DE102015200634A1

DE102015200634A1 - Sandwichbauweise und Vorgehensweise bei einer AM-Anlage

Info

Publication number: DE102015200634A1
Application number: DE102015200634.4A
Authority: DE
Inventors: Olga Deiss; Julian Timmermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-21
Also published as: WO2016113107A1

Abstract

Durch die Verwendung von mehreren Substraten in einer Aufbauvorrichtung einer Anlage für Additive Manufacturing werden Rüstzeiten eingespart.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sandwichbauweise und Vorgehensweise bei einer AM-Anlage.
Bauteile mit komplexer geometrischer Form lassen sich durch spanende Fertigungsverfahren nur sehr aufwändig oder gar nicht realisieren. Standardmäßig werden solche Teile dann über verschiedene Gießverfahren erzeugt. Allerdings ist das Anfertigen einer Gießform teuer und man hat mit enormen Wartezeiten zu rechnen. Für große Massenproduktionen und Serienfertigungen, wo man genügend Vorlaufzeit hat, ist dieses Verfahren rentabel und akzeptabel, aber nicht für die Fertigung geringer Stückzahlen oder erhöhter Dringlichkeit.
Lasersintern oder Laserschmelzen ist eine relativ neue Fertigungsmethode im Bereich des Rapid Prototypings (AM). Geringe Stückzahlen und komplexe Geometrien lassen sich hiermit vergleichsweise günstig realisieren. Nur der Prozess an sich ist sehr teuer und dauert lange, da immer nur eine dünne Schicht eines Metallgranulats aufgeschmolzen oder lokal versintert werden kann.
So wird das Bauteil, ähnlich wie bei dem 3D-Druck, schichtweise von unten nach oben erzeugt. Es wird auf einen ebenen Untergrund eine Metallgranulat-Schicht aufgebracht und glattgestrichen. Anschließend fährt ein Laser definiert über diese Schicht und schmilzt das Granulat dort auf, wo sich eine Kontur des späteren Bauteils befindet. Anschließend wird eine neue Schicht Granulat über die alte gestreut, glattgestrichen und wieder fährt der Laser über die definierten Stellen und verbindet so die neue Schicht mit der alten.
Nachdem das Bauteil fertig aufgeschmolzen wurde, muss es noch vom restlichen Pulver befreit werden. Dieses geschieht durch Absaugen unter einer sauberen Atmosphäre. Es können nur so viele Bauteile in einem Arbeitsvorgang gefertigt werden, wie auf eine Bauplattform passen, auch wenn das Volumen der Arbeitskammer mehr Bauteile aufnehmen könnte. Bevor ein neues Teil gefertigt werden kann, muss die Kammer zusätzlich komplett vom Granulat gereinigt werden.
Diese beiden Vorgänge führen zu einer erhöhten Rüstzeit.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Vorgehensweise gemäß Anspruch 2.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen:
1 eine Anlage nach dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Anlage.
Die Beschreibung und die Figuren stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Damit die Kammer nicht nach jedem Bauteil gereinigt werden muss, bevor ein neues gefertigt werden kann, werden hiermit vorzugsweise ausfahrbare Substrate (Bauplattformen) vorgeschlagen. Näher erläutert bedeutet dies, dass, nachdem ein oder mehrere Bauteile auf der ersten Bauplattform fertig sind, ein neues Substrat über das Bauteil platziert wird. Auf diesem Boden kann dann ein neues Bauteil (oder mehrere Bauteile) gefertigt werden, ohne dass die Bauplattform mit dem ersten Bauteil entnommen werden muss. Die Böden befinden sich dabei in einer Kassette neben dem Bauraum. Vorzugsweise werden die Substrate verstellbar in ihrer Ausfahrhöhe konstruiert. Somit können Bauräume für Bauteile verschiedener Größe optimal genutzt werden. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die neuen fahrbaren Substrate nicht auf den darunterliegenden Bauteilen aufliegen, sondern extern (z.B. seitlich) gestützt werden können.
Durch diese Maßnahme kann bis zur nächsten Kammerreinigung ein Vielfaches an Bauteilen gefertigt werden und zwar so viele, wie das Volumen der Baukammer zulässt. Vor allem für die Serienfertigung der Kleinteile mit niedriger Bauhöhe verringert sich die Rüstzeit der Anlage enorm. Das führt zu einer effizienteren Ausnutzung der AM-Anlage.
Bisher wurden AM-Teile in sehr kleinen Serien gefertigt und die Geräte werden in Formen geliefert, ähnlich einer größeren CNC-Fräse. Durch die Sandwichbauweise der neuen Böden des Arbeitsbereiches kann eine Maschine mehrere Bauteile produzieren, ohne dass ein menschliches Eingreifen nötig wäre. Dies führt zu einer erhöhten Produktivität.
Vorteile:

