverdampfungen von dem hochenergetischen Strahl weggeführt werden, sodass keine Wechselwirkungen der Materialverdampfungen oder Kondensatwolken mit dem Strahl zu befürchten sind. Außerdem können Schweißspritzer in Richtung des bereits aufgeschmolzenen Bereichs gelenkt werden.
Zudem ermöglicht die Realisierung von zumindest teilweise entgegengesetzt gerichteten Strömungsrichtungen des Gasflusses von Schutzgasströmungen, dass die Bestrahlungsbereiche so gewählt werden können, dass die Bestrahlung in einem zentralen Bereich des Bearbeitungsbereichs mit einer möglichst senkrechten Einstrahlung des hochenergetischen Strahls in die Pulverschicht erfolgt, da dann Schweißspritzer verringert werden können oder in Bereichen erzeugt werden, die bereits aufgeschmolzen oder wieder erstarrt sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Gasfluss der Schutzgasströmung parallel zur Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel und insbesondere parallel zu der Oberfläche eines Pulverbetts ausgebildet werden, in dem das zu erzeugenden Bauteil gefertigt wird.
Weiterhin kann der Gasfluss während der Abscheidung einer Schicht zumindest in einer ersten Richtung und in einer anderen zweiten, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung eingestellt werden.
Zu diesem Zweck kann eine entsprechende Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln mindestens einen Gaseinlass und mindestens einen Gasauslass aufweisen, die einander gegenüberliegend an verschiedenen Seiten des Bearbeitungsbereichs angeordnet sind und jeweils sowohl als Gaseinlass als auch als Gasauslass betrieben werden können. Dadurch lässt sich in einfacher Weise eine Umkehr der Strömungsrichtung des Gasflusses einer Schutzgasströmung bewirken. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Gasauslässe und Gaseinlässe vorgesehen sein, wobei mindestens zwei Gaseinlässe an gegenüberliegenden Seiten des Bearbeitungsbereichs vorgesehen sein können und die korrespondierenden Gasauslässe an jeweils der den Gaseinlässen jeweils gegenüberliegenden Seite angeordnet sein können, sodass je nach Bedarf die Strömungsrichtung eines Gasflusses einer Schutzgasströmung in die eine oder in die entgegengesetzte Richtung verwirklicht werden kann.
Darüber hinaus können um den Bearbeitungsbereich, das heißt den Bereich der Bauteilaufnahme mit dem aufgebrachten Pulver beziehungsweise einem Pulverbett, mehrere Gaseinlässe und Gasauslässe angeordnet sein, sodass unterschiedliche Strömungsrichtungen realisiert werden können. Die einstellbaren Strömungsrichtungen des Gasflusses der Schutzgasströmung können beliebige Winkel zueinander einschließen.
Ferner ist es auch möglich die zumindest teilweise entgegengesetzten Strömungsrichtungen des Gasflusses der Schutzgasströmung auch bei mit dem Strahl mitführbaren Düsen zu realisieren, indem mindestens zwei Düsen oder eine relativ zum Strahl verschwenkbare Düse vorgesehen werden.
In Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zum zu verbindenden Pulver und/oder in Abhängigkeit einer Bestrahlungsreihenfolge, mit der der hochenergetische Strahl verschiedene Bereiche der Pulverschicht nacheinander bestrahlt, kann die jeweils günstige Strömungsrichtung gewählt werden. Insbesondere kann die Strömungsrichtung immer entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zum Pulver gewählt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen am Beispiel des selektiven Laserschmelzens;
2 eine um 90° gedrehte Darstellung der Vorrichtung aus 1;
3 eine Draufsicht auf den Pulvervorrat und das Pulverbett beziehungsweise die Bauteilaufnahme der Vorrichtung aus 1 und 2,
4 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht ähnlich der 3,
5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht ähnlich der Darstellung der 4, und in
6 eine Darstellung der Strahlbewegung und der Bestrahlungsreihenfolge mit gleichzeitiger Darstellung der Strömungsrichtung eines Gasflusses in einer Draufsicht auf das Pulverbett beziehungsweise die Bauteilaufnahme einer Vorrichtung ähnlich der Darstellung der 3.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1, wie sie beispielsweise für das selektive Laserschmelzen zur generativen Herstellung eines Bauteils Verwendung finden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Hubtisch 2, auf dessen Plattform ein Halbzeug 3 angeordnet ist, auf dem schichtweise Material abgeschieden wird, um ein dreidimensionales Bauteil zu erzeugen. Hierzu wird mittels des Schiebers 8 Pulver, das sich oberhalb eines Hubtisches 9 in einem Pulvervorrat 10 befindet, schichtweise über das Halbzeug 3 geschoben und anschließend durch den Laserstrahl 13 eines Lasers 4 durch Aufschmelzen mit dem bereits vorhandenen Halbzeug 3 verbunden. Die Verbindung des Pulvermaterials in einer Pulverschicht mit dem Halbzeug 3 erfolgt durch den Laser 4 abhängig von der gewünschten Kontur des zu fertigenden Bauteils, sodass beliebige, dreidimensionale Formen erzeugt werden können. Entsprechend wird der Laserstrahl 13 über das Pulverbett 12 geführt, um durch unterschiedliche Auftreffpunkte auf dem Pulverbett entsprechend der Kontur des dreidimensionalen Bauteils in der der Pulverschichtebene entsprechenden Schnittebene Pulvermaterial aufzuschmelzen und mit dem bereits erzeugten Teil eines Bauteils oder einem anfänglich bereit gestellten Substrat zu verbinden. Hierbei kann der Laserstrahl 13 durch eine geeignete Ablenkeinheit über die Oberfläche des Pulverbetts 12 geführt werden und/oder das Pulverbett könnte gegenüber dem Laserstrahl 13 bewegt werden.
Um unerwünschte Reaktionen mit der Umgebungsatmosphäre beim Aufschmelzen zu vermeiden, wird der Prozess in einem abgeschlossenen Raum, der durch ein Gehäuse 11 der Vorrichtung 1 bereit gestellt wird, durchgeführt und es wird zudem eine inerte Gasatmosphäre bereit gestellt, um beispielsweise Oxidation des Pulvermaterials und dergleichen beim Abscheiden zu vermeiden. Als inertes Gas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden, welches über eine nicht dargestellte Gasversorgung bereitgestellt wird.
Anstelle des Stickstoffs können auch andere, geeignete Inertgase verwendet werden. Darüber hinaus sind auch andere Strahlungsarten denkbar, wie beispielsweise Elektronenstrahlen oder andere Teilchenstrahlen oder Lichtstrahlen, die bei der Stereolithographie eingesetzt werden.
An zwei gegenüberliegenden Seiten des Pulverbetts 12 beziehungsweise der Bearbeitungsbereichs in der Bauteilaufnahme, der im Wesentlichen durch das Pulverbett definiert ist, sind mehrerer Gaseinlässe 5 in Form von Düsen und mehrere Gasauslässe 6 in Form von Absaugöffnungen vorgesehen, um einen Gasfluss 7 parallel zur Oberfläche des Pulverbettes 12 zu erzeugen (siehe 2). Durch den Gasfluss 7 eines inerten Gases wird zum einen das Pulverbett 12 zusätzlich vor einer möglichen Oxidation oder sonstigen Verunreinigungen geschützt, da der Gasfluss 7 eine Art Schutzschirm ausbildet. Zum anderen eröffnet der Gasfluss 7 parallel zur Oberfläche des Pulverbetts 12 darüber hinaus die Möglichkeit aus dem Schmelzbad austretende Materialverdampfungen und daraus entstehendes Kondensat beziehungsweise aus der Schmelze heraustretende Schweißspritzer im Gasfluss aufzunehmen und abzuführen, um so zu verhindern, dass derartige Materialverdampfungen den Energieeintrag durch den hochenergetischen Laserstrahl 14 stören oder Schweißspritzer sich auf dem Pulverbett 12 mit noch losem Pulver absetzen und zu Werkstofffehlern führen.
