DE102016211800A1

DE102016211800A1 - Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102016211800A1
Application number: DE102016211800.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Schoepf; Marcus Hlavac
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10; 10a; 10b) zum generativen Herstellen von Werkstücken (1), mit einer Trägereinrichtung (11; 11b), die in einer senkrechten Achse (14) drehbar gelagert ist, mit wenigstens einem Aufbaubehälter (21 bis 24) für pulverförmiges Material, wobei ein Werkstück (1) innerhalb des wenigstens einen Aufbaubehälters (21 bis 24) mittels eines Bearbeitungsstrahls (27) durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren einer jeweils obersten Pulverschicht (2) erzeugbar ist, und mit wenigstens einem Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) für den wenigstens einen Aufbaubehälter (21 bis 24), wobei der wenigstens eine Aufbaubehälter (21 bis 24) und der wenigstens eine Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) zum Einbringen der obersten Pulverschicht (2) in Richtung der Achse (14) verstellbar zueinander angeordnet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 10 2013 210 242 A1 bekannt. Mittels der bekannten Vorrichtung lassen sich beispielsweise zur Herstellung von Prototypen dienende Werkstücke durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren von Metallpulver mittels einer Laserstrahleinrichtung erzeugen. Die bekannte Vorrichtung weist eine in einer 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 mit integriertem Pulvervorratsbehälter erstreckt sich in radialer Richtung von der senkrechten Achse der Trägereinrichtung und ist gegenüber der Trägereinrichtung ortsfest, jedoch höhenverstellbar zur senkrechten Achse angeordnet. Dadurch lässt sich eine gewünschte Dicke der Pulverschicht einstellen. Diese Pulverschicht wird bei der Drehung des Aufbaubehälters um die senkrechte Achse in dem Aufbaubehälter auf die zuletzt eingebrachte Pulverschicht bzw. auf das Material des Werkstücks durch den Pulververteiler aufgebracht und gelangt bei der weiteren Drehung des Aufbaubehälters in den Arbeitsbereich eines Laserstrahls, um dort zur Ausbildung des Werkstücks selektiv aufgeschmolzen zu werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung ermöglicht es somit, während einer vollständigen Drehung des Aufbaubehälters um die senkrechte Achse die in den Aufbaubehälter durch die Pulververteiler eingebrachte Schicht aufzuschmelzen.
Offenbarung der Erfindung
Die Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass damit eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Leistung ermöglicht wird, und/oder dass Werkstücke aus unterschiedlichen Materialen herstellbar sind. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass gleichzeitig mehr als ein innerhalb des Arbeitsbereichs vorgesehenes Werkstück gefertigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, innerhalb der Trägereinrichtung mehrere Aufbaubehälter und Pulververteiler vorzusehen, um es dadurch bei einer Drehung der Trägereinrichtung zu ermöglichen, innerhalb der Aufbaubehälter gleichzeitig mehrere Werkstücke herzustellen, die ggf. auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In einer ersten konstruktiven Variante der Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Anzahl der Pulververteiler halb so groß ist, wie die Anzahl der Aufbaubehälter. In diesem Fall ist es möglich, dass gleichzeitig in einem ersten Aufbaubehälter die nächste Pulverschicht aufgebracht bzw. eingebracht wird, während in einem zweiten Aufbaubehälter gleichzeitig das Ausbilden bzw. Herstellen des Werkstücks erfolgt. Mit anderen Worten gesagt, bedeutet dies, dass beispielsweise bei dem Vorsehen von vier Aufbaubehältern und zwei Pulververteilern in jeweils zwei Aufbaubehältern gleichzeitig Werkstücke hergestellt werden, während in den beiden anderen Aufbaubehältern die nächste Pulverschicht auf die darunterliegende Pulverschicht bzw. das Werkstück aufgebracht wird. Beim nachfolgenden Weiterdrehen der Trägereinrichtung sowie der Aufbaubehälter drehen sich die Bearbeitungsschritte an den jeweiligen Aufnahmebehältern um.
