DE102016211799A1 - Device for the generative production of workpieces - Google Patents

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Martin Schoepf
Marcus Hlavac
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum generativen Herstellen von Werkstücken (1), mit einer Trägereinrichtung (11), mit wenigstens einem Aufbaubehälter (15) für pulverförmiges Material (2), aus dem die Werkstücke (1) durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren einer obersten Schicht (4) an Material (2) mittels eines Bearbeitungsstrahls (3) innerhalb des wenigstens einen Aufbaubehälters (15) herstellbar sind, und mit wenigstens einem Vorratsbehälter (25) für das pulverförmige Material (2).The invention relates to a device (10) for the generative production of workpieces (1), comprising a support device (11), with at least one construction container (15) for powdered material (2), from which the workpieces (1) are selectively melted and subsequently Solidification of a top layer (4) of material (2) by means of a processing beam (3) within the at least one body container (15) can be produced, and with at least one reservoir (25) for the powdery material (2).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device for the generative production of workpieces according to the preamble of claim 1.

Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2013 210 242 A1 bekannt. Mittels der bekannten Vorrichtung lassen sich beispielsweise als Prototypen dienende Werkstücke durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren von Metallpulver mittels einer Laserstrahleinrichtung herstellen. Hierbei weist die bekannte Vorrichtung eine in einer gegenüber der Umgebung senkrechten Achse drehbar gelagerte Trägereinrichtung auf, die einen topfförmigen Aufbaubehälter für das Material bzw. Pulver ausbildet. Ein der Ausbildung einer Pulverschicht in dem Aufbaubehälter dienender Pulververteiler erstreckt sich in radialer Richtung von der Achse und ist gegenüber der Achse der Trägereinrichtung ortsfest, jedoch höhenverstellbar zur Achse angeordnet. Dadurch lässt sich durch Einstellung eines entsprechenden Hubes zwischen dem Pulververteiler und dem Aufbaubehälter bei gleichzeitiger Drehung des Aufbaubehälters um seine Achse jeweils eine zusätzliche Pulverschicht durch den Pulververteiler in den Aufbaubehälter einbringen, die anschließend, bei einer weiteren Drehung des Aufbaubehälters bzw. der Trägereinrichtung in den Arbeitsbereich eines Laserstrahls gelangt, um dort zur Ausbildung einer Schicht des Werkstücks selektiv aufgeschmolzen zu werden. Weiterhin weist die bekannte Vorrichtung auch einen sogenannten Beschichter auf, der der Glättung der Oberfläche der eingebrachten Pulverschicht an deren Oberfläche dient. Eine Verdichtung der Pulverschicht, insbesondere über die gesamte Höhe der Pulverschicht durch den Beschichter ist nicht erwähnt. A device according to the preamble of claim 1 is known from DE 10 2013 210 242 A1 known. By means of the known device, for example, workpieces serving as prototypes can be produced by selective melting and subsequent solidification of metal powder by means of a laser beam device. Here, the known device on a rotatably mounted in a relative to the surrounding axis supporting means, which forms a cup-shaped body container for the material or powder. A powder distributor serving to form a powder layer in the body container extends in the radial direction from the axis and is stationary with respect to the axis of the carrier, but is arranged to be height-adjustable relative to the axis. In this way, by setting a corresponding stroke between the powder distributor and the bodywork container while rotating the bodywork container about its axis, an additional powder layer can be introduced through the powder distributor into the bodywork container, which then, in a further rotation of the bodywork container or the carrier device into the working area a laser beam passes to be selectively melted there to form a layer of the workpiece. Furthermore, the known device also has a so-called coater, which serves to smooth the surface of the introduced powder layer on the surface thereof. A compaction of the powder layer, in particular over the entire height of the powder layer by the coater is not mentioned.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung ermöglicht es, während einer vollständigen Drehung des Aufbaubehälters die zuvor in den Aufbaubehälter durch die Pulververteiler eingebrachte Schicht an Pulver aufzuschmelzen. The device known from the prior art makes it possible, during a complete rotation of the body shell, to melt the layer of powder previously introduced into the bodywork through the powder dispenser.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass diese bei relativ geringem vorrichtungstechnischem Aufwand eine erhöhte Leistung aufweist. Weiterhin wird eine hohe Qualität der mittels der Vorrichtung hergestellten Werkstücke erzielt.The device for the generative production of workpieces with the features of claim 1 has the advantage that it has an increased performance at relatively low device complexity. Furthermore, a high quality of the workpieces produced by the device is achieved.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik die Trägereinrichtung ortsfest, d.h. nicht drehbar anzuordnen, und lediglich die zum Einbringen des Pulvers in einem Aufbaubehälter unmittelbar benötigten Elemente relativ zu dem Aufbaubehälter drehbar anzuordnen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, innerhalb der Trägereinrichtung mit relativ geringem Aufwand gleichzeitig mehrere Aufbaubehälter für die Werkstücke und Vorratsbehälter zur Bevorratung des Pulvers anzuordnen, wobei mittels eines Verteilerelements, das drehbar zur Trägereinrichtung angeordnet ist, beim Überstreichen eines Vorratsbehälters Pulver aus dem Vorratsbehälter mitgenommen und in den dem Vorratsbehälter zugeordneten Aufbaubehälter eingebracht wird. Vorzugsweise sind der wenigstens eine Aufbaubehälter und/oder der wenigstens eine Vorratsbehälter in Richtung einer senkrechten Achse zumindest teilweise verstellbar angeordnet, Die damit verbundene erhöhte Leistungsfähigkeit beim Vorsehen mehrerer Aufbaubehälter und Vorratsbehälter wird kombiniert mit einem zusätzlichen Verdichterelement, das dazu ausgebildet ist, die zuvor in einen Aufbaubehälter eingebrachte (oberste) Pulverschicht zu verdichten. Die Verdichtung des Pulvers vor dem selektiven Aufschmelzen des Pulvers mittels einer Strahlungseinrichtung führt zu einer Erhöhung der Schüttdichte des Pulvers. Dies wiederum hat den Vorteil, dass die Schichtdicken der geschmolzenen Pulverschichten im Vergleich zum Ausgangszustand relativ wenig streuen und die die Qualität negativ beeinflussende Restporosität in dem geschmolzenen Material verringert wird. Zusammengefasst wird dadurch ein konstanter Schmelzprozess erzielt, der aufgrund der geringeren Porosität auch zu geringeren Defekten in dem aufgeschmolzenen Material und zu einer erhöhten Festigkeit des Werkstücks führt. The invention is based on the idea, in contrast to the aforementioned prior art, the support means stationary, i. not rotatably arrange, and only to be arranged rotatably relative to the building container for the directly required for the introduction of the powder in a building container elements. This creates the possibility to arrange within the carrier device with relatively little effort at the same time a plurality of container construction for storage of the workpieces and reservoir for storing the powder, wherein by means of a distributor element which is rotatably arranged to the carrier device, swept when sweeping a reservoir powder from the reservoir and in the reservoir associated with the container is introduced. Preferably, the at least one construction container and / or the at least one reservoir are arranged at least partially adjustable in the direction of a vertical axis. The associated increased efficiency in providing a plurality of construction container and reservoir is combined with an additional compressor element, which is designed to previously in one Build-up container introduced to compact (top) powder layer. The compaction of the powder before the selective melting of the powder by means of a radiation device leads to an increase in the bulk density of the powder. This in turn has the advantage that the layer thicknesses of the molten powder layers relatively little scatter compared to the initial state and the quality negatively affecting residual porosity in the molten material is reduced. In summary, this achieves a constant melting process which, due to the lower porosity, also leads to lower defects in the molten material and to an increased strength of the workpiece.

