DE102017118065A1 - Generative manufacturing plant and process for the production of components by means of this generative manufacturing plant - Google Patents

Generative manufacturing plant and process for the production of components by means of this generative manufacturing plant Download PDF

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Abstract

Generative Fertigungsanlage, umfassend eine Fertigungskammer (1) mit einer Wandung (2) um ein Volumen (3), mindestens ein in die Wandung (2) eingesetztes Schleusenelement (4), wobei das Schleusenelement eine Öffnung (5) mit mindestens einem in diese mündenden Spülgas-Kanal (6) mit jeweils mindestens einem Einlass (7) und einem Auslass (8), aufweist, ein in die Öffnung des Schleusenelements mit mindestens einer positionierbaren umlaufenden Dichtung (9) dichtend und gleitend eingesetzter Kolben (10), der einen zum Volumen gerichteten Kolbenboden (11) mit einem Randbereich (12) sowie einen zur Dichtung im Schleusenelement gerichteten Kolbenmantel (13) aufweist, eine Kolbenvorschubeinrichtung (14) außerhalb des Volumens für den Kolben in der Öffnung des Schleusenelements, eine auf dem Schleusenelement um die Öffnung vorgesehene und zum Volumen weisende Dichtfläche (15), auf der mindestens ein verschiebbarer Riegel (16) aufliegt, mindestens eine ausrichtbare Zuführung (17) von physikalischen und/oder chemischen Prozessmitteln (18).

Figure DE102017118065A1_0000
Generative production plant, comprising a production chamber (1) with a wall (2) around a volume (3), at least one sluice element (4) inserted into the wall (2), the sluice element having an opening (5) with at least one opening into it Purging gas channel (6), each having at least one inlet (7) and an outlet (8), a, in the opening of the lock element with at least one positionable circumferential seal (9) sealingly and slidably inserted piston (10) having a Volume-directed piston head (11) having an edge region (12) and a seal in the lock element directed piston skirt (13), a piston feed device (14) outside the volume for the piston in the opening of the lock element, one provided on the lock element around the opening and to the volume-facing sealing surface (15) on which rests at least one displaceable latch (16), at least one alignable feed (17) of phy physical and / or chemical processing agents (18).
Figure DE102017118065A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine generative Fertigungsanlage gemäß dem ersten Patentanspruch, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels dieser generativen Fertigungsanlage, gemäß Patentanspruch 21.The invention relates to a generative manufacturing plant according to the first claim, and a method for the production of components by means of this generative manufacturing plant, according to claim 21.

Der Anwendungsbereich, in dem die Erfindung eingesetzt werden soll, ist die generative Fertigung von Bauteilen, d.h. die automatisierte Fertigung von Bauteilen durch ein sukzessives Aneinanderfügen von Volumenelementen zu einer fertigen Geometrie, wie beispielsweise dem schichtweisen Aufbau eines Bauteils aus nachfolgend aufeinander aufgebrachten Einzelschichten.The scope in which the invention is intended to be used is the additive manufacture of components, i. the automated production of components by a successive joining together of volume elements to a finished geometry, such as the layered structure of a component from successively applied individual layers.

Ein generativer Fertigungsvorgang basiert auf rechnergestützten Konstruktionsdaten, die über eine elektronische Schnittstelle an die generative Fertigungsanlage übertragen werden. Während des Fertigungsvorgangs erfolgt der generative Aufbau des Bauteils in einer von der Umgebung abtrennbaren Fertigungskammer mittels physikalischer oder chemischer Prozesse aus einem Ausgangsmaterial, das beispielsweise als Flüssigkeit, Draht oder als Pulver vorliegt.A generative manufacturing process is based on computer-aided design data, which is transmitted via an electronic interface to the generative manufacturing plant. During the manufacturing process, the generative structure of the component is carried out in a manufacturing chamber separable from the environment by means of physical or chemical processes from a starting material, which is present for example as a liquid, wire or powder.

Detaillierte Beschreibungen gängiger generativer Fertigungsverfahren sowie der zugrundeliegenden physikalischen und chemischen Prozesse finden sich in [1, 2].Detailed descriptions of common generative manufacturing processes as well as the underlying physical and chemical processes can be found in [1, 2].