In einer alternativen konstruktiven Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Anzahl der Pulververteiler gleichgroß ist wie die Anzahl der Aufbaubehälter. Das bedeutet, dass beispielsweise beim Vorhandensein von vier Aufbaubehältern vier Pulververteiler vorgesehen sind, wobei durch eine entsprechende Anordnung der Pulververteiler zu den Aufbaubehältern jeweils ein Pulververteiler einem Aufbaubehälter zugeordnet ist. Eine derartige Ausbildung der Vorrichtung, dass bei einer Drehung der Trägereinrichtung um die Achse um 360° gegenüber der eingangs erwähnten DE 10 2013 210 242 A1 eine Vervierfachung der Leistung bzw. eine Reduzierung von Nebenzeiten von 75 % ermöglicht wird.
Unabhängig von der soweit beschriebenen konstruktiven Ausbildung bzw. Anzahl der Aufbaubehälter und Pulververteiler ermöglicht es das erfindungsgemäße Konzept der Vorrichtung mit wenigstens zwei Pulververteilern und wenigstens zwei Aufbaubehältern je nach Betriebsart und Beschickung der Pulververteiler mit unterschiedlichen Materialen bzw. Pulvern grundsätzlich, auch sogenannte Mehrkomponentenbauteile bzw. -Werkstücke herzustellen, bei denen die einzelnen übereinander angeordneten Schichten aus unterschiedlichem oder aus gleichem Material bestehen, unter der Voraussetzung, dass sich die aufgeschmolzenen und anschließend erstarrten Schichten miteinander verbinden. Das bedeutet, dass bei der Ausbildung von Mehrkomponentenbauteilen die Materialen möglichst artgleich sein sollen.
Weiterhin wird erwähnt, dass es zum selektiven Aufschmelzen des Materials bzw. des Pulvers möglich ist, unterschiedliche Verfahren einzusetzen. In der Praxis üblich und für die soweit beschriebenen Vorrichtungen vorteilhaft ist die Verwendung von Laserstrahleinrichtungen zur Durchführung des selektiven Laserschmelzens (Selective Laser Melting (SLM)). Alternativ oder zusätzlich wird das Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting (EBM)) durchgeführt, bei dem das Material durch einen Elektronenstrahl aufgeschmolzen wird.
Um es zu ermöglichen, dass bei einer Drehung der Trägereinrichtung um ihre Achse an den Aufbaubehältern jeweils gleichzeitig Pulverschichten aufgebracht bzw. Pulverschichten selektiv aufgeschmolzen werden, und darüber hinaus einen möglichst kompakten Aufbau der Vorrichtung zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die wenigstens zwei Aufbaubehälter und die wenigstens zwei Pulververteiler in jeweils gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Darüber hinaus ist es zum Durchführen unterschiedlicher Bearbeitungsschritte (Aufbringen von Pulverschichten bzw. selektives Schmelzen von Pulverschichten) in den einzelnen Aufbaubehältern erforderlich, dass diese unabhängig voneinander heb- und senkbar angeordnet sind. So ist es insbesondere zur Vorbereitung des Aufbringens der nächsten Pulverschicht erforderlich, den jeweiligen Aufbaubehälter bzw. dessen Bodenbereich um den Betrag der Schichtdicke des Pulvers abzusenken, während zur Vorbereitung des selektiven Aufschmelzens des Materials der Aufbaubehälter vorab nicht abgesenkt werden muss.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Leistung der Vorrichtung durch Verringerung von Stillstand- bzw. Umrüstzeiten sieht vor, dass die Aufbaubehälter austauschbar an der Trägereinrichtung angeordnet sind und jeweils im Querschnitt kreisförmig mit demselben Durchmesser ausgebildet sind. Eine derartige Ausbildung der Aufbaubehälter ermöglicht es, nach dem Herstellen der Werkstücke die einzelnen Aufbaubehälter aus der Trägereinrichtung zu entnehmen und durch noch nicht mit einer Pulverschicht versehene Aufbaubehälter zu ersetzen. Nach der Entnahme der Aufbaubehälter mit den Werkstücken werden die Werkstücke und das die Werkstücke umgebene, nicht aufgeschmolzene Pulver außerhalb der Vorrichtung aus den Aufnahmebehältern entnommen. Insbesondere wird darüber hinaus durch die Ausbildung der Aufbaubehälter mit rundem Querschnitt eine relativ preisgünstige Herstellung der Aufbaubehälter ermöglicht.