Wesentlich ist auch, dass für die Verdichtereinrichtung grundsätzlich unterschiedliche konstruktive Gestaltungen zur Verfügung stehen. Diese reichen von einem einfachen Drücken über eine Andrückwalze, wie sie nachfolgend noch näher im Rahmen eines Ausführungsbeispiels beschrieben wird, über Stoßwellen durch Klopfen mittels einer mechanischen Einrichtung bis zu Vibrationen. Wesentlich ist lediglich, dass die Verdichtereinrichtung zumindest zur Reduzierung der Schichtdicke durch Verdichtung der obersten, gerade in einem Aufbaubehälter eingebrachten Pulverschicht führt.It is also essential that fundamentally different constructive designs are available for the compressor device. These range from a simple pressing on a pressure roller, as will be described in more detail below in the context of an embodiment, shock waves by knocking by means of a mechanical device to vibration. All that is essential is that the compressor device leads, at least to reduce the layer thickness, by compaction of the uppermost powder layer that has just been introduced into a construction container.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the device according to the invention for the generative production of workpieces are listed in the subclaims.

In einer konstruktiv bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung, die es ermöglicht, bei einer vollständigen Drehung des Verteilerelements um seine Drehachse in jedem der Aufbaubehälter jeweils eine Pulverschicht einzubringen, wobei eine mit Blick auf einen kompakten Aufbau der Vorrichtung besonders vorteilhafte Anordnung der Aufbaubehälter und Vorratsbehälter ermöglicht wird, sieht vor, dass wenigstens zwei Vorratsbehälter und wenigstens zwei Aufbaubehälter vorgesehen sind, deren Bodenbereiche bzw. Bodenplatten in Richtung der senkrechten Achse verstellbar angeordnet sind, wobei die Anzahl der Vorratsbehälter der Anzahl der Aufbaubehälter entspricht, wobei jedem Aufbaubehälter ein Bearbeitungsstrahl zum selektiven Aufschmelzen des pulverförmigen Materials zugeordnet ist, und wobei die wenigstens zwei Vorratsbehälter und zwei Aufbaubehälter einander um die Drehachse betrachtet abwechseln, wobei die Winkelabstände zwischen den wenigstens zwei Vorratsbehältern und zwei Aufbaubehältern vorzugsweise jeweils gleich groß ausgebildet sind.In a structurally preferred embodiment of the device, which makes it possible to introduce a complete powder layer upon complete rotation of the distributor element about its axis of rotation in each of the container containers, one with a view is on a compact design of the device particularly advantageous arrangement of the body container and storage container is possible, provides that at least two reservoir and at least two body containers are provided, the bottom portions and bottom plates are arranged adjustable in the direction of the vertical axis, wherein the number of reservoirs of Number of construction container corresponds, each assembly container is associated with a processing beam for selective melting of the powdery material, and wherein the at least two reservoir and two building containers alternately viewed each other around the axis of rotation, wherein the angular distances between the at least two reservoirs and two body tanks preferably equal in size are formed.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Verdichtereinrichtung, die es ermöglicht, die Verdichtereinrichtung zusammen mit dem Verteilerelement im Bereich der Drehachse anzuordnen und miteinander zu koppeln, und die es zusätzlich erlaubt, in Abhängigkeit von dem Pulver bzw. den herzustellenden Werkstücken den Verdichtungsgrad des Pulvers einzustellen, sieht vor, dass die Verdichtereinrichtung als eine um eine Achse drehbare Verdichterwalze ausgebildet ist, die zusammen mit dem Verteilerelement um die Drehachse drehbar und in konstantem Drehwinkel zum Verteilerelement angeordnet ist, dass sich die Verdichterwalze radial von der Drehachse erstreckt, und dass die Verdichterwalze höhenverstellbar angeordnet ist. A particularly preferred embodiment of the compressor device, which makes it possible to arrange the compressor device together with the distributor element in the region of the rotation axis and to couple with each other, and which additionally allows depending on the powder or the workpieces to be set to adjust the degree of compaction of the powder in that the compressor device is designed as a compressor roller rotatable about an axis, which is rotatable together with the distributor element about the axis of rotation and at a constant angle of rotation to the distributor element, that the compressor roller extends radially from the axis of rotation, and that the compressor roller is arranged vertically adjustable ,

