DE102016111660A1 - Powder drying in generative production - Google Patents

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Abstract

Eine Fertigungsvorrichtung (1) zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils (3) aus einem Pulver (5) weist einen eine Arbeitsfläche (21) bereitstellenden Fertigungsraum (11) auf, der einen Bauplattformbereich (23A) und einen Pulverreservoirbereich (23B) umfasst. Ferner weist die Fertigungsvorrichtung (1) eine Strahlquelle (51) zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver (5) im Bauplattformbereich (23A) zum schichtweisen Herstellen des Bauteils (3), einen Pulvervorratsbehälter (25) zum Bereitstellen des Pulvers (5) durch eine Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) in den Pulverreservoirbereich (23B) und eine Schiebevorrichtung (19) zur Überführung des Pulvers vom Pulverreservoirbereich (23B) in den Bauplattformbereich (23A) auf. Des Weiteren weist die Fertigungsvorrichtung (1) ein Gassystem (41), beispielsweise ein Gaskreislaufsystem, zum Bereitstellen eines Trocknungsgasstroms (40), der über die Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage von Pulver (5A) strömt, auf.A production device (1) for the generative production of a three-dimensional component (3) from a powder (5) has a production space (11) which provides a working surface (21) and comprises a building platform area (23A) and a powder reservoir area (23B). Furthermore, the manufacturing device (1) has a beam source (51) for generating a jet for the irradiation of powder (5) in the building platform region (23A) for the layered production of the component (3), a powder reservoir (25) for providing the powder (5). through a supply opening (21B) in the work surface (21) into the powder reservoir area (23B) and a pushing device (19) for transferring the powder from the powder reservoir area (23B) into the building platform area (23A). Furthermore, the manufacturing apparatus (1) has a gas system (41), for example a gas circulation system, for providing a drying gas stream (40) via the supply opening (21B) in the working surface (21) for absorbing moisture from an uppermost layer of powder (21). 5A) flows on.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur laserbasierten generativen Fertigung und insbesondere die Bereitstellung von trockenem Pulver für die generative Fertigung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trocknen von Pulver für die generative Fertigung eines Bauteils in einer generativen Fertigungsvorrichtung.The present invention relates to an apparatus for laser-based additive manufacturing, and more particularly to the provision of dry powder for additive manufacturing. Furthermore, the invention relates to a method for drying powder for the additive production of a component in a generative manufacturing device.

Die laserbasierte generative Fertigung von, insbesondere metallischen oder keramischen, Werkstücken basiert auf einem Verfestigen eines in Pulverform vorliegenden Ausgangsmaterials durch die Bestrahlung mit Laserlicht. Dieses Konzept – auch als selektives Laserschmelzen, Pulverbettfusion oder Laser Metal Fusion (LMF) bekannt – wird unter anderem in Maschinen für den (metallischen) 3D-Druck eingesetzt. Eine beispielhafte Maschine (hierin kurz LMF-Maschine) zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten ist in der EP 2 732 890 A1 offenbart. Die Vorteile der generativen Fertigung sind allgemein eine einfache Herstellung von komplexen und individuell erstellbaren Teilen. Dabei können insbesondere definierte Strukturen im Innenraum und/oder kraftflussoptimierte Strukturen realisiert werden.The laser-based additive production of, in particular metallic or ceramic, workpieces is based on solidification of a starting material in powder form by the irradiation with laser light. This concept - also known as Selective Laser Melting, Powder Bed Fusion or Laser Metal Fusion (LMF) - is used, among other things, in (metallic) 3D printing machines. An exemplary machine (herein abbreviated to LMF machine) for manufacturing three-dimensional products is disclosed in US Pat EP 2 732 890 A1 disclosed. The advantages of generative manufacturing are generally a simple production of complex and customizable parts. In this case, in particular defined structures in the interior and / or power flow optimized structures can be realized.

Für eine reproduzierbare Wechselwirkung des Laserlichts mit dem Pulver ist unter anderem der Zustand des Pulvers von Bedeutung, da z.B. ein variierender Wassergehalt im Pulver zu unterschiedlichen Schmelzvorgängen und damit zu unterschiedlich verfestigten Materialstrukturen führen kann. Der Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers ist unter anderem von Lager- und Wetterbedingungen bei der Beladung des Pulvers in die LMF-Maschine abhängig. Ein erhöhter Feuchtigkeitsgehalt kann z.B. zu erhöhter Porosität des Materials führen (siehe z.B. „Formation and reduction of hydrogen porosity during selective laser melting of AlSi10Mg“, Weingarten et al., Journal of Materials Processing Technology 221 (2015) 112–12 ). Des Weiteren kann die Fließfähigkeit des Pulvers durch einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt verringert werden. Among other things, the state of the powder is important for a reproducible interaction of the laser light with the powder, since, for example, a varying water content in the powder can lead to different melting processes and thus to differently solidified material structures. The moisture content of the powder depends, among other things, on storage and weather conditions when the powder is loaded into the LMF machine. An increased moisture content, for example, can lead to increased porosity of the material (see, eg "Formation and reduction of hydrogen porosity during selective laser melting of AlSi10Mg", Weingarten et al., Journal of Materials Processing Technology 221 (2015) 112-12 ). Furthermore, the flowability of the powder can be reduced by too high a moisture content.

Zur Trocknung des Pulvers sind verschiedene Ansätze bekannt. So wird versucht, das Pulver vor dem Einsatz in der Maschine, beispielsweise mithilfe von Trockenbeuteln in den Lagerbehältern des Pulvers, zu trocken. Dies kann aber den Nachteil haben, dass die Wirkung des Trockenmittels bei langer Lagerung nachlässt. Ferner kann das Trockenmittel versehentlich in den Bauraum gelangen. Zum Beispiel offenbart EP 2 992 986 A1 die Verwendung eines Trocknungsmittels im Gas- oder Pulverkreislauf einer Vorrichtung zur Herstellung von 3D-Bauteilen.For drying the powder, various approaches are known. Thus, it is attempted to dry the powder before use in the machine, for example with the aid of dry bags in the storage containers of the powder. However, this can have the disadvantage that the effect of the desiccant degrades during long storage. Furthermore, the desiccant can accidentally get into the space. For example, disclosed EP 2 992 986 A1 the use of a drying agent in the gas or powder cycle of a device for the production of 3D components.

Ferner offenbart US 9,156,056 B2 eine Trocknungseinheit zum Trocknen von in einem Vorratsbehälter geladenen Pulver durch Erwärmen des Vorratsbehälters. Dieses Vorgehen kann den Nachteil aufweisen, dass das Trocknen bei zunehmender Größe des Vorratsbehälters immer länger dauert. So sinkt das Verhältnis der Oberfläche des Pulvers im Vorratsbehälter, die direkt der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist und somit ein Abführen der Feuchtigkeit aus dem Pulver im Vorratsbehälter ermöglicht, zum Gesamtvolumen des Pulvers im Vorratsbehälter. Further disclosed US 9,156,056 B2 a drying unit for drying powder charged in a storage tank by heating the storage tank. This procedure may have the disadvantage that the drying takes longer with increasing size of the reservoir. Thus, the ratio of the surface of the powder in the reservoir, which is directly exposed to the surrounding atmosphere and thus allows removal of moisture from the powder in the reservoir, to the total volume of the powder in the reservoir decreases.

Des Weiteren offenbart EP 3 023 228 A1 eine Maschine zur generativen Fertigung von dreidimensionalen Produkten auf einer Plattform, die eine Gasströmung über die Plattform zur Entfernung von z.B. Rauch aus der Wechselwirkungszone bereitstellt. Weitere Gaskreislaufkonfigurationen sind aus z.B. DE 10 2010 052 206 A1 , DE 10 2006 014 835 A1 und WO 2010/007394 A1 bekannt.Further disclosed EP 3 023 228 A1 a machine for the generative production of three-dimensional products on a platform, which provides a gas flow over the platform to remove, for example, smoke from the interaction zone. Other gas circulation configurations are eg DE 10 2010 052 206 A1 . DE 10 2006 014 835 A1 and WO 2010/007394 A1 known.

Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, den Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers für die Bauanwendung auf ein niedriges, und wenn möglich während der Fertigung weitgehend konstantes, Niveau zu bringen.One aspect of this disclosure is based on the object of bringing the moisture content of the powder for the building application to a low, and if possible, during production substantially constant, level.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Trocknung von Pulver für die generative Fertigung nach Anspruch 11. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.At least one of these objects is achieved by a manufacturing apparatus for the additive production of a three-dimensional component from a powder according to claim 1 and by a method for drying powder for the additive manufacturing according to claim 11. Further developments are specified in the subclaims.

In einem Aspekt umfasst eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver einen eine Arbeitsfläche bereitstellenden Fertigungsraum, der einen Bauplattformbereich und einen Pulverreservoirbereich umfasst, eine Strahlquelle zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver im Bauplattformbereich zum schichtweisen Herstellen des Bauteils, einen Pulvervorratsbehälter zum Bereitstellen des Pulvers durch eine Bereitstellungsöffnung in der Arbeitsfläche in den Pulverreservoirbereich, eine Schiebevorrichtung zur Überführung des Pulvers vom Pulverreservoirbereich in den Bauplattformbereich und ein Gassystem zum Bereitstellen eines Trocknungsgasstroms, der über die Bereitstellungsöffnung in der Arbeitsfläche zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers strömt.In one aspect, a manufacturing apparatus for generatively manufacturing a three-dimensional component from a powder includes a workspace providing a work space including a build platform area and a powder reservoir area, a beam source for generating a beam for powder irradiation in the build platform area for making the component, a powder reservoir for supplying the powder through a supply opening in the work surface into the powder reservoir area, a pushing device for transferring the powder from the powder reservoir area to the building platform area, and a gas system for providing a drying gas flow over the supply opening in the work area to receive moisture from an uppermost layer of the powder flows.

In einigen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung ferner einen Bauzylinder, der einen absenkbaren, eine Plattform zur Ausbildung eines Pulverbetts bereitstellenden Stempel und einen durch die Plattform begrenzten Bauteil-Pulver-Bereich aufweist, der durch eine Bestrahlungsöffnung in der Arbeitsfläche mit dem Bauplattformbereich verbunden ist, wobei das Gassystem den Trocknungsgasstrom im Wesentlich quer zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen in der Arbeitsfläche ausbildet. In some embodiments, the manufacturing apparatus further comprises a build cylinder having a lowerable die providing a platform for forming a powder bed and a component powder area defined by the platform connected to the build platform area through an irradiation opening in the work surface Gas system the Dry gas stream forms substantially transversely to the alignment direction of the openings in the work surface.

Ferner kann das Gassystem eine Auslassöffnungsstruktur, insbesondere angeordnet an oder in einer Frontwand oder einer Tür der Fertigungsvorrichtung, und eine Absaugöffnungsstruktur, insbesondere angeordnet an oder in einer Rückwand der Fertigungsvorrichtung, umfassen, wobei die Auslassöffnungsstruktur und die Absaugöffnungsstruktur an gegenüberliegenden Seiten der Bereitstellungsöffnung angeordnet sind. Die Auslassöffnungsstruktur und/oder die Absaugöffnungsstruktur können derart ausgebildet sein, dass sich ein in Richtung Bereitstellungsöffnung gerichteter, insbesondere laminarer, Strömungsverlauf des Trocknungsgasstroms im Pulverreservoirbereich ausbildet. Des Weiteren kann das Gassystem als Gaskreislaufsystem ausgebildet ist, das eine Filtereinheit mit einem Trocknungsmedium zum Feuchtigkeitsentziehen aus dem Gas umfasst, und wobei das Trocknungsmedium insbesondere in einem austauschbaren, und beispielsweise über Ventile abtrennbaren Bauteil im Gaskreislauf angeordnet ist. Allgemein kann das Gassystem ferner einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss, ein Pumpensystem, Ventile und/oder Leitungen zum Verbinden der einzelnen Komponenten des insbesondere Argon oder Stickstoff führenden Gaskreislaufsystems umfassen. Das Gassystem kann in einen Hauptgehäuseabschnitt, der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum angeordnet ist, und einen, beispielsweise in eine Tür integrierten, (Tür-)Abschnitt untergliedert sein.Furthermore, the gas system may comprise an outlet opening structure, in particular arranged on or in a front wall or a door of the production apparatus, and a suction opening structure, in particular arranged on or in a rear wall of the production apparatus, wherein the outlet opening structure and the suction opening structure are arranged on opposite sides of the supply opening. The outlet opening structure and / or the suction opening structure may be designed in such a way that a flow pattern of the drying gas stream in the powder reservoir region which is directed in the direction of the supply opening, in particular laminar, is formed. Furthermore, the gas system can be designed as a gas circulation system, which comprises a filter unit with a drying medium for removing moisture from the gas, and wherein the drying medium is arranged in particular in a replaceable, and for example separable via valves component in the gas cycle. In general, the gas system may further comprise a protective gas tank and / or an inert gas connection, a pump system, valves and / or lines for connecting the individual components of the gas circulation system, in particular comprising argon or nitrogen. The gas system can be subdivided into a main housing section, which is arranged below and behind the production space, for example, and a (door) section, for example integrated in a door.

In einigen Ausführungsformen ist das Gassystem zum Bereitstellen eines, insbesondere parallel zum Trocknungsgasstrom strömenden, Partikelabführgasstroms ausgebildet, der sich über der Bestrahlungsöffnung in der Arbeitsfläche zum Abführen von Partikel aus einer Wechselwirkungszone im Bauplattformbereich erstreckt.In some embodiments, the gas system is configured to provide a particulate discharge gas stream, particularly parallel to the drying gas stream, extending above the irradiation port in the working surface for discharging particles from an interaction zone in the building platform region.

In einigen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung ferner eine Steuerungseinheit zum Einstellen des Trocknungsgasstroms und insbesondere des Partikelabführgasstroms und/oder zum Einstellen der Position der Schiebevorrichtung während des Bestrahlungsvorgangs zwischen der Bereitstellungsöffnung und der Bestrahlungsöffnung zum räumlichen Trennen des Trocknungsgasstroms vom Bauplattformbereich und insbesondere dem Partikelabführgasstrom, und/oder einen Wärmestrahler zum Erzeugung einer auf die Bereitstellungsöffnung, und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung, gerichtete Wärmestrahlung, wobei der Wärmestrahler ferner insbesondere im Fertigungsraum im Bereich oberhalb der Bereitstellungsöffnung angeordnet ist. Das Erwärmen von oben hat den Vorteil, dass am Pulver adsorbierte Stoffe, wie bspw. Wasser (Feuchtigkeit), in einer oberen Pulverschicht nach dem Erwärmen schneller desorbieren und durch das Pulver diffundieren, so dass das Pulver der oberen Pulverschicht schneller durch den Trocknungsgasstrom getrocknet wird. In some embodiments, the manufacturing apparatus further comprises a control unit for adjusting the drying gas flow and in particular the Partikelabführgasstroms and / or adjusting the position of the pusher during the irradiation process between the supply port and the irradiation port for separating the drying gas flow from the Bauplattformbereich and in particular the Partikelabführgasstrom a heat radiator for generating a directed to the supply opening, and in particular also to the irradiation heat radiation, wherein the heat radiator is further arranged in particular in the production space in the region above the supply opening. The heating from above has the advantage that substances adsorbed to the powder, such as water (moisture), in a top powder layer after heating, desorb faster and diffuse through the powder, so that the powder of the top powder layer is dried faster by the drying gas stream ,

Bei speziellen Rahmenbedingungen können die darunterliegenden Pulverschichten sich trotz der üblicherweise schlechten Wärmeleiteigenschaften des Pulvers derart (stark) aufheizen, dass aus diesen in zunehmendem Maße Feuchtigkeit in die obere Pulverschicht diffundiert. Um diesen unerwünschten Effekt (insbesondere während eines parallel stattfindenden Fertigungsprozesses) zu verhindern bzw. gering zu halten, ist darauf zu achten, dass nicht zu viel Wärme in die obere Pulverschicht eingebracht wird. Dadurch kann der sich mit zunehmender Temperatur sättigende, vorteilhafte Effekt der Feuchtigkeitsabfuhr (nur aus der oberen Schicht) beibehalten werden. Ein optimaler Wärmeeintrag ist beispielsweise materialabhängig zu bestimmen.Under special conditions, the underlying powder layers can (strongly) heat up in spite of the usually poor heat conduction properties of the powder in such a way that moisture increasingly diffuses out of them into the upper powder layer. In order to prevent or minimize this undesirable effect (in particular during a parallel production process), it is important to ensure that not too much heat is introduced into the upper powder layer. As a result, the advantageous effect of moisture removal (only from the upper layer), which saturates with increasing temperature, can be retained. Optimal heat input can be determined depending on the material, for example.