• Schnellere Durchlaufzeiten
• Höherer Automatisierungsgrad
• Kostenreduzierung
• Serientauglichkeit
• Absicherung gegenüber Wettbewerbern

1 zeigt eine AM-Anlage 1’ nach dem Stand der Technik. Die Anlage 1’ für AM (Additive Manufacturing) beinhaltet ein Substrat 28, das verfahren werden kann, um immer wieder neue Schichten von Pulvern auf den Arbeitsbereich aufzutragen. Auf dem Substrat 28 wird aufgetragenes Pulver selektiv zu einem Bauteil 22 verdichtet. Dabei verbleibt nicht verfestigtes Pulver im Pulverbett 25. Das Pulver kommt aus einem Vorratsbereich 4, bei dem loses Pulver 7 über einen Schieber 13 auf das herzustellende Bauteil 22, das in dem Pulverbett 25 selektiv verdichtet wurde, neu verteilt wird. Mittels eines Lasers 16’ und ggf. einem Spiegel 19’ wird dann dieses Pulver wieder neu verdichtet.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 weist auch ein Substrat 28’ auf, das nach unten verschoben werden kann. Auf dieses Substrat 28’ werden ein Bauteil 22’ oder mehrere Bauteile 22’, 22’’ nebeneinander verdichtet. Die Verdichtung erfolgt vorzugsweise mittels eines Lasers 16, der Laserstrahlen aussendet, wobei die Laserstrahlen mittels eines Spiegels 19 über das erste Pulverbett 26’ verfahren werden, um das Pulverbett 26’ selektiv zu den Bauteilen 22’, ... zu verdichten. Zusätzlich zu dem Stand der Technik ist ein Magazin 50 vorhanden, das neue Substrate 28’’, 28’’’, ... einfügen kann, nachdem ein erstes Bauteil 22’ oder Bauteile 22’, 22’’ im ersten Pulverbett 26’ hergestellt wurden.
Ebenso kann das Substrat eine großflächige Verdichtung einer Pulverschicht sein. Das Substrat wird also aus dem Pulverbett hergestellt.
Dabei wird vorzugsweise noch eine weitere lose Pulverschicht über das fertige Bauteil 22’, 22’’ aufgebracht und dann wird mittels des Magazins 50 für Substrate ein weiteres, zweites Substrat 28’’ aufgebracht, auf das, wie im Stand der Technik, Pulver aufgebracht wird, welches selektiv verdichtet wird und neue Bauteile 22’’’, 22 ^IV in gleicher oder ähnlicher Form oder in ganz verschiedenen Formen hergestellt werden können.
In 2 ist der Vorratsbereich für das Pulver nicht explizit dargestellt, ist aber vorhanden und kann auf der gleichen Seite wie das Magazin 50 oder an anderer Stelle vorhanden sein und läuft in der gleichen Art und Weise ab wie in 1.

Claims

Vorrichtung (1) zum selektiven Verdichten von Pulver aus mehreren Pulverbetten (26’, 26’’) zur Herstellung mehrerer Bauteile (22’, ..., 22 ^VI), bei dem zumindest ein Bauteil (22’, 22’’) in einem ersten Pulverbett (26’) verdichtet werden kann und danach ein weiteres Substrat (28’’) aus einem Magazin (50) auf das Pulverbett (26’, 26’’, 26’’’) gebracht werden kann, auf dem dann zumindest ein neues Bauteil (22’’’, 22 ^IV) in einem zweiten Pulverbett (26’’) aufgebaut werden kann.
Verfahren zur Herstellung von Bauteilen (22’’, ..., 22 ^VI) insbesondere hergestellt mit einer Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, bei dem aus einem ersten Pulverbett (26’) zumindest ein Bauteil (22’, 22’’) hergestellt wird und nach Fertigstellung des zumindest ersten Bauteils (22’’, 22’’’) ein weiteres Substrat (28’’) über das erste Pulverbett (26’) eingebracht wird, auf dem zumindest ein weiteres Bauteil (22’’’, 22 ^IV) in einem zweiten Pulverbett (26’’) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zwischen dem fertigen Bauteil (22’, 22’’) und dem Substrat (28’’) zumindest eine weitere Lage Pulver aufgebracht wird, so dass das weitere, zweite Substrat (28’’) nur auf einem Pulverbett (26’) aufliegt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zumindest zwei Bauteile (22’, 22’’; 22’’’, 22 ^IV; 22’’, ..., 22 ^VI) in einem Pulverbett (26’, 26’’, 26’’’) hergestellt werden.