Um den Verdichtungsgrad des Pulvers bzw. der obersten Pulverschicht zu erhöhen, um damit die Qualität der Werkstücke durch eine Reduzierung von Lunkern, Poren usw. zu verbessern, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass jedem Pulververteiler eine Verdichtereinrichtung zugeordnet ist, die sich in Drehrichtung der Trägereinrichtung betrachtet an den Pulververteiler anschließt. Um weiterhin den konstruktiven Aufbau einer derartigen Vorrichtung möglichst einfach zu gestalten, ist es vorgesehen, dass die Trägereinrichtung zusammen mit den Aufnahmebehältern drehbar und zu dem Pulververteilern in der Achse höhenverstellbar angeordnet ist, und dass die Verdichtereinrichtung in Bezug zur Achse starr angeordnet ist. Eine derartige Verdichtereinrichtung ist beispielsweise in Form einer Verdichterwalze ausgebildet, deren Drehachse senkrecht zur (Dreh-)Achse der Trägereinrichtung verläuft, wobei es zur Einstellung unterschiedlich hoher Verdichtungsgrade vorgesehen sein kann, dass die Verdichtereinrichtung bzw. Verdichterwalze relativ zum Aufbaubehälter bzw. zur Trägereinrichtung höhenverstellbar angeordnet ist.
Eine weitere Verbesserung der Qualität des Werkstücks lässt sich durch eine Heizeinrichtung erzielen, wobei jeweils eine Heizeinrichtung einem Pulververteiler zugeordnet ist, und wobei sich die Heizeinrichtung in Bezug zur Drehrichtung der Trägereinrichtung an den Pulververteiler anschließt. Eine derartige Heizeinrichtung, die insbesondere knapp oberhalb der jeweils zuletzt in den Aufbaubehälter eingebrachten Pulverschicht angeordnet ist, ermöglicht es, die jeweils oberste Pulverschicht vor dem selektiven Aufschmelzen vorzuheizen, vorzugsweise auf eine Temperatur, die lediglich relativ wenig unterhalb der Schmelztemperatur des Pulvers liegt. Dadurch ist es für das nachfolgende selektive Aufschmelzen des Materials lediglich erforderlich, das Material mittels des Elektronen- bzw. Laserstrahls zusätzlich relativ gering zu erwärmen. Darüber hinaus wird die verbesserte Qualität der Werkstücke dadurch ermöglicht, dass zwischen dem aufgeschmolzenen Bereich und dem zuvor durch die Heizeinrichtung vorgewärmten Bereich ein relativ geringer Temperaturgradient ausgebildet ist, was die Eigenspannungen des gebildeten Werkstücks reduziert und eine Homogenisierung des Materials ermöglicht.
Grundsätzlich ist es wünschenswert bzw. erforderlich, um den gesamten Querschnitt des Aufbaubehälters als Arbeitsbereich für den Elektronen- bzw. Laserstrahl nutzen zu können, dass während dem selektiven Aufschmelzen der obersten Pulverschicht der Querschnitt des Aufbaubehälters nicht durch andere Einrichtungen verdeckt bzw. überdeckt ist. Daher sieht es eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Pulververteiler sowie ggf. die Verdichtereinrichtungen und die Heizeinrichtungen bei der Drehung der Trägereinrichtung um die Achse in einer senkrecht zu einer Längserstreckung der Aufbaubehälter angeordneten Querschnittsebene zwischen den Aufnahmebehältern ausgebildete Zwischenräume positionierbar sind.