In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur Trocknung von Pulver für die generative Fertigung die Schritte des Bereitstellens einer Menge an frischem Pulver oberhalb einer Bereitstellungsöffnung in einer Arbeitsfläche und des Bereitstellens eines Trocknungsgasstroms, der über die Bereitstellungsöffnung in der Arbeitsfläche zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers strömt.In a further aspect, a method of drying powder for additive manufacturing includes the steps of providing a quantity of fresh powder above a supply port in a work surface and providing a drying gas stream that flows through the supply port in the work surface to receive moisture from an uppermost one Position of the powder flows.

Das Bereitstellen der Menge an frischem Pulver kann durch schrittweises Anheben einer Pulvervorratsmenge über die Arbeitsfläche durch die Bereitstellungsöffnung erfolgen, das Bereitstellen des Trocknungsgasstroms kann zeitgleich mit einem Pulverbestrahlungsvorgang bei einer Bestrahlungsöffnung erfolgen und/oder der Trocknungsgasstrom kann im Wesentlichen quer zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen in der Arbeitsfläche strömen.The provision of the amount of fresh powder may be accomplished by gradually increasing a powder supply amount across the working surface through the supply port, providing the drying gas stream simultaneously with a powder irradiation process at an irradiation port, and / or the drying gas stream may be substantially transverse to the alignment direction of the openings in the working surface stream.

Ferner kann das Verfahren einen den Trocknungsvorgang unterstützenden Schritt des Heizens der oberhalb der Bereitstellungsöffnung bereitgestellten Menge an frischem Pulver von oben aufweisen, wobei das Heizen insbesondere durch Einstrahlen von Wärmestrahlung auf die Bereitstellungsöffnung, und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung, in der Arbeitsfläche zum Erwärmen der obersten Lage des Pulvers erfolgen kann.Further, the method may include a drying assisting step of heating the above-prepared supply amount of fresh powder from above, the heating particularly by irradiating heat radiation to the supply opening, and in particular also to the irradiation opening in the work surface for heating the uppermost Location of the powder can be done.

Ein Vorteil der hierin beschriebenen Konzepte ist es, dass die Trocknung praktisch sofort auf das für den Aufbau der nachfolgenden Schichten eingesetzte Pulver einwirken kann. Es ist nicht unbedingt notwendig, das Pulver in der LMF-Maschine oder auch vorher stundenlang zu trocknen und damit den Start des Fertigungsprozesses zu verzögern.An advantage of the concepts described herein is that drying can act almost immediately on the powder used to build up the subsequent layers. It is not absolutely necessary to dry the powder in the LMF machine or even for hours before, thus delaying the start of the production process.

Allgemein können die hierin beschriebenen Konzepte eine Stabilisierung des Fertigungsprozesses gegenüber Schwankungen in der Feuchtigkeit des eingesetzten Pulvers erlauben. Ferner können externe Trocknungszeiten des Pulvers reduziert werden bzw. sogar ganz entfallen. So können die hierin beschriebenen Konzepte eine Beschleunigung des Fertigungsbeginns durch die schnelle Trocknung der schrittweise benötigten Pulvermengen mithilfe eines z.B. Argon-Stroms erlauben, da die langsame Trocknung des gesamten Pulvers entfallen kann. In general, the concepts described herein may allow stabilization of the manufacturing process against variations in the humidity of the powder used. Furthermore, external drying times of the powder can be reduced or even completely eliminated. Thus, the concepts described herein may allow an acceleration of the start of production by the rapid drying of the stepwise required amounts of powder using an argon stream, for example, since the slow drying of the entire powder can be dispensed with.

Überdies können die hierin beschriebenen Aufbauten einen einfachen und schnellen Wechsel des Trocknungsmediums im Gaskreislauf durch Einsatz von Trockenmittelpaketen erlauben. Beispielsweise kann ein Wechsel von Trockenmittelpaketen innerhalb einer Minute oder weniger erfolgen.Moreover, the structures described herein may allow a simple and rapid change of the drying medium in the gas cycle through the use of desiccant packages. For example, a change of desiccant packages within a minute or less.

Die hierin beschriebenen Konzepte können weiter den Vorteil haben, dass der Trocknungsvorgang hauptzeitparallel, d.h. zeitgleich zur Bauphase, abläuft.The concepts described herein may further have the advantage that the drying process is parallel to the main time, i. at the same time as the construction phase, expires.

Hierin werden Konzepte offenbart, dies es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Herein, concepts are disclosed that allow to at least partially improve aspects of the prior art. In particular, further features and their expediencies emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. From the figures show:

1 eine schematische räumliche Darstellung einer beispielhaften generativen Fertigungsvorrichtung, 1 a schematic spatial representation of an exemplary generative manufacturing device,

2 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus 1 parallel zur XY-Ebene durch den Fertigungsraum, 2 a schematic sectional view of the generative manufacturing device 1 parallel to the XY plane through the production room,

3 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus 1 parallel zur XZ-Ebene durch den Fertigungsraum wie in 2 angedeutet, 3 a schematic sectional view of the generative manufacturing device 1 parallel to the XZ plane through the production room as in 2 indicated,

4 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus 1 parallel zur YZ-Ebene durch den Fertigungsraum wie in 2 angedeutet und 4 a schematic sectional view of the generative manufacturing device 1 parallel to the YZ plane through the production room as in 2 indicated and

5 eine Skizze zur Verdeutlichung eines beispielhaften Gaskreislaufs einer generativen Fertigungsvorrichtung. 5 a sketch to illustrate an exemplary gas cycle of a generative manufacturing device.

Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine gezielte Trocknung einer obersten Pulverlage durch einen (z.B. getrockneten Argon-)Schutzgasstrom bewirkt werden kann. Eine vollständige und langwierige Trocknung der gesamten Pulvermenge (basierend auf einer Diffusion des Wasserdampfes durch die Porosität in der Pulverschüttung) vor, beim oder nach der Befüllung des Vorratsbehälters kann bei Verwendung eines derartigen Oberflächentrocknungsstroms entfallen.Aspects described herein are based, in part, on the recognition that targeted drying of a topmost powder layer can be effected by a (e.g., dried argon) blanket gas stream. A complete and lengthy drying of the entire amount of powder (based on a diffusion of water vapor through the porosity in the powder bed) before, during or after the filling of the reservoir can be omitted when using such a surface drying stream.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine Ausführungsform einer LMF-Maschine erläutert, die zur Bereitstellung eines derartigen, in den Herstellungsprozess integrierten, Pulvertrocknungsvorgangs ausgebildet ist. 5 zeigt einen beispielhaften Gaskreislauf zum Einsatz in derartigen LMF-Maschinen. The following is with reference to the 1 to 4 an embodiment of an LMF machine, which is designed to provide such, integrated in the manufacturing process, powder drying operation. 5 shows an exemplary gas cycle for use in such LMF machines.