Eine weitere bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung, die es zum einen ermöglicht, dass die Qualität der Werkstücke besonders gut ist, und die darüber hinaus die Einwirkzeit des Bearbeitungsstrahls auf das Pulver reduziert, sieht vor, dass auf der dem Verteilerelement abgewandten Seite der Verdichtereinrichtung oder zwischen dem Verteilerelement und der Verdichtereinrichtung eine Heizeinrichtung angeordnet ist, die zusammen mit dem Verteilerelement und dem Verdichterelement in der Drehachse drehbar gelagert ist, und die sich radial von der Drehachse erstreckt. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es insbesondere in einer konkreten Ausgestaltung der Heizeinrichtung als Strahlungswärmequelle, die in geringem Abstand zur Oberseite des Aufbaubehälters angeordnet ist, dass jede Pulverschicht, die zuvor von dem Verteilerelement in einen Aufbaubehälter eingebracht wurde, vorgeheizt werden kann. Dadurch besteht eine geringere Temperaturdifferenz zwischen der aufgeheizten (obersten) Pulverschicht und dem Schmelzpunkt des Pulvers, der mittels des nachfolgenden Bearbeitungsstrahls erzielt wird. Dies führt zu geringeren Schmelzzeiten, da der Bearbeitungsstrahl das pulverförmige Material lediglich um eine relativ geringe Temperaturdifferenz aufheizen muss. Darüber hinaus führt die erhöhte und Temperatur der zu schmelzenden im Bereich der aufzuschmelzenden Pulverschicht zu geringeren Eigenspannungen bzw. Verzügen in den Werkstücken. Zusätzlich können auch Werkstücke mit erhöhter Neigung von Erstarrungsrissen rissfrei aufgebaut werden. Da die Heizrichtung simultan mit der Verteilereinrichtung bewegt wird, entstehen durch das rotatorische Prinzip keine zusätzlichen Nebenzeiten, die sich nachteilig auf die Herstellkosten der Werkstücke auswirken würden. A further preferred structural design of the device, which on the one hand allows the quality of the workpieces is particularly good, and also reduces the exposure time of the processing beam to the powder, provides that on the side facing away from the distributor element of the compressor device or between the distributor element and the compressor device, a heating device is arranged, which is rotatably mounted together with the distributor element and the compressor element in the axis of rotation, and which extends radially from the axis of rotation. Such a design makes it possible, in particular in a specific embodiment of the heater as a radiant heat source, which is arranged at a small distance to the top of the body container that each powder layer that was previously introduced from the distributor element in a body container, can be preheated. This results in a lower temperature difference between the heated (uppermost) powder layer and the melting point of the powder, which is achieved by means of the subsequent processing beam. This leads to lower melting times, since the machining jet only has to heat up the powdered material by a relatively small temperature difference. In addition, the increased and temperature of the melt to be melted in the region of the powder layer to be melted leads to lower residual stresses or distortion in the workpieces. In addition, workpieces with an increased inclination of solidification cracks can be constructed crack-free. Since the heating direction is moved simultaneously with the distribution device, caused by the rotary principle no additional non-productive times, which would adversely affect the manufacturing cost of workpieces.

Ergänzend wird erwähnt, dass es unter Umständen auch vorteilhaft sein kann, die Reihenfolge zwischen dem Verdichten und dem Erwärmen der Pulverschicht durch die Heizeinrichtung umzukehren. Darüber hinaus kann es je nach Beschichtung, d.h. der Fließfähigkeit des Pulvers aufgrund von Pulvergröße, Pulverform, Temperatur usw. auch vorteilhaft sein, die Heizeinrichtung auch in den Bereichen der Vorratsbehälter zu aktivieren. Dadurch wird zumindest erreicht, dass das von dem Verteilerelement aus dem Vorratsbehälter in den Aufbaubehälter geförderte Pulver ebenfalls bereits vorgeheizt ist, so dass die Heizeinrichtung im Bereich des Aufbaubehälters – im Gegensatz zu nicht vorgeheiztem Pulver – eine geringere Temperaturerhöhung bewirken muss. In addition, it may be mentioned that under some circumstances it may also be advantageous to reverse the order between the compression and the heating of the powder layer by the heating device. In addition, depending on the coating, i. the flowability of the powder due to powder size, powder form, temperature, etc., also be advantageous to activate the heater in the areas of the reservoir. This at least achieves that the powder conveyed from the reservoir into the body container by the distributor element is also already preheated, so that the heater in the region of the body container-in contrast to powder not preheated-must cause a smaller increase in temperature.