Insbesondere bei der Verwendung von runden Querschnitten aufweisenden Aufnahmebehältern, deren jeweiliger Mittelpunkt auf einen Teilkreisdurchmesser um die Achse der Trägereinrichtung angeordnet ist, ist es zur Erzielung einer homogenen, d. h. in radialer Richtung gleich hohen Pulverschicht in Bezug zur Drehachse der Trägereinrichtung vorgesehen, dass die Pulververteiler dazu ausgebildet sind, in radialer Richtung in Bezug zur Achse eine veränderliche Menge an Material in den Aufbaubehälter einzudosieren, vorzugsweise mittels einer nicht zylindrisch ausgebildeten Förderschnecke, die sich in radialer Richtung in Bezug zur Drehachse der Aufbaubehälter erstreckt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine erste Vorrichtung zum generativen Herstellen von Werkstücken bei der Verwendung von vier Aufbaubehältern und vier Pulververteilern,
2 eine vereinfachte Ansicht auf die Vorrichtung in Richtung der Ebene II-II der 1,
3 eine gegenüber den 1 und 2 modifizierte Vorrichtung mit zusätzlichen Verdichtereinrichtungen und Heizeinrichtungen in einer Ansicht entsprechend der 2 und
4 eine nochmals modifizierte Vorrichtung unter Verwendung von vier Aufbaubehältern und zwei Pulververteilern in einer Ansicht entsprechend der 2.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die in den 1 und 2 stark vereinfacht dargestelte Vorrichtung 10 dient dem Herstellen von lediglich in der 1 erkennbaren Werkstücken 1. Bei den Werkstücken 1 handelt es sich insbesondere um metallische Werkstücke 1, wobei es mittels der Vorrichtung 10 möglich ist, sowohl hinsichtlich ihrer Geometrie identische als auch unterschiedlich ausgebildete Werkstücke 1 gleichzeitig herzustellen.
Die Vorrichtung 10 weist eine topfförmige Trägereinrichtung 11 auf, die einen runden Bodenbereich 12 und eine den Bodenbereich 12 begrenzende, radial umlaufende Wand 13 hat. Die Trägereinrichtung 11 ist in einer gegenüber der Umgebung senkrechten Achse 14 mittels eines nicht dargestellten Antriebs vorzugsweise in beide Richtungen drehbar angeordnet.
Innerhalb der Trägereinrichtung 11 sind vier, in Bezug zur Achse 14 in gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnete Trägerplattformen 16 vorgesehen, die während der Herstellung der Werkstücke 1 in Richtung der in der 1 erkennbaren Pfeile 17 parallel zur Achse 14 absenkbar sind. Die Trägerplattformen 16 dienen der Auflage von vier Aufnahmebehältern 21 bis 24. Die Aufbaubehälter 21 bis 24 weisen jeweils einen runden Querschnitt auf und bestehen aus einem Boden 25, der von einer radial umlaufenden Wand 26 begrenzt ist, wobei der Boden 25 mittels der Trägerplattform 16 innerhalb der Wand 26 axial verschiebbar ist. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Aufbaubehälter 21 bis 24 an der Trägereinrichtung 11 austauschbar angeordnet sind.
Die vier Aufbaubehälter 21 bis 24, die jeweils identisch ausgebildet sind, erstrecken sich in Bezug zur Achse 14 radial zwischen einem ersten Teilkreisdurchmesser d₁ und einem zweiten Teilkreisdurchmesser d₂, wobei der (äußere) Teilkreisdurchmesser d₂ zumindest nahezu bündig mit der Innenseite der Wand 13 der Trägereinrichtung 11 angeordnet ist. Die Aufbaubehälter 21 bis 24 sind im Querschnitt jeweils kreisförmig ausgebildet und weisen den gleichen Durchmesser auf.