In 1 ist eine beispielhafte generative Fertigungsvorrichtung 1 zur Erzeugung eines 3D-Bauteils 3 aus einem Pulver 5 gezeigt. Zum Fertigungsvorgang wird auf die eingangs erwähnte EP 2 732 890 A2 verwiesen. Die Fertigungsvorrichtung 1 umfasst ein Hauptgehäuse 11, das einen Fertigungsraum 13 bereitstellt. Eine Frontwand 15 begrenzt den Fertigungsraum 13 auf der Vorderseite. Das Hauptgehäuse 11 weist ferner eine Rückwand 18, Seitenwände und eine Decke auf, die zusammen den Fertigungsraum 13 definieren. Die Frontwand 15 weist einen Frontrahmen 15A mit einer Öffnung 17 auf, durch die ein Zugang zum Fertigungsraum 13 der Fertigungsvorrichtung 1 ermöglicht wird. Die Öffnung 17 kann während des Herstellungsprozesses durch eine z.B. an der Frontwand 15 angebrachte Tür 31 (Griff 31A, Verschluss 31B) geschlossen werden (siehe 2). Bei geöffneter Tür 31 besteht Zugang zum Fertigungsraum 13 der Fertigungsvorrichtung 1 (siehe 1) und ein Bediener kann z.B. die notwendigen Vorbereitungsschritte wie Reinigen des Fertigungsraums 13 und Wiederbefüllen des Pulvervorratsbehälters vornehmen und das fertiggestellte Bauteil 3 entnehmen.In 1 is an exemplary generative manufacturing device 1 for producing a 3D component 3 from a powder 5 shown. For the manufacturing process is on the above-mentioned EP 2 732 890 A2 directed. The manufacturing device 1 includes a main body 11 that has a production room 13 provides. A front wall 15 limits the production space 13 on the front side. The main body 11 also has a back wall 18 , Side walls and a ceiling on which together the production room 13 define. The front wall 15 has a front frame 15A with an opening 17 on, through which an access to the production room 13 the manufacturing device 1 is possible. The opening 17 can during the manufacturing process by a eg on the front wall 15 attached door 31 (Handle 31A , Closure 31B ) are closed (see 2 ). With the door open 31 there is access to the production area 13 the manufacturing device 1 (please refer 1 ) and an operator can, for example, the necessary preparatory steps such as cleaning the production room 13 and refilling the powder reservoir and the finished component 3 remove.

1 zeigt ferner einen Schieber 19 (hierin auch Wischer genannt) zum Verteilen des Pulvers 5 während des Herstellungsprozesses. Der Herstellungsprozess findet auf einer Arbeitsfläche 21 statt, die den Boden des Fertigungsraums 13 bildet. Die Arbeitsfläche 21 weist einen Bauplattformbereich 23A, einen Pulverreservoirbereich 23B und (optional) einen Pulversammelbereich 23C auf. Der Bauplattformbereich 23A kann zentral bezüglich der Öffnung 17 vorgesehen werden. In ihm findet der Bestrahlungsvorgang zur Herstellung des 3D-Bauteils 3 statt. Der Pulverreservoirbereich 23B dient der Bereitstellung von frischem Pulver 5A, das zur lagenweisen Herstellung des 3D-Bauteils 3 in den Bauplattformbereich 23A mit dem Schieber 19 übertragen wird. 1 further shows a slider 19 (also called wiper herein) for distributing the powder 5 during the manufacturing process. The manufacturing process takes place on a work surface 21 instead of the floor of the production room 13 forms. The work surface 21 has a build platform area 23A , a powder reservoir area 23B and (optionally) a powder collection area 23C on. The building platform area 23A can be central to the opening 17 be provided. It contains the irradiation process for the production of the 3D component 3 instead of. The powder reservoir area 23B serves to provide fresh powder 5A , for the layer-wise production of the 3D-component 3 in the building platform area 23A with the slider 19 is transmitted.

Wie in 2 gezeigt ist der Bauplattformbereich 23A in X-Richtung (d.h. bzgl. der Öffnung 17 in Querrichtung) zwischen dem Pulverreservoirbereich 23B und dem Pulversammelbereich 23C angeordnet. Der Pulverreservoirbereich 23B weist einen z.B. zylinderförmigen Pulvervorratsbehälter 25 auf, dessen oberes Ende in einer (Pulver-)Bereitstellungsöffnung 21B der Arbeitsfläche 21 mündet. Mithilfe eines Stempels 25A kann nach und nach beispielsweise metallisches oder keramisches Pulver 5 aus dem Pulvervorratsbehälter 25 bis über die Arbeitsfläche 21 angehoben werden (entlang Pfeil 26). Wird eine neue Lage zur Bestrahlung benötigt, kann mit dem Schieber 19 das über die Arbeitsfläche 21 hinausragende frische Pulver 5A seitlich in X-Richtung in den Bauplattformbereich 23A verschoben werden. Entsprechend erstreckt sich der Schieber 19 in 2 in Y-Richtung, welche orthogonal zur Querrichtung (X-Richtung) in der Arbeitsfläche 21 verläuft.As in 2 shown is the building platform area 23A in the X direction (ie with respect to the opening 17 in the transverse direction) between the powder reservoir region 23B and the powder collection area 23C arranged. The powder reservoir area 23B has an example cylindrical powder reservoir 25 on whose upper end in a (powder) Deployment opening 21B the work surface 21 empties. Using a stamp 25A may gradually, for example, metallic or ceramic powder 5 from the powder reservoir 25 over the work surface 21 be raised (along arrow 26 ). If a new layer is needed for irradiation, you can use the slider 19 that over the work surface 21 protruding fresh powder 5A laterally in the X direction in the building platform area 23A be moved. Accordingly, the slider extends 19 in 2 in the Y direction, which is orthogonal to the transverse direction (X direction) in the work surface 21 runs.

Der Bauplattformbereich 23A weist einen z.B. zylinderförmigen Bauzylinder 27 mit einem absenkbaren, eine Plattform zur Ausbildung eines Pulverbetts bereitstellenden Stempel 27A auf. Durch das Absenken bildet sich ein durch die Plattform begrenzter Bauteil-Pulver-Bereich aus, der durch die Bestrahlungsöffnung 21A in der Arbeitsfläche 21 mit dem Bauplattformbereich 23A verbunden ist. Wurde eine Schicht des Bauteils 3 durch Verschmelzen von Pulver 5 gebildet, wird der Stempel 27A abgesenkt, so dass sich eine durch eine Bestrahlungsöffnung 21A in der Arbeitsfläche 21 begrenzte Vertiefung ausbildet, in die das frische Pulver 5A mit dem Schieber 19 verschoben werden kann, so dass sich eine neue obere Pulverlage im zu bestrahlenden Pulverbett ausbildet. Nicht zum Aufbau der neuen Lage benötigtes Pulver 5B kann mit dem Schieber 19 durch eine Öffnung 21C der Arbeitsfläche 21 im Pulversammelbereich 23C z.B. zur Wiederverwertung in einen Sammelbehälter verschoben werden.The building platform area 23A has an example cylindrical cylinder construction 27 with a lowerable, a platform for forming a powder bed providing stamp 27A on. As a result of the lowering, a component-powder region delimited by the platform is formed, which passes through the irradiation opening 21A in the workspace 21 with the building platform area 23A connected is. Became a layer of the component 3 by fusing powder 5 formed, the stamp becomes 27A lowered so that one through an irradiation opening 21A in the workspace 21 limited depression forms into which the fresh powder 5A with the slider 19 can be moved, so that forms a new upper powder layer in the powder bed to be irradiated. Not needed to build up the new layer needed powder 5B can with the slider 19 through an opening 21C the work surface 21 in the powder collection area 23C for example, be moved to a collection container for recycling.

Das Hauptgehäuse 11 weist ferner zumindest Teile eines Gaskreislaufsystems 41 auf, wie z.B. einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss und ein Pumpensystem (nicht gezeigt) sowie eine Filtereinheit 71. Das Gaskreislaufsystem 41 erlaubt es, den Fertigungsraum 13 mit z.B. inertem Gas wie Argon oder Stickstoff während des Herstellungsprozesses zu fluten. Weitere Details des Gaskreislaufsystems 41 werden nachfolgend insbesondere in Zusammenhang mit 5 erläutert.The main body 11 further comprises at least parts of a gas circulation system 41 on, such as a protective gas tank and / or a protective gas connection and a pump system (not shown) and a filter unit 71 , The gas circulation system 41 allows the production room 13 To flood with eg inert gas such as argon or nitrogen during the manufacturing process. Further details of the gas circulation system 41 are hereinafter in particular in connection with 5 explained.