Um die Strömungsrichtung des Gasflusses 7 mindestens zwischen zwei entgegengesetzten Richtungen wechseln zu können, sind sowohl auf der einen als auch auf der gegenüberliegenden Seite des Pulverbetts 12 sowohl Gaseinlässe 5 als auch Gasauslässe 6 vorgesehen. Bei der Darstellung der 1 sind die Gaseinlässe 5 und Gasauslässe 6, die abwechselnd angeordnet sind, an einer Seite des Bearbeitungsbereichs zu sehen, während in der 2 bei der um 90° gedrehten Schnittdarstellung der Gasfluss 7 zwischen den einander gegenüberliegenden Gaseinlässen 5 und Gasauslässen 6 zu erkennen ist.
Die 3 zeigt in einer weiteren Darstellung in einer Draufsicht die Möglichkeit, durch die Anordnung von abwechselnd Gaseinlässen 5 und Gasauslässen 6, die einander gegenüberliegen, entgegengesetzte Strömungsrichtungen des Gasflusses 7 realisieren zu können. Obwohl in der 3 beide Strömungsrichtungen für den Gasfluss 7 gezeigt sind, wird beim Betrieb der Vorrichtung lediglich eine einzige Strömungsrichtung im Betrieb realisiert und zwar entweder in die eine oder in die andere Richtung bzw. bei der Aufbringung einer einzelnen Schicht zunächst in die eine Richtung und dann in die entgegengesetzte Richtung.
Die 4 zeigt in einer ähnlichen Darstellung einer Draufsicht auf das Pulverbett beziehungsweise den Bearbeitungsbereich eine weitere Möglichkeit der Gestaltung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Gasflusses 7 über dem Pulverbett 12, wobei hier umlaufend um den gesamten Pulverbettbereich beziehungsweise Bearbeitungsbereich mehrere Gaseinlässe 5 und Gasauslässe 6 angeordnet sind, die jedoch jeweils ineinander integriert sind, sodass der Gaseinlass 5 gleichzeitig auch als Gasauslass 6 fungieren kann. Auf diese Weise ist es möglich mit denselben Gasein- und -auslässen Gasströmungen mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen zu realisieren, wie in 4 durch die Doppelpfeile 14 angezeigt ist. Durch die Anordnung der integrierten Gaseinlässe und Gasauslässe 5, 6 um den gesamten Bearbeitungsbereich können nicht nur entgegengesetzte Strömungsrichtungen des Gasflusses verwirklicht werden, sondern es können viele Strömungsrichtungen 15, 16 des Gasflusses mit verschiedenen Winkeln zueinander realisiert werden, wie dies in 5 dargestellt ist. In 5 sind eine erste und eine zweite Strömungsrichtung gezeigt. Allerdings sind mehr als zwei unterschiedliche Strömungsrichtungen mit unterschiedlichen Winkeln zueinander möglich. Damit ist es möglich den Gasfluss des Inertgases über das Pulverbett variabel an die Bewegungsrichtung und die Bestrahlungsreihenfolge des Laserstrahls anzupassen.
Die 6 zeigt ein Beispiel, wie der Laserstrahl 13 nacheinander in verschiedenen Bestrahlungsbahnen 17 bis 22 bei unterschiedlichen Strömungsrichtungen 15, 16 des Gasflusses 7 bewegt werden kann. Zunächst wird der Laserstrahl 13 gemäß der Bestrahlungsbahn 17 in einem zentralen Bereich des Bearbeitungsbereichs, beispielsweise in der Mitte des Pulverbetts, direkt unterhalb der Laserstrahlquelle 4 auf das Pulver gerichtet und bewegt sich anschließend entgegen der ersten Strömungsrichtung 15 des Gasflusses nach außen. Anschließend wird in einer weiteren Bestrahlungsbahn 18, die in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Laserstrahls in den Bestrahlungsbahnen 17 bis 22 gegenüber der Bestrahlungsbahn 17 nach außen versetzt ist, wiederum vom zentralen Bereich nach außen entgegen der Strömung des Gasflusses 7 eine Laserbestrahlung mit Pulveraufschmelzung durchgeführt. Dies wiederholt sich für die vier nebeneinander dargestellten Bestrahlungsbahnen 17 bis 20. In allen diesen Fällen ist die erste Strömungsrichtung 15 entgegen der Bewegungsrichtung des Laserstrahls in den Bestrahlungsbahnen 17 bis 20.