Die Werkstücke 1 werden innerhalb der Aufbaubehälter 21 bis 24 durch selektives Aufschmelzen jeweils einer obersten Pulverschicht 2 von in dem Aufbaubehälter 21 bis 24 eingebrachtem (metallischem) Pulver mittels eines beispielhaft als Laserstrahl 27 ausgebildeten Bearbeitungsstrahls und anschließendem Erstarren des Pulvers erzeugt. Jedem der Aufbaubehälter 21 bis 24 ist ein separater Laserstrahl 27 zugeordnet, wobei die Laserstrahlen 27 entweder durch eine einzige Laserstrahlquelle 30 und eine entsprechende Optikeinrichtung zum Aufteilen des von der Laserstrahlquelle 30 erzeugten Laserstrahls in die einzelnen Laserstrahlen 27 erzeugt wird, oder aber, entsprechend der Darstellung der 1, durch jeweils eine separate Laserstrahlquelle 30. Der Laserstrahl 27 weist darüber hinaus einen Arbeitsbereich auf, der mit der Querschnittsfläche des Aufbaubehälters 21 bis 24 identisch ist, d. h., dass es mittels des Laserstrahls 27 möglich ist, die komplette, innerhalb des jeweiligen Aufbaubehälters 21 bis 24 befindliche oberste Pulverschicht 2 aufzuschmelzen. Hierzu ist der jeweilige Laserstrahl 27 beispielsweise mittels einer nicht dargestellten optischen Einrichtung innerhalb des Querschnitts des Aufbaubehälters 21 bis 24 beweglich angeordnet.
Jedem der Aufbaubehälter 21 bis 24 ist ein Pulververteiler 31 bis 34 zugeordnet. Die Pulververteiler 31 bis 34 sind rechteck- bzw. leistenförmig ausgebildet und erstrecken sich radial vorzugsweise ebenfalls zumindest zwischen den beiden Teilkreisdurchmessern d₁ und d₂. Weiterhin sind die Pulververteiler 31 bis 34 in Bezug zur Achse 14 ebenfalls in gleichgroßen Winkelabständen, d. h. um jeweils 90° zueinander versetzt, angeordnet. Die Pulververteiler 31 bis 34 werden jeweils über ein in einem radial inneren Bereich angeordnetes, parallel zur Achse 14 verlaufendes Pulverzuführrohr 35 mit dem Material bzw. Pulver beschickt, wobei das Pulverzuführrohr 35 gleichzeitig als Halter bzw. Befestigung für den jeweiligen Pulververteiler 31 bis 34 dient, und wobei der Pulververteiler 31 bis 34 jeweils ortsfest gegenüber der Trägereinrichtung 11 bzw. den Aufbaubehältern 21 bis 24 angeordnet ist. Innerhalb des jeweiligen Pulververteilers 31 bis 34 ist eine in Bezug zur radialen Erstreckung des Pulververteilers 31 bis 34 nichtzylindrisch ausgebildete Förderschnecke 36 für das Pulver angeordnet.
Die Funktionsweise der Vorrichtung 10 wird wie folgt erläutert: In der in den 1 und 2 dargestellten Stellung sind die Pulververteiler 31 bis 34 außer Deckung mit den Aufnahmebehältern 21 bis 24 angeordnet. Gleichzeitig schmelzen die Laserstrahlen 27 selektiv die jeweils oberste Pulverschicht 2 in dem Aufbaubehälter 21 bis 24 zum Ausbildung der obersten Schicht der Werkstücke 1 auf. Ist dies erfolgt, werden die Laserstrahlquellen 30 abgestellt und die Trägerplattformen 16 zusammen mit den Böden 25 der Aufbaubehälter 21 bis 24 um die Höhe der nächsten in die Aufbaubehälter 21 bis 24 einzubringenden Pulverschicht 2 in Richtung der Pfeile 17 abgesenkt. Anschließend wird die Trägereinrichtung 11 zusammen mit den Aufnahmebehältern 21 bis 24 beispielhaft im Gegenuhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 37 gedreht. Dabei gelangen die Aufbaubehälter 21 bis 24 in Wirkverbindung mit den Pulververteilern 31 bis 34, die die jeweils nächste Pulverschicht 2 während der Relativbewegung der Aufbaubehälter 21 bis 24 zu den Pulververteilern 31 bis 34 in den jeweiligen Aufbaubehälter 21 bis 24 einbringen bzw. abgeben.