Ein Bestrahlungssystem 51 kann auf dem Hauptgehäuse 11 z.B. über dem Bauplattformbereich 23A angebracht werden. Das Bestrahlungssystem 51 ist zur Erzeugung von Strahlung, z.B. Laserlicht, welches das Pulver 5 zu Materialschichten eines Bauteils 11 verschmelzen kann, ausgebildet. Es basiert beispielsweise auf einem Faser- oder Scheibenlasersystem. Alternativ kann Laserlicht von einer derartigen Quelle zum Hauptgehäuse 11 geführt werden. Das Hauptgehäuse 11 weist ein Scanner-System auf, das die Strahlung in einem auf das Bauteil 3 abgestimmten Pfad im Bauplattformbereich 23A zum lokalen Aufschmelzen der obersten Pulverlage des Pulverbetts führen kann.An irradiation system 51 can on the main body 11 eg over the building platform area 23A be attached. The radiation system 51 is for generating radiation, eg laser light, which is the powder 5 to material layers of a component 11 can merge, trained. It is based for example on a fiber or disk laser system. Alternatively, laser light from such a source may become the main body 11 be guided. The main body 11 has a scanner system that puts the radiation in one onto the component 3 coordinated path in the construction platform area 23A can lead to local melting of the uppermost powder layer of the powder bed.

Wie eingangs angesprochen beeinflussen die Paramater des Pulvers die Wechselwirkung der Strahlung/des Laserlichts mit dem Pulver und damit das Verschmelzen der Pulverkörner. Insbesondere der Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers wirkt sich auf den Herstellungsprozess aus.As mentioned above, the parameters of the powder influence the interaction of the radiation / the laser light with the powder and thus the fusion of the powder grains. In particular, the moisture content of the powder affects the manufacturing process.

Um den Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers 5 unmittelbar vor der Wechselwirkung mit dem Strahl zu reduzieren, ist das Gaskreislaufsystem 41 derart ausgelegt, dass ein Oberflächentrocknungsstrom 40 des Schutzgases über/auf die Öffnung 21B der Arbeitsfläche 21 und damit über/auf die oberste Pulverlage des Pulvervorratsbehälters 25 gerichtet ist. Bevorzugt ist das Schutzgas „getrocknet“, z.B. weist es einen Feuchtigkeitsgehalt von kleiner ca. 0,0005 g/l auf. Beispiele für trockenbare Schutzgase sind Argon und Stickstoff. Die Trocknung des Schutzgases kann durch Leiten des Schutzgases durch oder über ein Trocknungsmedium/Trockenmittel (z.B. Anhydrone von LECO) im Gaskreislaufsystem 41 erfolgen.To the moisture content of the powder 5 to reduce immediately before the interaction with the jet is the gas circulation system 41 designed such that a surface drying stream 40 the protective gas over / on the opening 21B the work surface 21 and thus on / on the uppermost powder layer of the powder reservoir 25 is directed. The protective gas is preferably "dried", for example it has a moisture content of less than about 0.0005 g / l. Examples of dry shielding gases are argon and nitrogen. Drying of the shielding gas may be accomplished by passing the shielding gas through or over a drying medium / desiccant (eg LECO anhydrone) in the gas circulation system 41 respectively.

In der gezeigten Ausführungsform bildet sich der Trocknungsgasstrom 40 im Wesentlich quer zur Aufreihungsrichtung (hier der X-Richtung) der Öffnungen 21A, 21B aus, d.h. er strömt entsprechend in Y-Richtung über die Öffnung 21A in der Arbeitsfläche 21. In the embodiment shown, the drying gas flow is formed 40 essentially transverse to the alignment direction (here the X-direction) of the openings 21A . 21B out, ie it flows according to the Y-direction over the opening 21A in the workspace 21 ,

Die Trocknung und die nachfolgende Überleitung des getrockneten Gases über die oberste Pulverschicht im Pulvervorratsbehälter 25 können dazu ausgelegt werden, gerade diejenige geringe Menge an Pulver (gering im Vergleich zur gesamten Pulvermenge im Pulvervorratsbehälter 25) zu trocknen, die unmittelbar im Anschluss für den Aufbau der nächsten Schicht des Bauteils 3 mit dem Laserstrahl verwendet wird. Da im Wesentlichen nur die obere Lage an Pulver 5A im Vorratsbehälter für die nächste Schicht verwendet wird, ist die Menge an zu trocknendem Pulver gering, so dass das Pulver 5A durch das entlangströmende Schutzgas ausreichend getrocknet werden kann. Allgemein kann die Trocknung vor, während und/oder nach Anheben des Stempels 25A, insbesondere dauerhaft, erfolgen.The drying and the subsequent transfer of the dried gas over the uppermost powder layer in the powder reservoir 25 can be designed to just that small amount of powder (small compared to the total amount of powder in the powder reservoir 25 ) to dry immediately following for building the next layer of the component 3 is used with the laser beam. Because essentially only the upper layer of powder 5A is used in the storage container for the next layer, the amount of powder to be dried is low, so that the powder 5A can be sufficiently dried by the protective gas flowing along. In general, the drying before, during and / or after lifting the stamp 25A , in particular permanently.

Eine beispielhafte Verwirklichung des angestrebten Strömungsverlaufs im Fertigungsraum 13 kann durch das in den 1 bis 4 verdeutlichte Gaskreislaufsystem 41 erfolgen. Dabei ist der Strömungsverlauf beispielhaft in Kombination mit einem speziellen Strömungsverlauf zur Rußabfuhr umgesetzt, bei dem ein (Rußabfuhr-)Gasstrom 42 von der Tür 31 aus zur Rückwand 18 (oder in entgegengesetzter Richtung) über den Bauplattformbereich 23A strömt. Hierin steht Ruß stellvertretend für Kleinstpartikel, die bei der Wechselwirkung des z.B. Laserlichts mit dem Pulver entstehen können. Um eine Beeinflussung des Herstellungsprozesses, (Ablagerung auf Optiken oder dem Bauteil selbst) zu verhindern, können diese Kleinstpartikel durch eine entsprechende Strömung aus dem Wechselwirkungsbereich geblasen und anschließend abgesaugt werden.An exemplary realization of the desired flow profile in the production room 13 can through that in the 1 to 4 clarified gas circulation system 41 respectively. In this case, the flow pattern is implemented, for example in combination with a special flow pattern for Rußabfuhr, in which a (Rußabfuhr-) gas flow 42 from the door 31 out to the back wall 18 (or in the opposite direction) over the building platform area 23A flows. Here, carbon black is representative of very small particles that can form when the laser light interacts with the powder. In order to prevent any influence on the production process (deposition on optics or the component itself), These small particles can be blown out of the interaction area by a corresponding flow and then sucked off.

Das Gaskreislaufsystem 41 umfasst einen Hauptgehäuseabschnitt 41A, der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum 13 angeordnet ist, und einen in die Tür 31 integrierten Türabschnitt 41B. Der Hauptgehäuseabschnitt 41A umfasst z.B. den Schutzgastank und/oder den Schutzgasanschluss an eine externe Schutzgasquelle, das Pumpensystem und die Filtereinheit 71 des Gaskreislaufsystems 41.The gas circulation system 41 includes a main body section 41A for example, below and behind the production room 13 is arranged, and one in the door 31 integrated door section 41B , The main body section 41A includes, for example, the protective gas tank and / or the protective gas connection to an external source of inert gas, the pump system and the filter unit 71 of the gas circulation system 41 ,

Die Filtereinheit 71 ist mit einer Absaugöffnungsstruktur 55 in der Rückwand 18 über eine Leitung 46A fluidverbunden. Die Absaugöffnungsstruktur 55 ist im Bereich des Pulverreservoirbereichs 23B nahe der Arbeitsfläche 21 angeordnet. In 2 ist eine Verlängerung der Absaugöffnungsstruktur 55 in den Bauplattformbereich 23A gestrichelt angedeutet. The filter unit 71 is with a suction port structure 55 in the back wall 18 over a line 46A fluidly connected. The suction port structure 55 is in the range of the powder reservoir area 23B near the work surface 21 arranged. In 2 is an extension of the suction port structure 55 in the building platform area 23A indicated by dashed lines.