Wichtig für die Möglichkeit, den gesamten Querschnitt des Aufbaubehälters als potentielle Querschnittsfläche für ein Werkstück nutzen zu können und darüber hinaus eine gleichmäßig hohe Qualität des Werkstücks im Bereich jeder aufzuschmelzenden Schicht bereitzustellen, ist es, dass von dem Verteilerelement in einen Aufbaubehälter gefördertes Pulver innerhalb des Aufbaubehälters mit einer konstanten Schichtdicke und einer konstanten Schichtdichte bereitsteht. Hierzu ist es wesentlich, aufgrund des rotativen Prinzips den Querschnitt des Vorratsbehälters, der von dem Verteilerelement bei seiner Drehbewegung überstrichen wird, derart an den Querschnitt des Aufbaubehälters anzupassen, dass eine gleichmäßige Schüttdichte bzw. Schichtdicke erzielt wird. Insbesondere ist es daher vorgesehen, dass bei einem Aufbaubehälter, der einen runden Querschnitt aufweist (welcher bevorzugt deshalb gewählt wird, weil dadurch die Investitionskosten von an einer Trägereinrichtung austauschbar befestigten Aufbaubehältern reduziert sind) die Vorratsbehälter eine unregelmäßige Form bzw. einen unregelmäßigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt wird dabei, wie oben erläutert, derart gewählt, dass sich beim Überführen des Pulvers in den Aufbaubehälter durch das Verteilerelement in dem Aufbaubehälter eine gleichmäßige Schichtdicke bzw. Schichtdichte einstellt. It is important for the possibility of being able to use the entire cross-section of the body as a potential cross-sectional area for a workpiece and furthermore to provide a uniformly high quality of the workpiece in the region of each layer to be melted, that the powder conveyed from the distributor element into a body container inside the body container with a constant layer thickness and a constant layer density ready. For this purpose, it is essential, due to the rotary principle, to adapt the cross-section of the reservoir, which is swept by the distributor element during its rotational movement, to the cross-section of the body in such a way that a uniform bulk density or layer thickness is achieved. In particular, it is therefore envisaged that in the case of a construction container having a round cross-section (which is preferably chosen because it reduces the investment costs of construction containers exchangeably attached to a support means), the reservoirs have an irregular shape or an irregular cross-section. The cross-section is, as explained above, chosen such that sets a uniform layer thickness or layer density during transfer of the powder into the body container through the distributor element in the body container.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt in: This shows in:

1 eine vereinfachte Draufsicht auf eine Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken und 1 a simplified plan view of an apparatus for the generative manufacture of workpieces and

2 einen vereinfachten Längsschnitt durch die Vorrichtung im Bereich eines Verteilerelements gemäß der 1. 2 a simplified longitudinal section through the device in the region of a distributor element according to the 1 ,

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung 10 dient zum Herstellen von Werkstücken 1 aus einem metallischen Pulver 2 durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren des Pulvers 2 mittels eines beweglichen Bearbeitungsstrahls 3. Bei dem Bearbeitungsstrahl 3 handelt es sich beispielsweise um einen Elektronenstrahl zum Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting (EBM)) und/oder um einen Laserstrahl zum selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting (SLM)), wobei die Vorrichtung 10 dazu ausgebildet ist, gleichzeitig mindestens zwei Werkstücke 1 mittels zweier Bearbeitungsstrahlen 3 (2) herzustellen. Hierzu weist die Vorrichtung 10 beispielhaft zwei separate Einrichtungen 100 zur Erzeugung des Bearbeitungsstrahls 3 auf, wobei die Bearbeitungsstrahlen 3 beispielsweise mittels einer nicht dargestellten optischen Einrichtung zur Ausbildung eines Arbeitsbereichs beweglich sind. Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, lediglich eine einzige Einrichtung 100 vorzusehen, wobei die Bearbeitungsstrahlen 3 durch entsprechende Auskopplung bzw. optische Elemente erzeugt und ausgelenkt werden. Weiterhin wird erwähnt, dass das Herstellen der lediglich in der 2 erkennbaren Werkstücke 1 durch jeweils selektives Aufschmelzen der in einem Aufbaubehälter 15 befindlichen, jeweils obersten Schicht 4 an Pulver 2 erfolgt, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. The device shown in the figures 10 used for the production of workpieces 1 from a metallic powder 2 by selective melting and subsequent solidification of the powder 2 by means of a mobile processing beam 3 , At the processing beam 3 is for example an electron beam for electron beam melting (Electron Beam Melting (EBM)) and / or a laser beam for selective laser melting (Selective Laser Melting (SLM)), wherein the device 10 is designed to simultaneously at least two workpieces 1 by means of two processing beams 3 ( 2 ). For this purpose, the device 10 for example, two separate facilities 100 for generating the processing beam 3 on, with the processing beams 3 For example, by means of an optical device, not shown, to form a working area are movable. Of course, it is also within the scope of the invention, only a single device 100 to provide, wherein the processing beams 3 be generated and deflected by appropriate coupling or optical elements. Furthermore, it is mentioned that the production of only in the 2 recognizable workpieces 1 by each selective melting in a body container 15 located, respectively uppermost layer 4 on powder 2 takes place, as is known per se from the prior art.

