DE102015200635A1

DE102015200635A1 - Mehrfach-AM-Anlage

Info

Publication number: DE102015200635A1
Application number: DE102015200635.2A
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

Abstract

Durch die Verwendung von mehreren Fertigungszylindern, die durch einen Laser bedient werden, kann die Produktionsrate einer Anlage für additive Fertigung erhöht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum additiven Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing, AM) bei dem mehrere Fertigungszylinder mit jeweils einem Vorratszylinder von einem Energiestrahl verdichtet werden.
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. 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 des Metallgranulats aufgeschmolzen bzw. 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. Hierdurch entsteht pro Schicht eine längere Pause, in der neu beschichtet wird, ohne dass der Laser arbeitet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Es zeigt die Figur schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Um den AM-Prozess zu beschleunigen und eine erhöhte Stückzahl zu realisieren wird vorgeschlagen, mehrere Bauteile mit einer Lasereinheit als beispielhafte Energiestrahlquelle gleichzeitig fertigen zu lassen. Da sich der Laser selber nicht bewegt, sondern der Strahl über das Kippen eines Spiegels verfährt, ist es technisch sehr einfach zu realisieren, einen Laser zwei oder mehrere Fertigungszylinder bearbeiten zu lassen. Die Anlage besteht dann vorzugsweise aus zwei oder mehr Fertigungszylindern und zwei oder mehr Vorratszylindern. Während der Laser vorzugsweise über die erste Bauteilgeometrie fährt, kann der andere Fertigungszylinder schon mit einer neuen Granulatschicht beschichtet werden. So entsteht keine Pause, in der der Fertigungszylinder neu beschichtet wird und der Laser stillsteht. Die Standzeit des Lasers wird erheblich reduziert.
Bisher wurden AM-Teile in sehr kleinen Serien gefertigt und die Geräte werden in Form geliefert, ähnlich einer größeren CNC-Fräse. Durch die Reduzierung der Laserstandzeit könnte man eine Kleinserienfertigung realisieren, um Teile in höheren Stückzahlen für nicht Prototypen-Anwendungen zu nutzen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist einen ersten Fertigungszylinder 5‘ auf, in dem aus einem ersten Pulverbett 4‘ heraus ein erstes Bauteil 3‘ erzeugt wird.
Ebenso weist die Anlage 1 einen weiteren, zweiten Fertigungszylinder 5‘‘ auf, bei dem aus einem zweiten Pulverbett 4‘‘ ein zweites Bauteil 3‘‘ hergestellt wird.
Die herzustellenden Bauteile 3‘, 3‘‘ in den verschiedenen Fertigungszylindern 5‘, 5‘‘ können unterschiedlich ausgestaltet sein.
Jeweils mit dem jeweiligen Fertigungszylinder 5‘, 5‘‘ verbunden, gibt es einen Vorratszylinder 7‘, 7‘‘, bei dem mittels eines Rakels (nicht dargestellt) loses Pulver auf den Fertigungszylinder 5‘, 5‘‘ über das noch herzustellende Bauteil 3‘‚ 3‘‘ aufgetragen wird, das dann durch einen Energiestrahl 19‘, 19‘‘ verfestigt wird.
Durch die Verwendung eines einzelnen Lasers 10, als beispielhafte Energiestrahlquelle 10, wird ein Laserstrahl 13 ausgesendet, der mittels einer Umlenkvorrichtung, insbesondere mittels eines Spiegels 16, diesen auf die verschiedenen Pulverbette 4‘, 4‘‘ lenkt.
Die Verdichtung der Bauteile 3‘, 3‘‘ kann zeitgleich erfolgen oder es wird zeitweise nur ein Fertigungszylinder 5‘, 5‘‘ verwendet, während der zweite Fertigungszylinder 5‘, 5‘‘ geräumt wird.
Das Verhältnis von Fertigungszylindern zu Energiestrahlquelle ist auf jeden Fall > 1.

Claims

Anlage (1) zur gleichzeitigen additiven Fertigung von mehreren Bauteilen (3‘, 3‘‘), die (1) zumindest aufweist: zumindest zwei Fertigungszylinder (5‘, 5‘‘), zumindest zwei Vorratszylinder (7‘, 7‘‘), aus denen jeweils Pulver auf den jeweiligen Fertigungszylinder (5‘, 5‘‘) und/oder das herzustellende Bauteil (3‘, 3‘‘) aufgetragen werden kann, sowie eine Energiestrahlquelle (10), insbesondere nur eine Energiestrahlquelle (10) die einen Energiestrahl (13), insbesondere einen Laserstrahl, aussendet, der mittels einer Umlenkvorrichtung (16), insbesondere eines Spiegels (16), den Energiestrahl (13, 19‘, 19‘‘) auf die verschiedenen Pulverbette (4‘, 4‘‘) zur Erzeugung der verschiedenen oder gleichen Bauteile (3‘, 3‘‘) lenken kann.
Anlage nach Anspruch 1, bei der die Energiestrahlquelle des Energiestrahls (13) einen Laser darstellt.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Verhältnis von Energiestrahlquelle (10) zu Fertigungszylinder (5‘, 5‘‘) kleiner 1 ist.
Verfahren zur zeitgleichen Herstellung von zumindest zwei Bauteilen (3‘, 3‘‘) mittels einer Anlage (1) zur additiven Fertigung, insbesondere nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem ein Energiestrahl (13) mittels einer Umlenkvorrichtung (16) über zumindest zwei voneinander getrennte Pulverbette (4‘, 4‘‘) gelenkt wird.