Ferner ist die Filtereinheit 71 mit einer Auslassöffnungsstruktur 45A in der Tür 31 fluidverbunden. Dazu umfasst der Hauptgehäuseabschnitt 41A des Gaskreislaufsystems 41 eine Leitung 46B zur Frontwand 15, die in einer (Gehäuse-)Anschlussöffnung 43A in einem von der Tür 31 abgedeckten Bereich mündet. Die Anschlussöffnung 43A steht bei geschlossener Tür 31 über eine (Tür-)Anschlussöffnung 43B in Fluidverbindung mit dem Türabschnitt 41B des Gaskreislaufsystems 41.Further, the filter unit 71 with an outlet opening structure 45A in the door 31 fluidly connected. This includes the main body section 41A of the gas circulation system 41 a line 46B to the front wall 15 , which in a (housing) connection opening 43A in one of the door 31 covered area opens. The connection opening 43A stands with the door closed 31 via a (door) connection opening 43B in fluid communication with the door section 41B of the gas circulation system 41 ,

Entsprechend umfasst der Türabschnitt 41B die Auslassöffnungsstruktur 45A für den Trocknungsstrom, evtl. eine weitere Auslassöffnungsstruktur 45B für den Rußabfuhrstrom, die Anschlussöffnung 45A und eine oder mehrere Verbindungsleitungen 47 von der Anschlussöffnung 45A zu der bzw. den Auslassöffnungsstrukturen 45A, 45B. In einigen Ausführungsformen können ferner z.B. schaltbare Ventile oder mehrere Anschlussöffnungen vorgesehen werden, um das Ausströmen des Schutzgases aus den Auslassöffnungsstrukturen 45A, 45B kontrollieren zu können. Ferner können die Auslassöffnungsstruktur 45A und/oder die Absaugöffnungsstruktur 55 derart geformt sein, dass sich ein möglichst laminarer (in Richtung Bereitstellungsöffnung 21B) gerichteter Strömungsverlauf möglichst nah über dem Pulverreservoirbereich 23B ausbildet (siehe Oberflächentrocknungsstrom 40A in 4).Accordingly, the door section comprises 41B the outlet port structure 45A for the drying stream, possibly a further outlet opening structure 45B for the soot exhaust stream, the connection port 45A and one or more interconnecting lines 47 from the connection opening 45A to the outlet port structures 45A . 45B , In some embodiments, for example, switchable valves or a plurality of connection openings may be provided to prevent the outflow of the protective gas from the outlet opening structures 45A . 45B to be able to control. Furthermore, the outlet opening structure 45A and / or the Absaugöffnungsstruktur 55 be shaped so that as laminar as possible (towards supply opening 21B ) directed flow as close as possible over the powder reservoir area 23B forms (see surface drying current 40A in 4 ).

Allgemein ist das Gaskreislaufsystem 41 dazu ausgebildet, auf einer Seite des Pulverreservoirbereichs 23B (trockenes) Schutzgas in Richtung der Öffnung 21B der Arbeitsfläche 21 ausströmen zu lassen und auf einer gegenüberliegenden Seite das Schutzgas abzuführen, wobei das Schutzgas etwas Feuchte aus dem Pulver 5A aufgenommen hat (falls das Pulver 5A „feucht“ ist). Auf diese Weise kann ein (evtl. zuvor getrockneter) Gasstrom über das Pulverreservoir im Vorratsbehälter geleitet werden, der eine dünne Pulverschicht an der Oberfläche des Pulverreservoirs trocknet. Aufgrund der Positionierung nahe des Pulverreservoirbereichs 23B und evtl. aufgrund der speziellen Formgebung kann der Oberflächentrocknungsstrom 40 gleichmäßig ausgebildet werden, so dass ein die gesamte Oberfläche möglichst gleichmäßig abtrocknender Strom über das Pulver 5A geführt wird. Dies kann eine gleichmäßige Trocknung der obersten Schicht an Pulver während des Fertigungsprozesses ermöglichen. D.h., zeitgleich zur Trocknung kann im Bauzylinder 27 eine – entsprechend zuvor getrocknete und verteilte – Pulverschicht belichtet werden, um das 3D-Bauteil 3 schichtweise zu sintern, d.h. das Pulver schichtweise aufzuschmelzen. General is the gas cycle system 41 formed on one side of the powder reservoir area 23B (dry) inert gas in the direction of the opening 21B the work surface 21 let flow out and dissipate the protective gas on an opposite side, wherein the shielding gas some moisture from the powder 5A has taken up (if the powder 5A Is "wet"). In this way, a (possibly previously dried) gas stream can be passed through the powder reservoir in the reservoir, which dries a thin layer of powder on the surface of the powder reservoir. Due to the positioning near the powder reservoir area 23B and possibly due to the special shaping of the surface drying stream 40 be formed uniformly, so that a uniformly drying over the entire surface of the current over the powder 5A to be led. This can allow uniform drying of the topmost layer of powder during the manufacturing process. That is, at the same time for drying can in the construction cylinder 27 a - previously dried and distributed - powder layer are exposed to the 3D component 3 to sinter in layers, ie to melt the powder layer by layer.

Für die Belichtung der nächsten Schicht wird das während der vorausgehenden Schichterzeugung getrocknete Pulver durch den Schieber 19 auf die zuvor bestrahlte und abgesenkte Pulveroberfläche im Bauzylinder 27 verteilt. Während daraus die nächste Schicht des Bauteils 3 erzeugt wird, kann wieder zeitgleich die nächste Pulvermenge getrocknet werden.For the exposure of the next layer, the powder dried during the preceding layer formation is passed through the slider 19 on the previously irradiated and lowered powder surface in the construction cylinder 27 distributed. While from it the next layer of the component 3 is generated, the same amount of powder can be dried again at the same time.

In 2 ist ferner ein Wärmestrahler 59 schematisch dargestellt, der auf die Öffnung 21B in der Arbeitsfläche 21 gerichtet ist und den Trocknungsvorgang unterstützen kann. Wärmestrahler 59 ist für ein Aufheizen des Pulvers von oben ausgebildet. Zusätzlich kann er ferner für die Vorheizung des Pulvers im Bereich der Öffnung 23A eingesetzt werden.In 2 is also a heat radiator 59 shown schematically on the opening 21B in the workspace 21 directed and can support the drying process. Radiant heaters 59 is designed for heating the powder from above. In addition, he can also for the preheating of the powder in the region of the opening 23A be used.

Ferner kann der Schieber 19 derart geformt sein oder während der Trocknung derart positioniert werden, dass sich eine möglichst gleichförmige Trocknung der Pulveroberfläche ergibt. Beispielsweise kann während der Bestrahlung der Schieber 19 in einer Warteposition zwischen dem Pulverreservoirbereich 23B und dem Bauplattformbereich 23A positioniert werden (siehe 2), damit sich die unterschiedlichen Ströme zur Trocknung und zur Rußabfuhr nicht beeinflussen. Ferner können die jeweiligen Ströme in Abhängigkeit vom aktuellen Verfahrensschritt aktiviert, reduziert oder ganz unterbunden werden.Furthermore, the slider can 19 be formed or positioned during drying so that the drying of the powder surface is as uniform as possible. For example, during the irradiation of the slider 19 in a waiting position between the powder reservoir area 23B and the build platform area 23A be positioned (see 2 ), so that the different streams for drying and Rußabfuhr not influence. Furthermore, the respective currents can be activated, reduced or completely suppressed as a function of the current method step.