Anschließend, d. h. nach einem Drehwinkel von 90° gegenüber der letzten Stillstandsphase, gelangen die Aufbaubehälter 21 bis 24 in den Arbeitsbereich des nächsten Laserstrahls 27, welcher daraufhin die gerade in den Aufbaubehälter 21 bis 24 eingebrachte oberste Pulverschicht 2 zur Ausbildung der Werkstücke 1 wiederum selektiv aufschmilzt. Anschließend wiederholen sich die soweit beschriebenen Vorgänge solange, bis die Werkstücke 1 in der Höhe vollständig hergestellt sind. Danach können die Plattformen 16 in eine maximal angehobene Stellung verfahren werden, um die Aufbaubehälter 21 bis 24 zusammen mit den Werkstücken 1 aus der Trägereinrichtung 11 zu entnehmen.
Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 eignet sich darüber hinaus auch dazu, in den Aufbaubehältern 21 bis 24 Werkstücke 1 auszubilden, die aus unterschiedlichen Materialen bestehen, wobei ein in einem der Aufbaubehälter 21 bis 24 gebildetes Werkstück 1 aus einem einzigen Material besteht, oder aber zur Herstellung von Werkstücken 1, deren einzelne Schichten bzw. jeweils oberste Pulverschicht 2 aus unterschiedlichen Materialen bestehen. Im erstgenannten Fall ist vorzugsweise jeweils einer der Aufbaubehälter 21 bis 24 jeweils demselben Pulververteiler 31 bis 34 zugeordnet. Weiterhin ist in jedem der Pulververteiler 31 bis 34 das zur Ausbildung des jeweiligen Werkstücks 1 erforderliche Material bevorratet. Der schichtweise Aufbau der Werkstücke 1 erfolgt dadurch, dass im Gegensatz zur oben beschriebenen Funktionsweise der Vorrichtung 10 nach dem selektiven Schmelzen der jeweils obersten Pulverschicht 2 in einem Aufbaubehälter 21 bis 24 der jeweilige Aufbaubehälter 21 bis 24 mit der Trägereinrichtung 11 um 90° entgegen der ursprünglichen Drehrichtung gedreht wird. Dies ermöglicht es, dass der jeweilige Aufbaubehälter 21 bis 24 jeweils mit Pulver aus demselben Pulververteiler 31 bis 34 bestückt bzw. versorgt wird.
Demgegenüber lassen sich Werkstücke 1 mit Pulverschichten 2 aus unterschiedlichen Materialen in einem Aufbaubehälter 21 bis 24 herstellen, indem die unterschiedlichen Materialen bzw. Pulver in dem entsprechenden Pulververteiler 31 bis 34 bevorratet sind und zum Aufbringen der jeweils obersten Pulverschicht 2 die Aufbaubehälter 21 bis 24 jeweils in Wirkverbindung bzw. in Überdeckung mit dem entsprechenden Pulververteiler 31 bis 34 gebracht wird. Dabei ist die jeweilige Drehrichtung sowie der Drehwinkel der Trägereinrichtung 11 dem in dem jeweiligen Pulververteiler 21 bis 34 bevorrateten Material anzupassen.