Stand der TechnikState of the art

Aus [3] ist ein generatives Fertigungsverfahren bekannt, das auf selektivem Laser-Schmelzen oder selektivem Laser-Sintern beruht. Der schichtweise Aufbau des zu fertigenden Bauteils erfolgt auf einer vertikal bewegbaren Trägerplattform, die sich neben einem Pulverbett befindet. Aus diesem Pulverbett wird Sinter-Material bereitgestellt und schichtweise auf die Trägerplattform aufgebracht. Mit einem Laser- oder Elektronenstahl wird das aus dem Pulverbett aufgebrachte Sinter-Material lokal über eine definierte Sintertemperatur erhöht und die erste Lage des Bauteils hergestellt. Für den weiteren schichtweisen Aufbau des Bauteils werden die offenbarten Fertigungsschritte sukzessive wiederholt.From [3] a generative manufacturing process is known, which is based on selective laser melting or selective laser sintering. The layered structure of the component to be manufactured takes place on a vertically movable carrier platform, which is located next to a powder bed. From this powder bed sintered material is provided and applied in layers on the support platform. With a laser or electron beam, the sintered material applied from the powder bed is raised locally above a defined sintering temperature and the first layer of the component is produced. For the further layered construction of the component, the disclosed manufacturing steps are repeated successively.

Ein weiteres generatives Fertigungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in [4] offenbart. Das beschriebene Fertigungsverfahren beruht auf einer 3D-Metalldruckmethode. Dabei wird das zu fertigende Bauteil stückweise aus Metalldraht aufgebaut. Neu gefertigte Bereiche des Bauteils werden durch Wärmeeinwirkung mit bereits gefertigten Bereichen verbunden. Eine vorzugsweise Ausführung der offenbarten Vorrichtung weist eine Trägerplattform auf, auf der das Bauteil gefertigt wird, sowie einen Auftragskopf, durch den der Metalldraht bereitgestellt wird. Während der sukzessiven Fertigung des Bauteils wird die Trägerplattform innerhalb einer Fertigungskammer relativ zu dem Auftragskopf bewegt.Another generative manufacturing method and apparatus for carrying out this method are disclosed in [4]. The manufacturing method described is based on a 3D metal printing method. The component to be manufactured is piecewise constructed from metal wire. Newly manufactured areas of the component are connected by heat to already manufactured areas. A preferred embodiment of the disclosed apparatus comprises a support platform on which the component is manufactured, and an applicator head through which the metal wire is provided. During the step-by-step manufacture of the component, the support platform is moved within a manufacturing chamber relative to the applicator head.

Eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch das Verfestigen von aufeinanderfolgenden Schichten eines Ausgangsmaterials ist in [6] offenbart. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, das aus einem Bauraum und einer Entnahmestation besteht. Im Bauraum wird auf einem höhenverstellbaren Objektträger das Ausgangsmaterial durch eine Aufbringvorrichtung schichtweise aufgebracht und durch eine Bestrahlungseinrichtung entsprechend der Geometrie des zu fertigenden Objekts verfestigt. Im Anschluss wird der Bauraum über ein Schienensystem in die Entnahmestation verfahren, wo das generative hergestellte Objekt über eine Öffnung entnommen wird.An apparatus for producing three-dimensional objects by solidifying successive layers of a starting material is disclosed in [6]. The device has a housing which consists of a construction space and a removal station. In the installation space, the starting material is applied in layers on a height-adjustable slide by an applicator and solidified by an irradiation device according to the geometry of the object to be manufactured. Subsequently, the space is moved via a rail system in the removal station, where the generative manufactured object is removed through an opening.