Die Vorrichtung 10 weist eine im Wesentlichen topfförmig ausgebildete Trägereinrichtung 11 mit einem Bodenbereich 12 und einer radial umlaufenden Begrenzungswand 13 auf. Wie am besten anhand der 1 erkennbar ist, sind beispielhaft zwei an der Trägereinrichtung 11 austauschbar befestigte Aufbaubehälter 15 vorgesehen, die in Bezug zu einer Drehachse 16, die eine Symmetrieachse der Trägereinrichtung 11 ausbildet, in gleichmäßigen Winkelabständen, d.h. um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Weiterhin weisen die beiden Aufbaubehälter 15, wie anhand der 1 erkennbar ist, jeweils eine runde Querschnittsfläche mit einem (identischen) Durchmesser d auf. Die Mittelpunkte der beiden Aufbaubehälter 15 sind auf einem Teilkreisdurchmesser 17 um die Drehachse 16 angeordnet, derart, dass eine radial umlaufende Begrenzungswand 18 des Aufbaubehälters 15 einerseits zur Drehachse 16 beabstandet ist, und andererseits radial bis an die Begrenzungswand 13 der Trägereinrichtung 11 heranreicht (2). Jeder Aufbaubehälter 15 weist darüber hinaus neben seiner radial umlaufenden Begrenzungswand 18 einen von der Begrenzungswand 18 an seinem Außenumfang umschlossenen, beweglichen Bodenbereich 19 auf, der in Wirkverbindung mit einer heb- und senkbar angeordneten Stützplatte 21 angeordnet ist, die auf der dem Aufbaubehälter 15 abgewandten Seite über eine Säule 22 mit einem nicht dargestellten Hubantrieb verbunden ist. Beim Absenken der Bodenplatte 19 vergrößert sich somit der Abstand t zwischen der Bodenplatte 19 und der oberen Stirnseite 23 der Begrenzungswand 18. The device 10 has a substantially cup-shaped support means 11 with a floor area 12 and a radially encircling boundary wall 13 on. How best by the 1 can be seen are two examples of the carrier device 11 interchangeable mounted container 15 provided in relation to a rotation axis 16 , which has an axis of symmetry of the carrier device 11 forms, at equal angular intervals, ie offset by 180 ° to each other. Furthermore, the two body tanks 15 as based on the 1 can be seen, in each case a round cross-sectional area with an (identical) diameter d. The centers of the two construction containers 15 are on a pitch circle diameter 17 around the axis of rotation 16 arranged such that a radially encircling boundary wall 18 of the construction container 15 on the one hand to the axis of rotation 16 is spaced apart, and on the other hand radially up to the boundary wall 13 the carrier device 11 reaches ( 2 ). Every body container 15 also points beyond its radially encircling boundary wall 18 one from the boundary wall 18 enclosed on its outer circumference, movable floor area 19 on, in operative connection with a raised and lowered arranged support plate 21 is arranged on the the construction container 15 opposite side over a column 22 is connected to a lifting drive, not shown. When lowering the bottom plate 19 thus increases the distance t between the bottom plate 19 and the upper end side 23 the boundary wall 18 ,

In den beiden Zwischenräumen zwischen den zwei Aufbaubehältern 15 ist jeweils ein Vorratsbehälter 25 für das Pulver 2 angeordnet. Wie am besten anhand der 1 erkennbar ist, sind die beiden Vorratsbehälter 25 jeweils mit relativ geringem Abstand zwischen den beiden Aufbaubehältern 15 angeordnet.In the two spaces between the two body tanks 15 is in each case a storage container 25 for the powder 2 arranged. How best by the 1 can be seen, are the two reservoir 25 each with a relatively small distance between the two body tanks 15 arranged.

Die Bereiche zwischen den Vorratsbehältern 25 und den Aufbaubehältern 15 sind vorzugsweise mit einer nicht dargestellten Deckplatte verschlossen bzw. überbrückt. The areas between the storage tanks 25 and the construction tanks 15 are preferably closed or bridged with a cover plate, not shown.

Auch die beiden Vorratsbehälter 25 sind in gleichmäßigen Winkelabständen, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel um 180° in Bezug zur Drehachse 16 zueinander versetzt angeordnet. Wie darüber hinaus anhand der 1 erkennbar ist, ist die Umfangskontur 26 bzw. der Querschnitt der beiden Vorratsbehälter 25 ungleichförmig, d.h. insbesondere nicht kreisförmig, ausgebildet. Die beiden Vorratsbehälter 25 weisen jeweils eine Begrenzungswand 27 auf, innerhalb derer eine bewegliche Bodenplatte 28 mittels einer Säule 29 mit einem ebenfalls nicht dargestellten Hubantrieb verbunden ist (2). Die obere Stirnfläche 31 der beiden Vorratsbehälter 25 verlaufen bündig mit den beiden Stirnflächen 31 der beiden Aufbaubehälter 15. Also the two storage tanks 25 are at equal angular intervals, ie in the illustrated embodiment by 180 ° with respect to the axis of rotation 16 arranged offset from one another. As well as using the 1 is recognizable, is the circumferential contour 26 or the cross section of the two storage containers 25 non-uniform, ie in particular not circular, formed. The two storage containers 25 each have a boundary wall 27 on, within which a movable floor plate 28 by means of a column 29 is connected to a lifting drive, also not shown ( 2 ). The upper end face 31 the two storage containers 25 are flush with the two faces 31 the two body containers 15 ,

In der Drehachse 16 ist ein leistenförmiges Verteilerelement 35 drehbar gelagert, das sich radial von der Drehachse 16 bis in den Bereich der Begrenzungswand 13 der Trägereinrichtung 11 erstreckt, wobei das Verteilerelement 35 vorzugsweise auf der (oberen) Stirnfläche 36 der Begrenzungswand 13 aufliegt bzw. in geringem Abstand zu dieser angeordnet ist. Beispielhaft verläuft die Drehrichtung des Verteilerelements 35 gemäß der 1 in Richtung des Pfeils 37 im Gegenuhrzeigersinn. In Bewegungsrichtung vor dem Verteilerelement 35 weist dieses an seinem der Drehachse 16 abgewandten radialen Endbereich einen Mitnehmer 38 auf, der im Bereich der Stirnfläche 36 der Begrenzungswand 13 verläuft. In the rotation axis 16 is a strip-shaped distributor element 35 rotatably mounted, extending radially from the axis of rotation 16 into the area of the boundary wall 13 the carrier device 11 extends, wherein the distributor element 35 preferably on the (upper) end face 36 the boundary wall 13 rests on or is arranged at a small distance to this. By way of example, the direction of rotation of the distributor element runs 35 according to the 1 in the direction of the arrow 37 in the counterclockwise direction. In the direction of movement in front of the distributor element 35 has this at its the axis of rotation 16 remote radial end portion of a driver 38 up in the Area of the face 36 the boundary wall 13 runs.