Die in der 3 dargestellte Vorrichtung 10a unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 gemäß den 1 und 2 dadurch, dass jedem der Pulververteiler 31 bis 34 zusätzlich eine Verdichtereinrichtung in Form eines Pulververdichter 41 bis 44 sowie eine Heizeinrichtung 51 bis 54 zugeordnet ist. Der Pulververdichter 41 bis 44 ist als eine um eine Achse 45 drehbar gelagerte Verdichterwalze ausgebildet, wobei die Achse 45 senkrecht zur Achse 14 verläuft. Weiterhin schließt sich der Pulververdichter 41 bis 44 in Drehrichtung der Trägereinrichtung 11 betrachtet jeweils an den Pulververteiler 31 bis 34 an. Ergänzend wird erwähnt, dass der auf die oberste Pulverschicht 2 einwirkende Pulververdichter 41 bis 44 zusätzlich in einer senkrecht zur Zeichenebene der 3 verlaufenden Richtung höhenverstellbar angeordnet sein kann, um den Verdichtungsgrad des Materials bzw. der obersten Pulverschicht 2 einstellen zu können. Der Pulververdichter 41 bis 44 erstreckt sich in radialer Richtung ebenfalls zwischen den beiden Teilkreisdurchmessern d₁ und d₂ und ist radial zur Achse 14 ausgerichtet. Wesentlich ist auch, dass zum Aufschmelzen des Materials durch die Bearbeitungsstrahlen 27 entsprechend der Darstellung der 3 die Pulververteiler 31 bis 34, die Pulververdichter 41 bis 44 sowie die Heizeinrichtungen 51 bis 54 in zwischen den Aufbaubehältern 21 bis 24 ausgebildete Zwischenräume 57 angeordnet sind, so dass die Querschnitte der Aufbaubehälter 21 bis 24 für die Bearbeitungsstrahlen 27 vollständig zugänglich sind.
Die auf der dem Pulververteiler 31 bis 34 gegenüberliegenden Seite des Pulververdichters 41 bis 44 angeordnete Heizeinrichtung 51 bis 54 ist entsprechend der Darstellung der 3 beispielsweise als Wärmestrahler 55 ausgebildet, der eine rechteckförmige Abstrahlfläche aufweist. Auch der Wärmestrahler 55 erstreckt sich zwischen den beiden Teilkreisdurchmessern d₁ und d₂ und ist vorzugsweise in geringem Abstand oberhalb der obersten Pulverschicht 2 angeordnet. Der jeweilige Pulververteiler 31 bis 34, der Pulververdichter 41 bis 44 sowie die Heizeinrichtung 51 bis 54 sind jeweils ortsfest zueinander angeordnet, derart, dass entsprechend der Darstellung der 3 in einer Stellung der Trägereinrichtung 11 während des Herstellens der Werkstücke 1 durch die Laserstrahlen 27 die Pulververteiler 31 bis 34, die Pulververdichter 41 bis 44 sowie die Heizeinrichtungen 51 bis 54 außer Deckung mit den Aufbaubehältern 21 bis 24 bzw. zwischen den Aufbaubehältern 21 bis 24 angeordnet sind.
Zuletzt ist in der 4 eine Vorrichtung 10b dargestellt, die sich von der Vorrichtung 10 gemäß der 1 und 2 dadurch unterscheidet, dass lediglich zwei Pulververteiler 61, 62 vorgesehen sind, die in Bezug zur Achse 14 um 180° zueinander versetzt angeordnet sind. Die Vorrichtung 10b ermöglicht, während einer Drehung der Trägereinrichtung 11b in Richtung des Pfeils 37, dass beispielsweise während des Befüllens der beiden Aufbaubehälter 22 und 24 mit Pulver durch die Pulververteiler 61 und 62 simultan, d. h. heißt gleichzeitig in den beiden anderen Aufbaubehältern 21 und 23 mittels der nicht dargestellten Laserstrahlen 27 das in den Aufbaubehältern 21 und 23 befindliche Material bzw. die oberste Pulverschicht 2 selektiv aufgeschmolzen wird. Die Vorrichtung 10b ermöglicht somit das gleichzeitige selektive Aufschmelzen von Material in den beiden Aufbaubehältern 21 bis 23, während gleichzeitig die beiden anderen Aufbaubehälter 22 bis 24 mit der nächsten Pulverschicht 2 beschickt werden.