[7] offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Bauteilen aus Schüttmaterial mit Hilfe einer Schichtbaumethode. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Behältnis für eine Schüttung aus einem Schüttmittel auf, sowie ein Gliederband, das das Schüttmittel horizontal durch einen Tunnel bewegt. Der Tunnel bildet eine dichtende Einheit mit dem Behältnis und der Schüttung. Durch einen Laser wird das Schüttmaterial auf einem Baufeld am Eingang des Tunnels in der gewünschten Geometrie verfestigt und mit Hilfe des Gliederbandes durch die Schüttung hindurch zum Ausgang des Tunnels transportiert, wo die Entnahme erfolgt. Prinzipiell erfolgt die generative Fertigung eines Bauteils in den im Stand der Technik genannten Verfahren sowie in den dort offenbarten Vorrichtungen auf einer Trägerplattform oder einem Baufeld innerhalb einer abgeschlossenen Fertigungskammer der generativen Fertigungsanlage.[7] discloses a method and an apparatus for the continuous production of components from bulk material by means of a layering method. The device according to the invention has a container for a bed of a bulk material, as well as a link belt, which moves the bulk material horizontally through a tunnel. The tunnel forms a sealing unit with the container and the bed. By means of a laser, the bulk material is solidified on a construction field at the entrance of the tunnel in the desired geometry and transported by means of the link belt through the bed to the exit of the tunnel, where the removal takes place. In principle, the generative production of a component takes place in the methods mentioned in the prior art as well as in the devices disclosed therein on a carrier platform or a construction field within a closed production chamber of the generative manufacturing plant.

Der Abstand zwischen der Trägerplattform innerhalb der abgeschlossenen Fertigungskammer und den Einheiten, die das Ausgangsmaterial bereitstellen, oder die für die Umformung des Ausgangsmaterials sorgen, wird, bedingt durch den Fertigungsprozess, in dem Maße vergrößert, in dem die Höhe des Bauteils zunimmt.The distance between the support platform within the finished manufacturing chamber and the units that provide the starting material or that provide for the transformation of the starting material is increased, as a result of the manufacturing process, to the extent that the height of the component increases.

Dadurch wird gewährleitet, dass z.B. die relativen Abstände zwischen der neusten generativ herzustellenden Schicht und den Einheiten, die das Ausgangsmaterial bereitstellen oder die für die bzw. Umwandlung des Ausgangsmaterials sorgen, beibehalten werden.This ensures that e.g. maintain the relative distances between the newest generatively prepared layer and the units that provide the starting material or that provide for the conversion of the starting material.

Der generative Fertigungsvorgang findet, insbesondere bei der Metallverarbeitung, entkoppelt von der Umgebungsatmosphäre unter einer inerten Atmosphäre statt, die an den für die Fertigung verwendeten physikalischen oder chemischen Prozess angepasst ist. Weiterhin wird dadurch verhindert, dass gesundheitsgefährdende Stoffe, z.B. Stäube, während dem generativen Fertigungsprozess aus der Fertigungskammer austreten.The generative manufacturing process takes place, in particular in the metal processing, decoupled from the ambient atmosphere under an inert atmosphere, which takes place at the for the production used physical or chemical process is adjusted. Furthermore, this prevents hazardous substances, such as dusts, from escaping from the production chamber during the additive manufacturing process.

Die Abmessungen der mit herkömmlichen generativen Fertigungsanlagen hergestellten Bauteile sind dadurch auf die Geometrie der abgeschlossenen Fertigungskammer beschränkt.The dimensions of the components manufactured with conventional generative manufacturing equipment are thereby limited to the geometry of the finished production chamber.

Technische AufgabeTechnical task

Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur generativen Fertigung vorzuschlagen, die die oben genannten Einschränkungen überwindet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels dieser Anlage vorzuschlagen, das die oben genannten Einschränkungen überwindet.Based on this, it is an object of the invention to propose a plant for additive manufacturing, which overcomes the above limitations. Furthermore, it is an object of the invention to propose a method for producing a component by means of this plant, which overcomes the above-mentioned limitations.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe wird durch eine generative Fertigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und durch ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels dieser generativen Fertigungsanlage nach Anspruch 21 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The object is achieved by a generative manufacturing plant with the features of claim 1, and by a method for producing components by means of this generative manufacturing plant according to claim 21. The subclaims each describe advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße generative Fertigungsanlage umfasst eine Fertigungskammer mit einer Wandung um ein Volumen. In der Fertigungskammer sind physikalische und chemische Prozessmittel, die für die generative Fertigung mindestens eines, vorzugsweise nur eines Bauteils sowie optional weiterer Komponenten, die gemeinsam mit dem Bauteil oder der Bauteile generativ hergestellt werden, geeignet sind, bereitgestellt. Die genannten weiteren Komponenten sind entweder Stützstrukturen oder auch andere die Fertigung in der generativen Fertigungsanlage unterstützenden Strukturen wie z.B. nachfolgend genannten Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer oder einer Abschlusskappe um ein Bauteil.The generative manufacturing plant according to the invention comprises a production chamber with a wall around a volume. In the production chamber are physical and chemical processing means, which are suitable for the generative production of at least one, preferably only one component and optionally other components that are generatively produced together with the component or components, provided. The said further components are either support structures or other structures supporting production in the generative manufacturing plant, such as e.g. hereinafter referred to means for sealing the production chamber or an end cap to a component.