In Drehrichtung des Verteilerelements 35 betrachtet ist ein Vorratsbehälter 35 jeweils einem dem Vorratsbehälter 35 vorausfolgenden Aufbaubehälter 15 zugeordnet. Ferner ist in Höhe der Stirnflächen 21, 29 und 36 jeweils zwischen einem Aufbaubehälter 15 und dem diesem Aufbaubehälter 15 nicht zugeordneten Vorratsbehälter 25 ein Pulverablauf 39 ausgebildet, der beispielsweise mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, um in den Bereich des Pulverablaufs 39 gelangendes Pulver 2 aus dem Bereich der Vorrichtung 10 zu entfernen bzw. abzusaugen.In the direction of rotation of the distributor element 35 considered is a reservoir 35 one each to the reservoir 35 preceding body container 15 assigned. Furthermore, in height of the end faces 21 . 29 and 36 each between a body container 15 and this body container 15 unallocated reservoir 25 a powder drain 39 formed, which is for example connected to a vacuum source to in the range of powder flow 39 passing powder 2 from the field of the device 10 to remove or suck off.

Wie lediglich anhand der 1 erkennbar ist, ist in einem Winkel α in Drehrichtung des Verteilerelements 35 betrachtet nach dem Verteilerelement 35 eine Verdichtereinrichtung 40 in Form einer Verdichterwalze 41 angeordnet. Die Verdichterwalze 41 erstreckt sich in radialer Richtung ebenfalls von der Drehachse 16 bis in den Bereich der Stirnfläche 36 der Begrenzungswand 13 der Trägereinrichtung 11 und ist um eine Achse 42 drehbar, wobei die Achse 42 senkrecht zur (gegenüber der Umgebung senkrechten) Drehachse 16 angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Verteilerelement 35 in einer senkrecht zur Zeichenebene der 2 verlaufenden Richtung höhenverstellbar angeordnet, um den Verdichtungsgrad des Pulvers 2 in dem Aufbaubehälter 15 ohne Verstellung der Trägereinrichtung 11 bzw. des Aufbaubehälters 15 einstellen zu können. Wiederum in einem Winkel β ist der Verdichtereinrichtung 40 eine Heizeinrichtung 45 nachgeschaltet. Die Heizeinrichtung 45 ist bevorzugt in Form einer Strahlungswärmequelle 46 ausgebildet, die beispielhaft eine rechteckförmige Abstrahlfläche aufweist, wobei die Abstrahlfläche bevorzugt in lediglich geringem Abstand zur obersten Schicht 4 des Pulvers 2 in einem Aufbaubehälter 15 angeordnet ist. As only by the 1 is recognizable, is at an angle α in the direction of rotation of the distributor element 35 considered after the distributor element 35 a compressor device 40 in the form of a compressor roller 41 arranged. The compressor roller 41 also extends in the radial direction of the axis of rotation 16 into the area of the end face 36 the boundary wall 13 the carrier device 11 and is around an axis 42 rotatable, the axis 42 perpendicular to the (perpendicular to the environment) axis of rotation 16 is arranged. Preferably, the distributor element is 35 in a plane perpendicular to the plane of the 2 extending direction adjustable in height to the degree of compaction of the powder 2 in the construction container 15 without adjustment of the carrier device 11 or the body container 15 to be able to adjust. Again at an angle β is the compressor device 40 a heating device 45 downstream. The heater 45 is preferably in the form of a radiant heat source 46 formed, for example, has a rectangular radiating surface, wherein the radiating surface preferably in only a small distance to the uppermost layer 4 of the powder 2 in a construction container 15 is arranged.

Vorzugsweise sind das Verteilerelement 35, die Verdichtereinrichtung 40 und die Heizeinrichtung 45 in Bezug auf ihre Winkelposition zur Drehachse 16 starr zueinander angeordnet bzw. miteinander verbunden. Weiterhin erstrecken sich sowohl das Verteilerelement 35, als auch die Verdichtereinrichtung 40 und die Heizeinrichtung 45 radial bis in den Bereich der Begrenzungswand 13.Preferably, the distributor element 35 , the compressor device 40 and the heater 45 in terms of their angular position to the axis of rotation 16 arranged rigidly to each other or connected to each other. Furthermore, both the distributor element extend 35 , as well as the compressor device 40 and the heater 45 radially up to the area of the boundary wall 13 ,