Ergänzend wird erwähnt, dass die soweit beschriebenen Vorrichtungen 10, 10a und 10b in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere auch denkbar, die Vorrichtung 10b mit entsprechenden Pulververdichtern 41 bis 44 bzw. Heizeinrichtungen 51 bis 54 entsprechend der Vorrichtung 10a auszustatten. Weiterhin ist die Form der Aufbaubehälter 21 bis 24 nicht auch im Querschnitt runde Aufbaubehälter 21 bis 24 beschränkt. Vielmehr kann die Form der Aufbaubehälter 21 bis 24 entsprechend ihrer Anordnung in der Trägereinrichtung 11, 11b so gestaltet sein, dass auch bei einer in radialer Richtung betrachtet gleichmäßigen Ausbringung von Pulver mittels eines Pulververteilers 31 bis 34 eine gleichmäßige Schichtdicke der jeweils obersten Pulverschicht 2 erzielbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013210242 A1 [0002, 0008]

Claims

Vorrichtung (10; 10a; 10b) zum generativen Herstellen von Werkstücken (1), mit einer Trägereinrichtung (11; 11b), die in einer senkrechten Achse (14) drehbar gelagert ist, mit wenigstens einem Aufbaubehälter (21 bis 24) für pulverförmiges Material, wobei ein Werkstück (1) innerhalb des wenigstens einen Aufbaubehälters (21 bis 24) mittels eines Bearbeitungsstrahls (27) durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren einer jeweils obersten Pulverschicht (2) erzeugbar ist, und mit wenigstens einem Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) für den wenigstens einen Aufbaubehälter (21 bis 24), wobei der wenigstens eine Aufbaubehälter (21 bis 24) und der wenigstens eine Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) zum Einbringen der obersten Pulverschicht (2) in Richtung der Achse (14) verstellbar zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) und wenigstens zwei Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) halb so groß ist wie die Anzahl der Aufbaubehälter (31 bis 34).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) gleich groß ist wie die Anzahl der Aufbaubehälter (21 bis 24).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) und die wenigstens zwei Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) in jeweils gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) unabhängig voneinander heb- und senkbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) und wenigstens zwei Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) in Bezug zur Achse (14) radial zwischen zwei Teilkreisdurchmessern (d₁, d₂) erstrecken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) austauschbar an der Trägereinrichtung (11; 11b) angeordnet und jeweils im Querschnitt kreisförmig mit demselben Durchmesser ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) um die Achse (14) drehbar und zu den Pulververteilern (31 bis 34; 61, 62) in der Achse (14) höhenverstellbar angeordnet sind, und dass jedem Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) eine Verdichtereinrichtung (41 bis 44) zugeordnet ist, die sich in Drehrichtung der wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) betrachtetan die Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) anschließt und in Bezug zur Drehachse (14) zusammen mit den Pulververteilern (31 bis 34; 61, 62) starr angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) eine Heizeinrichtung (51 bis 54) zugeordnet ist, die sich in Bezug zur Drehrichtung der wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) an den Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) anschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) sowie ggf. die Verdichtereinrichtungen (41 bis 44) und die Heizeinrichtungen (51 bis 54) bei der Drehung der Trägereinrichtung (11; 11b) um die Achse (14) in zwischen den wenigstens zwei Aufbaubehältern (21 bis 24) ausgebildete, den Querschnitt der wenigstens zwei Aufbaubehälter (21 bis 24) für die Bearbeitungsstrahlen (27) freigebende Zwischenräume (57) positionierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) sowie ggf. die Verdichtereinrichtungen (41 bis 44) und die Heizeinrichtungen (51 bis 54) in radialer Richtung von der Achse (14) erstrecken und im Querschnitt betrachtet zumindest im Wesentlichen jeweils leisten- bzw. rechteckförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Aufbaubehälter (21 bis 24) ein Bearbeitungsstrahl (27) zum selektiven Aufschmelzen des Materials zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) dazu ausgebildet sind, in radialer Richtung in Bezug zur Achse (14) eine veränderliche Menge an Material in den Aufbaubehälter (21 bis 24) einzudosieren, vorzugsweise mittels einer nicht nichtzylindrisch ausgebildeten Förderschnecke (36), die ich in radialer Richtung in Bezug zur Achse (14) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulververteiler (31 bis 34; 61, 62) dazu ausgebildet sind, unterschiedliche Materialien in die Aufbaubehälter (21 bis 24) zu dosieren, und dass die Drehrichtung der Aufbaubehälter (21 bis 24) umkehrbar ist.