Die genannten physikalischen und chemischen Prozessmittel umfassen insbesondere Ausgangsmaterialien, aus denen das Bauteil und/oder die vorgenannten Komponenten wie z.B. Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer auf dem Kolbenboden aufgebaut werden. Zu diesen Ausgangsmaterialien gehören vorzugsweise Metall, Keramiken oder Kunststoffe. Diese Ausgangsmaterialien liegen vorzugsweise als Pulver (Partikel) oder Draht vor.The said physical and chemical processing means comprise in particular starting materials from which the component and / or the aforementioned components, such as e.g. Means are built to seal the production chamber on the piston head. These starting materials preferably include metal, ceramics or plastics. These starting materials are preferably present as powder (particles) or wire.

Zu den physikalischen und chemischen Prozessmitteln, die innerhalb der Fertigungskammer bereitgestellt sind, gehören weiterhin Mittel zur Energiebereitstellung, mit deren Hilfe das generativ zu fertigende Bauteil oder optional die vorgenannten Komponenten aus den Ausgangsmaterialien erzeugt werden. Diese Mittel zur Energiebereitstellung sind vorzugsweise Vorrichtungen, vorzugsweise zur Erzeugung von Lichtbögen, Laser, Elektronenstrahlen und/oder beschleunige Partikeln in einer Gasströmung. Hierzu zählen auch optionale abtragende, vorzugsweise spangebende Fertigungsmittel wie insbesondere Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen Stoßmaschinen und/oder Erodiermaschinen, die im Volumen angeordnet sind und eine Bearbeitung des Bauteils während seiner generativen Herstellung (z.B. zwischen zwei Verfahrensschritten) oder in Kombination z.B. in sich abwechselnden Prozessschritten bereits vor der Fertigstellung erlauben.The physical and chemical process means provided within the production chamber further include means for providing energy, by means of which the component to be produced generatively or optionally the aforementioned components are produced from the starting materials. These means for supplying energy are preferably devices, preferably for generating arcs, lasers, electron beams and / or accelerated particles in a gas flow. These include optional abrading, preferably machining, machining means such as, in particular, milling machines, lathes, drills, grinders, impactors and / or erosion machines, arranged in bulk and processing the component during its generative production (e.g., between two process steps) or in combination e.g. in alternating process steps already allow before completion.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage umfasst ein Schleusenelement, das in der Wandung der Fertigungskammer, beispielsweise in einen Wandungsdurchbruch eingesetzt ist. Dieses Schleusenelement weist eine Öffnung von einer Umgebung um die Fertigungskammer in das Volumen der Fertigungskammer auf. Die Öffnung ist somit eine beidseitig offene Bohrung durch das Schleusenelement zwischen dem Volumen und der Umgebungsatmosphäre außerhalb des durch die Wandung abgeschlossenen Volumens. Das Schleusenelement bewirkt die grundsätzliche Zugangsmöglichkeit in die Fertigungskammer und dient als Aufnahme für den dichtend und gleitend eingesetzten Kolben, auf dessen Kolbenboden die generative Fertigung eines Bauteils erfolgt. Die Öffnung mündet vorzugsweise von unten nach oben in das Volumen aus.An essential feature of the generative manufacturing plant according to the invention comprises a lock element, which is used in the wall of the production chamber, for example in a wall breakthrough. This lock element has an opening from an environment around the production chamber into the volume of the production chamber. The opening is thus a bore open on both sides through the lock element between the volume and the ambient atmosphere outside the volume closed off by the wall. The lock element effects the basic accessibility into the production chamber and serves as a receptacle for the sealingly and slidably inserted piston, on the piston crown of which the generative production of a component takes place. The opening preferably opens from bottom to top in the volume.