Bei den Bestrahlungsbahnen 21, 22, die in der Bestrahlungsreihenfolge als Nummer 5 und 6 ausgeführt werden, wird der Laserstrahl 13 wiederum von einem zentralen inneren Bereich nach außen geführt, wobei nunmehr jedoch die zweite Strömungsrichtung 16 des Gasflusses 7 entgegengesetzt zur vorangegangenen ersten Strömungsrichtung 15 und wiederum entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Laserstrahles 13 eingestellt wird.
Durch die jeweils der Strömungsrichtung des Gasflusses entgegengesetzte Bewegungsrichtung des Laserstrahls 13 wird verhindert, dass aus der Schmelze ausdampfendes Material in den Bereich des Laserstrahls 14 gelangen kann und eine Beeinträchtigung der Einkopplung des Laserstrahls in das Pulvermaterial verursachen könnte. Durch den Beginn der Bestrahlung in einem zentralen Bereich mit direkter Einstrahlung des Laserstrahls senkrecht auf den Pulverbereich, wird eine Verringerung der Schweißspritzer ermöglicht, da bei senkrechter Einstrahlung Schweißspritzer weitgehend vermieden werden können. Durch die anschließende Bewegung des Laserstrahls 13 nach außen können nachfolgend auftretende Schweißspritzer bei einer schrägen Einstrahlung des Laserstrahls auf das Pulver durch die der Bewegungsrichtung des Laserstrahls entgegengesetzt gerichtete Gasströmung auf bereits aufgeschmolzenes beziehungsweise wieder erstarrtes Material gelenkt werden, sodass eine Beeinträchtigung von noch nicht aufgeschmolzenem Pulver vermieden werden kann. Außerdem kann durch den Beginn der Bestrahlung in einem zentralen Bereich mit einer Bewegungsrichtung des Laserstrahls 13 nach außen benachbart zu einem möglicherweise bereits aufgeschmolzenen Bereich gestartet werden, sodass auch hier zusätzlich eine Vermeidung der Verschmutzung des Pulvers durch Schweißspritzer gegeben ist.
Entsprechend kann auch durch die Bestrahlungsreihenfolge ausgehend von Bestrahlungsbereichen nahe dem zentralen Bereich und anschließende Bestrahlung von Bereichen in Richtung des Randes des Bearbeitungsbereichs beziehungsweise des Pulverbetts erreicht werden, dass die Schweißspritzer im Wesentlichen in Bereichen erzeugt werden, die bereits aufgeschmolzen worden sind beziehungsweise bereits wieder erstarrt sind, da sich durch die Auslenkung des Laserstrahls die Schweißspritzer auf der den Mittelpunkt der Bauplattform zugewandten Seite des Schmelzbades sammeln.
Bei einer nicht zentralen Anordnung der Laserquelle 4 zum Bearbeitungsbereich kann der Beginn der Bestrahlung in einem Bereich vorgenommen werden, in dem eine möglichst senkrechtes Auftreffen des Laserstrahls 13 auf das zu verbindende Pulver möglich ist.