Wie zuvor beispielhaft erläutert wurde, kann die Umsetzung der hierin offenbarten Konzepte in die Schutzgasspülung des Gesamtsystems, insbesondere die Schutzgasspülung zumindest eines Großteils des Fertigungsraums, während des gesamten Fertigungsprozesses integriert werden. Zusammengefasst wird ein trockener Gasstrom gezielt über das zu trocknende Pulver geführt. Ein entsprechend „feuchter“ Gasstrom wird aus der Kammer abgeführt. Wie zuvor erläutert kann das Schutzgas in einem Gaskreislauf zirkulieren, in dem der Gasstrom mit einem Trockenmittel getrocknet wird und evtl. zusätzlich mit einem Filter zur Abscheidung von Kleinstpartikeln/Schwebstoffen wie z.B. Ruß gereinigt wird. Alternativ kann der Gasstrom Teil eines übergeordneten Gastrocknungs- und Reinigungsprozesses sein, d.h., trockenes Gas wird zugeführt und das angefeuchtete Gas einer zentralen Aufbereitung zugeführt.As previously exemplified, the implementation of the concepts disclosed herein into the inert gas purge of the overall system, particularly the inert gas purge of at least a majority of the manufacturing space, may be integrated throughout the manufacturing process. In summary, a dry gas stream is deliberately passed over the powder to be dried. A correspondingly "moist" gas stream is discharged from the chamber. As explained above, the inert gas can circulate in a gas circulation in which the gas stream is dried with a desiccant and possibly. is additionally cleaned with a filter for the separation of micro particles / suspended matter such as soot. Alternatively, the gas stream may be part of a higher-level gas drying and purification process, ie, dry gas is supplied and the humidified gas is fed to a central treatment.

In 5 ist ein Gaskreislauf schematisch gezeigt. Man erkennt einen trocknenden Schutzgasstrom 81A und (gestrichelt) einen optionalen rußabführenden Schutzgasstrom 81B durch den schematisch dargestellten Fertigungsraum 13. Über Gasleitungen 52 wird das feuchte (und evtl. rußaufweisende) Schutzgas der Filtereinheit 71 zugeführt.In 5 a gas cycle is shown schematically. One recognizes a drying protective gas flow 81A and (dashed) an optional carbon black purge gas stream 81B through the production space shown schematically 13 , About gas lines 52 becomes the moist (and possibly soot-containing) protective gas of the filter unit 71 fed.

Die Filtereinheit 71 weist ein Feinstfilter 73 zur Entfernung von Partikel aus dem Gasstrom auf. Eine anschließende Trocknung des Gasstroms erfolgt durch Überleitung über ein Trocknungsmedium in einem bevorzugt leicht austauschbaren Bauteil, beispielsweise einem Rohr 75. Das Rohr 75 kann beispielsweise durch Ventile 77 an beiden Enden vom Gaskreislauf abgetrennt werden, so dass das verwendete Trocknungsmedium leicht und schnell ausgetauscht werden kann. The filter unit 71 has a fine filter 73 for removing particles from the gas stream. Subsequent drying of the gas stream takes place by transfer via a drying medium in a preferably easily exchangeable component, for example a pipe 75 , The pipe 75 For example, by valves 77 be separated at both ends of the gas cycle, so that the drying medium used can be easily and quickly replaced.

Allgemein ist darauf zu achten, dass das Trocknungsmedium das Pulver 5 im Fertigungsraum 13 nicht verunreinigt. Dies kann z.B. mit einem weiteren Filter (nicht gezeigt) oder mit entsprechend feinporigen Verpackungen des Trocknungsmediums vermieden werden.In general, make sure that the drying medium is the powder 5 in the production room 13 not contaminated. This can be avoided, for example, with a further filter (not shown) or with correspondingly fine-pored packaging of the drying medium.

Der gereinigte und getrocknete Gasstrom wird anschließend über Leitungen 52 und evtl. Ventile 79 in den Fertigungsraum 13 zurückgeführt. Wird der Gasstrom unterschiedlichen Bereichen zugeführt, können die Ventile 79 zur Einstellung der Strömungswege und der Durchflussraten mit einer Steuerungseinheit (nicht gezeigt) angesteuert werden. Die Gasströme für die Trocknung und die Rußabfuhr können somit integriert oder getrennt voneinander ausgebildet werden. The purified and dried gas stream is then passed through lines 52 and possibly valves 79 in the production room 13 recycled. If the gas flow is supplied to different areas, the valves can 79 for adjusting the flow paths and the flow rates with a control unit (not shown) are driven. The gas streams for drying and Rußabfuhr can thus be integrated or formed separately from each other.

Ferner kann (wie zuvor bereits erwähnt) zur räumlichen Trennung des Gasstroms für die Trocknung vom Gasstrom für die Rußabfuhr der Schieber 19 während der Bestrahlung zur Einnahme einer Warteposition zwischen dem Vorratsbehälter und dem Bauzylinder beispielsweise ebenfalls mit der Steuerungseinheit angesteuert werden.Further, as previously mentioned, for spatially separating the gas stream for drying from the gas stream for soot removal, the gate valve 19 during the irradiation to take a waiting position between the reservoir and the building cylinder, for example, also be controlled with the control unit.

Das Rohr mit dem Trocknungsmedium kann sowohl vor das Feinstfilter 73 zur Rußabscheidung, als auch nach diesem Filter eingebaut werden. Im ersteren Fall ist kein zusätzliches Rückhaltefilter für das Trocknungsmedium notwendig.The tube with the drying medium can be placed in front of the ultrafine filter 73 be installed for soot deposition, as well as after this filter. In the former case, no additional retention filter is necessary for the drying medium.

Alternativ zur Verwendung eines Trocknungsmediums kann die Feuchtigkeit z.B. durch eine Kühlfalle in der Filtereinheit 71 aus dem Gasstrom entfernt werden.Alternatively to the use of a drying medium, the moisture may be due to a cold trap in the filter unit 71 be removed from the gas stream.

LMF-Maschinen, in denen die hierin beschriebenen Konzepte eingesetzt werden können, umfassen beispielsweise die Anlagen „mysint 100“, „TruPrint 1000“ und „TruPrint 3000“. LMF machines in which the concepts described herein can be used include, for example, the "mysint 100", "TruPrint 1000" and "TruPrint 3000" systems.

Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.It is explicitly pointed out that all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and / or the claims should. It is explicitly stated that all range indications or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as the limit of a range indication.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (13)