Die generative Fertigungsanlage umfasst weiterhin einen Kolben, der in die Öffnung des Schleusenelements vorzugsweise mit mindestens einer positionierbaren umlaufenden Dichtung dichtend und zumindest axial in der Öffnung gleitend eingesetzt ist. Die Öffnung, d.h. die Bohrung durch das Schleusenelement dient dabei als Kolbenführung oder als Unterstützung der Führung des Kolbens durch die darunter liegenden Kolbenvorschubeinrichtung. Der Kolben ist in der Öffnung axial verschiebbar. Diese axiale Verschieberichtung bildet die Kolbenvorschubrichtung und damit die Entnahmerichtung für den Kolben aus der Öffnung. Die Verschieberichtung ist vorzugsweise geradlinig, d.h. sie folgt einer Geraden, vorzugsweise die Richtung einer geradlinigen Symmetrielinie für den Kolben und die Öffnung.The generative manufacturing plant further comprises a piston, which is sealingly inserted into the opening of the lock element preferably with at least one positionable circumferential seal and at least axially in the opening slidably. The opening, i. the hole through the lock element serves as a piston guide or to support the leadership of the piston through the underlying piston feed device. The piston is axially displaceable in the opening. This axial displacement direction forms the piston feed direction and thus the removal direction for the piston from the opening. The direction of displacement is preferably rectilinear, i. it follows a straight line, preferably the direction of a straight line of symmetry for the piston and the opening.

Ferner ist eine Aufbaurichtung für die generative Fertigung vorgesehen. Als Aufbaurichtung wird die Richtung bezeichnet, in dem der schichtweise Aufbau des Bauteils auf dem Kolbenboden stattfindet. Sie entspricht vorzugweise, aber nicht zwingend der vorgenannten Verschieberichtung des Kolbens. Ausgestaltungen sehen ausdrücklich eine Aufbaurichtung in einem Winkel ungleich 0° vorzugsweise zwischen 0 und 60° vor. In jeden Fall sind Vorschübe in der Aufbaurichtung aber indirekt über die Verschieberichtung realisierbar, wobei die Vorschübe in Aufbaurichtung vektoriell durch Richtungsvektoren in Verschieberichtung beschrieben werden müssten. Dies ist nur dann möglich, wenn der vorgenannte Winkel ungleich 90°, vorzugsweise kleiner 80°, 70° oder 60° sind.Furthermore, a construction direction for the generative production is provided. As a construction direction, the direction is referred to, in which the layered structure of the component takes place on the piston crown. It corresponds preferably, but not mandatory the aforementioned displacement direction of the piston. Embodiments explicitly provide a construction direction at an angle not equal to 0 °, preferably between 0 and 60 °. In any case, feeds in the construction direction but indirectly via the displacement direction can be realized, the feeds would have to be described vectorially in the assembly direction by directional vectors in the direction of displacement. This is only possible if the aforementioned angle is not equal to 90 °, preferably less than 80 °, 70 ° or 60 °.

Der Querschnitt der Öffnung und des Kolbens ist abgesehen von eines für eine Gleitführung erforderlichen Spiels identisch, vorzugsweise rund, elliptisch, oval, wobei die vorgenannte Verschieberichtung mit einer Symmetrielinie für den Kolben und die Öffnung zusammenfällt. Jedoch ermöglicht nur ein runder Querschnitt neben der axialen Verschiebbarkeit auch um die Symmetrielinie gerichtete rotatorische Relativbewegungen zwischen Kolben und Öffnung. Daher eignet sich ein runder Querschnitt insbesondere für die generative Fertigung von um die Symmetrielinie rotationssymmetrische Bauteile, wobei die generative Aufbaurichtung dabei vorzugsweise der Verschieberichtung entspricht. Weitere Ausgestaltungen sehen polygonale, vorzugsweise viereckige Querschnitte mit oder ohne gerundete Ecken vor. Auch diese Querschnitte eignen sich für eine axiale Verschieberichtung ohne einer Verdrehung des Kolbens in der Öffnung.The cross section of the opening and the piston is identical except for a clearance required for a sliding guide, preferably round, elliptical, oval, wherein the aforementioned displacement direction coincides with a line of symmetry for the piston and the opening. However, only a round cross section in addition to the axial displaceability also allows rotational relative movements between the piston and the opening directed around the symmetry line. Therefore, a round cross section is particularly suitable for the generative production of rotationally symmetrical about the symmetry line components, the generative construction direction preferably corresponds to the direction of displacement. Further embodiments provide polygonal, preferably quadrangular cross sections with or without rounded corners. These cross sections are suitable for an axial displacement direction without a rotation of the piston in the opening.