Die Funktionsweise der Vorrichtung 10 wird wie folgt erläutert: Zum Herstellen der Werkstücke 1 in den beiden Aufbaubehältern 15 wird zunächst die Bodenplatte 28 des jeweiligen Vorratsbehälters 25 um einen Wegbetrag angehoben, der erforderlich ist, um nachfolgend in einem Aufbaubehälter 15 eine Schicht 4 mit der gewünschten Schichtdicke zu erzeugen. Gleichzeitig wird die jeweilige Bodenplatte 19 des Aufbaubehälters 15 um das benötigte Maß für die gewünschte Schichtdicke abgesenkt. Dieser Verstellvorgang ist in der 2 durch die Pfeile 41 und 42 an den beiden Säulen 22 und 29 verdeutlicht. Anschließend gelangt das Verteilerelement 35 bei seiner Drehung um die Drehachse 16 zunächst in Überdeckung mit einem Vorratsbehälter 25, wobei durch das Verteilerelement 35 das über die Begrenzungswand 27 des Vorratsbehälters 25 hinausragende Pulver 2 durch das Verteilerelement 35 mitgenommen und nachfolgend in dem Aufbaubehälter 15 abgegeben wird, um eine oberste Schicht 4 an Pulver 2 zu erzeugen. Anschließend gelangt das Verteilerelement 35 in den Bereich eines Pulverablaufs 39, wo gegebenenfalls an dem Verteilerelement 35 noch anhaftendes Pulver 2 abgesaugt bzw. entfernt wird, damit es nachfolgend nicht zu Fehldosierungen bei dem nachfolgenden Aufbaubehälter 15 kommt. Während der Drehbewegung des Verteilerelements 35 gelangt nachfolgend zunächst die Verdichtereinrichtung 40 in Wirkverbindung mit der gerade durch das Verteilerelement 35 in den Aufbaubehälter 15 eingebrachten obersten Schicht 4 und verdichtet das Pulver 2 auf das gewünschte Maß. Anschließend gelangt die Heizeinrichtung 45 in Wirkverbindung mit der verdichteten Schicht 4 und erwärmt diese. Sobald dies erfolgt ist und die Heizeinrichtung 45 außerhalb eines Arbeitsbereichs des Bearbeitungsstrahls 3 ist, kann der Bearbeitungsstrahl 3 die oberste Schicht 4 des Pulvers 2 zur Herstellung des jeweiligen Werkstücks 1 selektiv aufschmelzen. Der Vorgang des Aufschmelzens muss spätestens beendet sein, bevor das Verteilerelement 35 bei seiner nachfolgenden Drehbewegung wieder Pulver 2 aus dem Vorratsbehälter 25 in den betreffenden Aufbaubehälter 15 überführt. The operation of the device 10 is explained as follows: For making the workpieces 1 in the two body containers 15 First, the bottom plate 28 of the respective storage container 25 increased by a amount of travel that is required to subsequently in a body container 15 a layer 4 to produce with the desired layer thickness. At the same time the respective bottom plate 19 of the construction container 15 lowered by the required amount for the desired layer thickness. This adjustment is in the 2 through the arrows 41 and 42 at the two columns 22 and 29 clarified. Subsequently, the distributor element arrives 35 in its rotation about the axis of rotation 16 initially in overlap with a reservoir 25 , wherein by the distributor element 35 that over the boundary wall 27 of the storage container 25 protruding powder 2 through the distributor element 35 taken and subsequently in the body container 15 is delivered to a topmost layer 4 on powder 2 to create. Subsequently, the distributor element arrives 35 in the range of a powder drain 39 where appropriate on the distributor element 35 still adhering powder 2 is sucked or removed so that it is not subsequently incorrect dosage in the subsequent body container 15 comes. During the rotary movement of the distributor element 35 subsequently, the compressor device first arrives 40 in operative connection with the straight through the distributor element 35 in the construction container 15 introduced top layer 4 and compact the powder 2 to the desired level. Then the heater arrives 45 in operative connection with the compacted layer 4 and warm them up. Once this is done and the heater 45 outside a working area of the machining beam 3 is, the processing beam can 3 the top layer 4 of the powder 2 for the production of the respective workpiece 1 selectively melt. The reflow process must be completed at the latest before the distributor element 35 powder again during its subsequent rotation 2 from the reservoir 25 in the relevant bodywork container 15 transferred.

Die soweit beschrieben Vorrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The device described so far 10 can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013210242 A1 [0002] DE 102013210242 A1 [0002]

Claims (10)