Fertigungsvorrichtung (1) zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils (3) aus einem Pulver (5) mit einem eine Arbeitsfläche (21) bereitstellenden Fertigungsraum (11), der einen Bauplattformbereich (23A) und einen Pulverreservoirbereich (23B) umfasst, einer Strahlquelle (51) zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver (5) im Bauplattformbereich (23A) zum schichtweisen Herstellen des Bauteils (3), einem Pulvervorratsbehälter (25) zum Bereitstellen des Pulvers (5) durch eine Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) in den Pulverreservoirbereich (23B), einer Schiebevorrichtung (19) zur Überführung des Pulvers vom Pulverreservoirbereich (23B) in den Bauplattformbereich (23A) und ein Gassystem (41) zum Bereitstellen eines Trocknungsgasstroms (40), der über die Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers (5A) strömt.Manufacturing device ( 1 ) for the generative production of a three-dimensional component ( 3 ) from a powder ( 5 ) with a working surface ( 21 ) providing production space ( 11 ) containing a building platform area ( 23A ) and a powder reservoir area ( 23B ), a beam source ( 51 ) for generating a jet for the irradiation of powder ( 5 ) in the building platform area ( 23A ) for layering the component ( 3 ), a powder reservoir ( 25 ) for providing the powder ( 5 ) through a delivery opening ( 21B ) in the workspace ( 21 ) into the powder reservoir area ( 23B ), a pushing device ( 19 ) for transferring the powder from the powder reservoir area ( 23B ) in the building platform area ( 23A ) and a gas system ( 41 ) for providing a drying gas stream ( 40 ), via the deployment opening ( 21B ) in the workspace ( 21 ) for absorbing moisture from an uppermost layer of the powder ( 5A ) flows. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner mit einem Bauzylinder (27), der einen absenkbaren, eine Plattform zur Ausbildung eines Pulverbetts bereitstellenden Stempel (27A) und einen durch die Plattform begrenzten Bauteil-Pulver-Bereich aufweist, der durch eine Bestrahlungsöffnung (21A) in der Arbeitsfläche (21) mit dem Bauplattformbereich (23A) verbunden ist, wobei das Gassystem den Trocknungsgasstrom (40) im Wesentlich quer zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen (21A, 21B) in der Arbeitsfläche (21) ausbildet.Manufacturing device ( 1 ) according to claim 1, further comprising a building cylinder ( 27 ), comprising a lowerable, a platform for forming a powder bed providing stamp ( 27A ) and a component-powder region delimited by the platform, which is penetrated through an irradiation opening ( 21A ) in the workspace ( 21 ) with the building platform area ( 23A ), wherein the gas system, the drying gas flow ( 40 ) substantially transversely to the alignment direction of the openings ( 21A . 21B ) in the workspace ( 21 ) trains. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gassystem (41) umfasst: eine Auslassöffnungsstruktur (45A), insbesondere angeordnet an oder in einer Frontwand (15) oder einer Tür (31) der Fertigungsvorrichtung (1), und eine Absaugöffnungsstruktur (55), insbesondere angeordnet an oder in einer Rückwand (18) der Fertigungsvorrichtung (1), wobei die Auslassöffnungsstruktur (45A) und die Absaugöffnungsstruktur (55) an gegenüberliegenden Seiten der Bereitstellungsöffnung (21B) angeordnet sind.Manufacturing device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the gas system ( 41 ) comprises: an outlet port structure ( 45A ), in particular arranged on or in a front wall ( 15 ) or a door ( 31 ) of the manufacturing device ( 1 ), and a suction opening structure ( 55 ), in particular arranged on or in a rear wall ( 18 ) of the manufacturing device ( 1 ), wherein the outlet opening structure ( 45A ) and the suction opening structure ( 55 ) on opposite sides of the delivery opening ( 21B ) are arranged. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Auslassöffnungsstruktur (45A) und/oder die Absaugöffnungsstruktur (55) derart ausgebildet sind, dass sich ein in Richtung Bereitstellungsöffnung (21B) gerichteter, insbesondere laminarer, Strömungsverlauf des Trocknungsgasstroms (42) im Pulverreservoirbereich (23B) ausbildet.Manufacturing device ( 1 ) according to claim 3, wherein the outlet opening structure ( 45A ) and / or the suction opening structure ( 55 ) are formed such that a towards deployment opening ( 21B ) directed, in particular laminar, flow pattern of the drying gas stream ( 42 ) in the powder reservoir area ( 23B ) trains. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gassystem (41) ferner als Gaskreislaufsystem ausgebildet ist, das eine Filtereinheit (71) mit einem Trocknungsmedium zum Feuchtigkeitsentziehen aus dem Gas umfasst, und wobei das Trocknungsmedium insbesondere in einem austauschbaren, und beispielsweise über Ventile (77) abtrennbaren Bauteil (75) im Gaskreislauf angeordnet ist. Manufacturing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the gas system ( 41 ) is further configured as a gas circulation system, which has a filter unit ( 71 ) with a drying medium for removing moisture from the gas, and wherein the drying medium in particular in a replaceable, and for example via valves ( 77 ) detachable component ( 75 ) is arranged in the gas circuit. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gassystem (41) ferner umfasst einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss, ein Pumpensystem, Ventile und/oder Leitungen zum Verbinden der einzelnen Komponenten des insbesondere Argon oder Stickstoff führenden Gaskreislaufsystems.Manufacturing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the gas system ( 41 ) further comprises a protective gas tank and / or a shielding gas connection, a pump system, valves and / or lines for connecting the individual components of the particular argon or nitrogen leading gas circulation system. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gassystem (41) in einen Hauptgehäuseabschnitt (41A), der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum (13) angeordnet ist, und einen, beispielsweise in eine Tür (31) integrierten, (Tür-)Abschnitt (41B) untergliedert ist.Manufacturing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the gas system ( 41 ) in a main housing section ( 41A ), for example below and behind the production room ( 13 ), and one, for example in a door ( 31 ) integrated (door) section ( 41B ) is subdivided. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gassystem (41) ferner zum Bereitstellen eines, insbesondere parallel zum Trocknungsgasstrom (40) strömenden, Partikelabführgasstroms (42) ausgebildet ist, der sich über der Bestrahlungsöffnung (21A) in der Arbeitsfläche (21) zum Abführen von Partikel aus einer Wechselwirkungszone im Bauplattformbereich (23A) erstreckt.Manufacturing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the gas system ( 41 ) further for providing, in particular parallel to the drying gas flow ( 40 ), Partikelabführgasstroms ( 42 ), which extends above the irradiation opening ( 21A ) in the workspace ( 21 ) for removing particles from an interaction zone in the building platform area ( 23A ). Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Steuerungseinheit zum Einstellen des Trocknungsgasstroms (40) und insbesondere des Partikelabführgasstroms (42) und/oder zum Einstellen der Position der Schiebevorrichtung (19) während des Bestrahlungsvorgangs zwischen der Bereitstellungsöffnung (21B) und der Bestrahlungsöffnung (21A) zum räumlichen Trennen des Trocknungsgasstroms (40) vom Bauplattformbereich (23A) und insbesondere dem Partikelabführgasstrom (42).Manufacturing device ( 1 ) according to any one of the preceding claims, further comprising a control unit for adjusting the drying gas flow ( 40 ) and in particular the Partikelabführgasstroms ( 42 ) and / or for adjusting the position of the sliding device ( 19 ) during the irradiation process between the delivery opening ( 21B ) and the irradiation opening ( 21A ) for the spatial separation of the drying gas stream ( 40 ) from the building platform area ( 23A ) and in particular the Partikelabführgasstrom ( 42 ). Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Wärmestrahler (59) zum Erzeugung einer auf die Bereitstellungsöffnung (21B), und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung (21A), gerichtete Wärmestrahlung, wobei der Wärmestrahler (59) ferner insbesondere im Fertigungsraum (11) im Bereich oberhalb der Bereitstellungsöffnung (21B) angeordnet ist.Manufacturing device ( 1 ) according to any one of the preceding claims, further comprising a heat radiator ( 59 ) for generating one on the supply opening ( 21B ), and in particular on the irradiation opening ( 21A ), directed heat radiation, the heat radiator ( 59 ) also in particular in the production room ( 11 ) in the area above the deployment opening ( 21B ) is arranged. Verfahren zur Trocknung von Pulver (5) für die generative Fertigung mit den Schritten: Bereitstellen einer Menge an frischem Pulver oberhalb einer Bereitstellungsöffnung (21B) in einer Arbeitsfläche (21) und Bereitstellen eines Trocknungsgasstroms (40), der über die Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers (5A) strömt.Process for drying powder ( 5 ) for additive manufacturing, comprising the steps of providing a quantity of fresh powder above a delivery opening ( 21B ) in a workspace ( 21 ) and providing a drying gas stream ( 40 ), via the deployment opening ( 21B ) in the workspace ( 21 ) for absorbing moisture from an uppermost layer of the powder ( 5A ) flows. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen der Menge an frischem Pulver durch schrittweises Anheben einer Pulvervorratsmenge über die Arbeitsfläche (1) durch die Bereitstellungsöffnung (21B) erfolgt, das Bereitstellen des Trocknungsgasstroms (40) zeitgleich mit einem Pulverbestrahlungsvorgang bei einer Bestrahlungsöffnung (21A) erfolgt und/oder der Trocknungsgasstrom (40) im Wesentlich quer zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen (21A, 21B) in der Arbeitsfläche (21) strömt.The method of claim 11, wherein providing the amount of fresh powder by gradually increasing a powder supply amount across the work surface (10). 1 ) through the delivery opening ( 21B ), providing the drying gas stream ( 40 ) at the same time as a powder irradiation process at an irradiation opening ( 21A ) and / or the drying gas stream ( 40 ) substantially transversely to the alignment direction of the openings ( 21A . 21B ) in the workspace ( 21 ) flows. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, ferner mit dem den Trocknungsvorgang unterstützenden Schritt: Heizen der oberhalb der Bereitstellungsöffnung (21B) bereitgestellten Menge an frischem Pulver (23B) von oben, insbesondere durch Einstrahlen von Wärmestrahlung auf die Bereitstellungsöffnung (21B), und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung (21A), in der Arbeitsfläche (21) zum Erwärmen der obersten Lage des Pulvers (5A).Method according to one of claims 11 or 12, further comprising the step of supporting the drying operation: heating above the supply opening ( 21B ) provided amount of fresh powder ( 23B ) from above, in particular by irradiation of heat radiation on the supply opening ( 21B ), and in particular on the irradiation opening ( 21A ), in the workspace ( 21 ) for heating the uppermost layer of the powder ( 5A ).
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