Der Kolben weist ferner einen zum Volumen weisenden Kolbenboden auf, auf den das Bauteil in der Fertigungsanlage generativ über mindestens eine Schicht aufbaubar ist. Der Kolbenboden umfasst einem Randbereich. Der Kolben weist weiterhin eine umlaufende Kolbenmantelfläche als Reibfläche zur Öffnungsinnenfläche auf, d.h. die Kolbenmantelfläche ist zum Schleusenelement hin gerichtet.The piston also has a volume-facing piston crown, onto which the component in the manufacturing plant can be built up generatively via at least one layer. The piston crown comprises an edge region. The piston further comprises a circumferential piston skirt surface as a friction surface to the inner opening surface, i. the piston skirt surface is directed towards the lock element.

Für eine generative Fertigung mit Pulverbettverfahren (Pulver, insbesondere ohne Bindemittel als Ausgangsmaterialien) ist die Wirkungsrichtung der Schwerkraft im Zusammenspiel mit der Anordnung der Fertigungsrichtung (Aufbaurichtung) generell ausschlaggebend. In diesem Fall ist Kolbenboden dem Volumen nach oben hin zugewandt und liegt vorzugsweise horizontal, die Aufbaurichtung vorzugsweise orthogonal zu dem Kolbenboden. Bei generativen Fertigungsverfahren mit geringfügigem Einfluss der Wirkungsrichtung der Schwerkraft auf die Prozessmittel während der Verarbeitung wie zum Beispiel Pulverauftragsverfahren (Partikel innerhalb einer beschleunigten Gasströmung) kann der Kolbenboden in einem Winkel zur Horizontalen angeordnet werden, auch Ausführungen mit vertikaler Ausrichtung des Kolbenbodens sind möglich. Grundsätzlich ist alternativ auch eine horizontale oder zur horizontalen abgewinkelte Anordnung des Kolbenbodens möglich wobei der Kolbenboden nach unten bzw. schräg nach unten weist und die Entnahme von Bauteil inklusive Hülle nach oben bzw. schräg nach oben erfolgt.For generative production with powder bed processes (powders, in particular without binders as starting materials), the mode of action of gravity in conjunction with the arrangement of the production direction (construction direction) is generally decisive. In this case, the piston head is facing the volume upwards and is preferably horizontal, the construction direction preferably orthogonal to the piston head. In generative manufacturing processes with slight influence of the direction of gravity to the processing means during processing such as powder application method (particles within an accelerated gas flow), the piston crown can be arranged at an angle to the horizontal, also embodiments with vertical alignment of the piston crown are possible. In principle, a horizontal or horizontal angled arrangement of the piston crown is alternatively possible with the piston head downwards or obliquely downwards and the removal of the component including the shell upwards or obliquely upward.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung, insbesondere bei einer Verarbeitung von partikelförmigen Ausgangsstoffen als physikalischen und chemischen Prozessmittel ist der Kolbenboden vorzugsweise in einem Kippwinkel kleiner 90°, weiter bevorzugt kleiner 60°, weiter bevorzugt kleiner 45° zur Horizontalen, weiter bevorzugt horizontal angeordnet. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere dann, wenn die Entnahmerichtung nicht mit der Kolbenvorschubrichtung übereinstimmt .Within the scope of a preferred embodiment, in particular when processing particulate starting materials as physical and chemical processing agents, the piston crown is preferably arranged at a tilt angle of less than 90 °, more preferably less than 60 °, more preferably less than 45 ° to the horizontal, further preferably horizontal. This embodiment is particularly suitable if the removal direction does not coincide with the piston feed direction.