Vorrichtung (10) zum generativen Herstellen von Werkstücken (1), mit einer Trägereinrichtung (11), mit wenigstens einem Aufbaubehälter (15) für pulverförmiges Material (2), aus dem die Werkstücke (1) durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren einer obersten Schicht (4) an Material (2) mittels eines Bearbeitungsstrahls (3) innerhalb des wenigstens einen Aufbaubehälters (15) herstellbar sind, und mit wenigstens einem Vorratsbehälter (25) für das pulverförmige Material (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem wenigstens einen Vorratsbehälter (25) separates Verteilerelement (35) vorgesehen ist, das um die Achse (16) relativ zu der ortsfest angeordneten Trägereinrichtung (11) drehbar gelagert ist und das dazu ausgebildet ist, bei seiner Drehung um die Achse (16) die ihm zugewandten Stirnflächen (23, 31) des wenigstens einen Vorratsbehälters (25) und des wenigstens einen Aufbaubehälters (15) zu überstreichen, dass dem Verteilerelement (35) ein Verdichterelement (40) für das Material (2) in dem Aufbaubehälter (15) zugeordnet ist, und dass der wenigstens eine Vorratsbehälter (25) und der wenigstens eine Aufbaubehälter (15) in Bezug zur Achse (16) in Umfangsrichtung betrachtet örtlich voneinander getrennt angeordnet sind.Contraption ( 10 ) for the generative production of workpieces ( 1 ), with a carrier device ( 11 ), with at least one body container ( 15 ) for powdered material ( 2 ) from which the workpieces ( 1 ) by selective melting and subsequent solidification of an uppermost layer ( 4 ) of material ( 2 ) by means of a processing beam ( 3 ) within the at least one body container ( 15 ) can be produced, and with at least one storage container ( 25 ) for the powdery material ( 2 ), characterized in that one of the at least one storage container ( 25 ) separate distribution element ( 35 ) provided around the axis ( 16 ) relative to the stationarily arranged carrier device ( 11 ) is rotatably mounted and which is adapted, when rotated about the axis ( 16 ) the faces facing it ( 23 . 31 ) of the at least one storage container ( 25 ) and the at least one body container ( 15 ), that the distributor element ( 35 ) a compressor element ( 40 ) for the material ( 2 ) in the body container ( 15 ), and that the at least one storage container ( 25 ) and the at least one body container ( 15 ) in relation to the axis ( 16 ) are arranged spatially separated from each other in the circumferential direction. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Vorratsbehälter (25) und wenigstens zwei Aufbaubehälter (15) vorgesehen sind, wobei ein Bodenbereich (19) des Aufbaubehälters (15) und/oder eine Bodenplatte (28) des Vorratsbehälters (25) in Richtung der Achse (16) verstellbar angeordnet sind, wobei die Anzahl der Vorratsbehälter (25) der Anzahl der Aufbaubehälter (15) entspricht, dass jedem Aufbaubehälter (15) ein Bearbeitungsstrahl (3) zum selektiven Aufschmelzen des pulverförmigen Materials (2) zugeordnet ist, und dass die wenigstens zwei Vorratsbehälter (25) und wenigstens zwei Aufbaubehälter (15) einander in Richtung um die Achse (16) betrachtet abwechseln, wobei die Winkelabstände zwischen den wenigstens zwei Vorratsbehältern (25) und den wenigstens zwei Aufbaubehältern (15) vorzugsweise jeweils gleich groß ausgebildet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that at least two storage containers ( 25 ) and at least two construction containers ( 15 ), wherein a floor area ( 19 ) of the body container ( 15 ) and / or a bottom plate ( 28 ) of the storage container ( 25 ) in the direction of the axis ( 16 ) are arranged adjustable, wherein the number of storage containers ( 25 ) the number of body containers ( 15 ) corresponds to each body container ( 15 ) a processing beam ( 3 ) for selective melting of the powdery material ( 2 ), and that the at least two storage containers ( 25 ) and at least two construction containers ( 15 ) each other in the direction of the axis ( 16 ), wherein the angular distances between the at least two storage containers ( 25 ) and the at least two construction containers ( 15 ) are preferably formed equal in size. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (35) sich von der Achse (16) radial bis in den Bereich einer Begrenzungswand (13) der Trägereinrichtung (11) erstreckt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the distributor element ( 35 ) from the axis ( 16 ) radially into the region of a boundary wall ( 13 ) of the carrier device ( 11 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinrichtung (40) als eine um eine weitere Achse (42) drehbare Verdichterwalze (41) ausgebildet ist, die zusammen mit dem Verteilerelement (35) in der Achse (16) drehbar und in konstantem Winkelabstand (α) zum Verteilerelement (35) angeordnet ist, dass sich die Verdichterwalze (41) radial von der Achse (16) erstreckt, und dass die Verdichterwalze (41) höhenverstellbar angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compressor device ( 40 ) as one about another axis ( 42 ) rotatable compressor roller ( 41 ) is formed, which together with the distributor element ( 35 ) in the axis ( 16 ) rotatable and at a constant angular distance (α) to the distributor element ( 35 ) is arranged, that the compressor roller ( 41 ) radially from the axis ( 16 ), and that the compressor roller ( 41 ) is arranged adjustable in height. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Verteilerelement (35) abgewandten Seite der Verdichtereinrichtung (40) oder zwischen dem Verteilerelement (35) und der Verdichtereinrichtung (40) eine Heizeinrichtung (45) angeordnet ist, die zusammen mit dem Verteilerelement (35) und dem Verdichterelement (40) um die Achse (16) drehbar gelagert ist, und die sich radial von der Achse (16) erstreckt. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the distributor element ( 35 ) facing away from the compressor device ( 40 ) or between the distributor element ( 35 ) and the compressor device ( 40 ) a heating device ( 45 ) is arranged, which together with the distributor element ( 35 ) and the compressor element ( 40 ) around the axis ( 16 ) is rotatably mounted, and radially from the axis ( 16 ). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (45) als Strahlungswärmequelle (46) ausgebildet ist und in geringem Abstand zur Oberseite des Aufbaubehälters (15) angeordnet ist. Apparatus according to claim 5, characterized in that the heating device ( 45 ) as radiant heat source ( 46 ) is formed and at a small distance to the top of the body container ( 15 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (11) topfförmig ausgebildet ist, und dass die wenigstens zwei Vorratsbehälter (25) und die wenigstens zwei Aufbaubehälter (15) innerhalb einer radial umlaufenden Begrenzungswand (13) der Trägereinrichtung (11) angeordnet sind.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carrier device ( 11 ) cup-shaped, and that the at least two reservoir ( 25 ) and the at least two body containers ( 15 ) within a radially encircling boundary wall ( 13 ) of the carrier device ( 11 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Vorratsbehälter (25) und einem Aufbaubehälter (15) ein Pulverablauf (39) für im Bereich des Verteilerelements (35) anhaftendes Material (2) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that between a storage container ( 25 ) and a body container ( 15 ) a powder effluent ( 39 ) for in the region of the distributor element ( 35 ) adherent material ( 2 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aufbaubehälter (15) eine runde Querschnittsfläche aufweist. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one body container ( 15 ) has a round cross-sectional area. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Vorratsbehälter (25) im Querschnitt eine unregelmäßige Form aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass beim Überstreichen durch das Verteilerelement (35) von diesem in radialer Richtung betrachtet im Bereich eines Teilkreisdurchmessers (17), auf dem der Mittelpunkt des wenigstens einen Aufbaubehälters (15) angeordnet ist, die größte Menge an Material (2) von dem Verteilerelement (35) mitgenommen wird, und dass die Menge an mitgenommenem Material (2), ausgehend von dem Teilkreisdurchmesser (17), sich in beide radiale Richtungen verringert, derart, dass in dem wenigstens einen Aufbaubehälter (15) nach dem Überstreichen des Verteilerelements (35) eine gleichmäßige Pulverschichtdichte erzeugt ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least two storage containers ( 25 ) have an irregular shape in cross section, which is formed such that when sweeping through the distributor element ( 35 ) viewed from this in the radial direction in the region of a pitch circle diameter ( 17 ), on which the center of the at least one body ( 15 ), the largest amount of material ( 2 ) from the distributor element ( 35 ) and that the amount of entrained material ( 2 ), starting from the pitch circle diameter ( 17 ), is reduced in both radial directions, such that in the at least one body ( 15 ) after passing over the distributor element ( 35 ) a uniform powder layer density is produced.
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