Mit der vorgestellten Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren mit entgegengesetzt ausgerichteten Strömungsrichtungen eines Inertgasflusses kann somit eine optimierte Bearbeitung erfolgen, die sowohl eine Beeinträchtigung des Laserstrahls durch ausdampfendes Material aus der Schmelze als auch die Verschmutzung von noch nicht aufgeschmolzenem Pulvermaterial durch Schweißspritzer vermeidet.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Änderungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen
2: Hubtisch
3: Halbzeug
4: Laser
5: Gaseinlass (Düse)
6: Gasauslass (Absaugung)
7: Gasstrom
8: Schieber
9: Hubtisch
10: Pulvervorrat
11: Gehäuse
12: Pulverbett
13: Laserstrahl
14: Doppelpfeile zur Verdeutlichung entgegengesetzter Gasströmungsrichtungen
15: erste Strömungsrichtung
16: zweite Strömungsrichtung
17–22: Bestrahlungsbahnen mit Bewegungsrichtung des Laserstrahls in der Reihenfolge der Bestrahlung gemäß der Nummerierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010050531 A1 [0002]
DE 102006014835 A1 [0004]
DE 102010052206 A1 [0004]
WO 98/24574 A1 [0004]
WO 92/08592 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), wobei während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht aus Pulverpartikeln mit Hilfe des hochenergetischen Strahls ein Gasfluss (7) mit einer Strömungsrichtung mit einem zumindest teilweise parallel zur Schicht der Pulverpartikel ausgerichteten Richtungsanteil über die Schicht der Pulverpartikel und/oder den Verbindungsbereich in der Schicht der Pulverpartikel bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest teilweise parallel zur Schicht der Pulverpartikel ausgerichtete Richtungsanteil des Gasflusses während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht in mindestens zwei Richtungen erzeugt wird, die einander entgegengesetzte Richtungsanteile aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfluss (7) parallel zur Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfluss (7) während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht in einer ersten Richtung und in einer zweiten, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Gasflusses (7) über der Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel aus mehreren unterschiedlichen Strömungsrichtungen auswählbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung in Abhängigkeit von einer Bewegungsrichtung, mit der der hochenergetische Strahl relativ zum zu verbindenden Pulver bewegt wird, und/oder einer Bestrahlungsreihenfolge, mit der der hochenergetische Strahl Bereiche der Pulverschicht nacheinander bestrahlt, ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung entgegen einer Bewegungsrichtung, mit der der hochenergetische Strahl relativ zum zu verbindenden Pulver bewegt wird, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungsrichtung, mit der der hochenergetische Strahl relativ zum zu verbindenden Pulver bewegt wird, so eingestellt wird, dass sich der Strahl von einem zentralen Bereich der Schicht der Pulverpartikel und/oder einem Bereich nahe der Strahlungsquelle nach außen bewegt und/oder die Bestrahlungsreihenfolge so gewählt wird, dass zuerst Bereiche bestrahlt werden, die näher einem zentralen Bereich der Schicht der Pulverpartikel und/oder einem Bereich nahe der Strahlungsquelle des hochenergetischen Strahl liegen und nachfolgend Bereiche, die davon weiter entfernt liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfluss durch inertes Gas bereitgestellt wird.
Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Strahlerzeugungseinrichtung (4) zur Erzeugung eines hochenergetischen Strahls (13) und mit einer Bauteilaufnahme (2, 12), in welcher das mit dem hochenergetischen Strahl zu verbindende Pulver angeordnet ist, und mit einer stationären Einrichtung zur Erzeugung eines Gasflusses mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass oder mit einer mobilen Einrichtung zur Erzeugung eines Gasflusses mit einer mit dem hochenergetischen Strahl beweglichen Düse zur Erzeugung eines lokalen Gasflusses am Auftreffbereich des Strahls auf das Pulver, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Einrichtung zur Erzeugung eines Gasflusses so hergerichtet ist, dass der Gaseinlass (5) auch als Gasauslass (6) und der Gasauslass (6) auch als Gaseinlass (5) betreibbar ist und/oder dass mehrere Gaseinlässe und Gasauslässe vorgesehen sind, wobei mindestens zwei Gaseinlässe und/oder zwei Gasauslässe aufeinander zuweisend ausgebildet sind, oder dass die mobile Einrichtung unterschiedliche Strömungsrichtungen bezüglich des zu erzeugenden Bauteils erzeugen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass verteilt um die Bauteilaufnahme herum mehrere Gaseinlässe und Gasauslässe angeordnet sind und/oder dass an zwei gegenüberliegenden Seiten der Bauteilaufnahme jeweils mindestens ein Gaseinlass und mindestens ein Gasauslass angeordnet sind.