Der Kolben ist in der Öffnung des Schleusenelements axial bewegbar. Dies ermöglicht eine bevorzugt schrittweise Relativbewegung des Kolbenbodens gegenüber seiner Ausgangsposition in der Fertigungskammer zu Beginn der generativen Fertigung, in dem Maße, in dem die Abmessung in Fertigingsrichtung (Aufbaurichtung) des auf dem Kolbenboden gefertigten Bauteils zunimmt. Aufgrund dessen erfolgt die Fertigung des neusten Volumenelements des Bauteils immer auf gleicher Höhe, so dass die Ausrichtung der Zuführung der physikalischen und/oder chemischen Prozessmittel nicht angepasst werden mussThe piston is axially movable in the opening of the lock element. This allows a preferably stepwise relative movement of the piston crown relative to its starting position in the production chamber at the beginning of the generative production, to the extent that the dimension in the finishing direction (construction direction) of the component produced on the piston crown increases. Due to this, the production of the newest volume element of the component always takes place at the same level, so that the orientation of the supply of the physical and / or chemical process agents need not be adjusted

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage ist die Kolbenvorschubeinrichtung für den Kolben, die vorzugsweise außerhalb des Volumens der Fertigungskammer angeordnet ist. Die Kolbenvorschubeinrichtung sorgt, vorzugsweise durch eine Regelung, für das sukzessive Verfahren des Kolbens in der Öffnung der Fertigungskammer vom Volumen der Fertigungskammer weg, in dem Maße, in dem die Höhe des auf dem Kolbenboden gefertigten Bauteils zunimmt. Die Kolbenvorschubeinrichtung dient auch der Führung des Kolbens sowie Bauteiles aus der Schleuse.Another feature of the generative manufacturing plant according to the invention is the piston feed device for the piston, which is preferably arranged outside the volume of the production chamber. The piston feed device provides, preferably by a control, for the successive movement of the piston in the opening of the production chamber away from the volume of the production chamber, to the extent that the height of the component produced on the piston crown increases. The piston feed device also serves to guide the piston and component from the lock.

Die Kolbenvorschubeinrichtung dient während eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils aus einer Vielzahl von generativ erstellten Schichten vorzugsweise der sukzessiv in Verfahrschritten um eine Verschiebung des Kolbens in der Öffnung des Schleusenelements vorzugsweise in axialer Richtung. Ein Verfahrschritt entspricht dabei vorzugsweise der Höhe einer generativ gefertigten Schicht des Bauteils. During a method for producing a component from a plurality of generatively created layers, the piston feed device preferably serves successively in traversing steps for a displacement of the piston in the opening of the lock element, preferably in the axial direction. A movement step preferably corresponds to the height of a generatively manufactured layer of the component.

Ein weiteres Merkmal der generativen Fertigungsanlage ist die auf dem Schleusenelement vorgesehene Dichtfläche, die zum Volumen der Fertigungskammer zeigt, sowie mindestens ein darauf verschiebbarer Riegel. Die Dichtfläche ist um die Öffnung herum angeordnet und umgibt diese vorzugsweise unterbrechungslos vollständig. Der verschiebbare Riegel liegt vorzugsweise flächig und damit abdichtend auf der Dichtfläche. Riegel und Dichtfläche sind vorzugsweise eben ausgestaltet und liegen dabei plan aufeinander. Die Verschiebbarkeit des Riegels erfolgt vorzugsweise manuell oder motorisch zwischen zwei Ruhepositionen. In einer ersten Ruheposition überdeckt der Riegel auf der Dichtfläche die Öffnung vollständig. Die Öffnung ist dabei fluidisch dichtend vom Volumen getrennt, d.h. vollständig verschlossen. In einer zweiten Ruheposition ist der Riegel vollständig von der Öffnung weggeschoben; die Öffnung ist zum Volumen hin vollständig offen. Der Riegel bewirkt, dass das Volumen der Fertigungskammer der generativen Fertigungsanlage von der Umgebung an und/oder abkoppelbar ist. Dadurch ist zum einen die Prozessatmosphäre unabhängig einstellbar von einer Umgebung außerhalb der Fertigungskammer. Zum anderen wird beispielsweise eine Fertigung von Bauteilen beliebiger Länge möglich, ohne dass Veränderungen der Prozessatmosphäre anfallen. Ein Verschieben des Riegels über die Öffnung des Schleusenelements (erste Ruheposition) ermöglicht die Entnahme des gefertigten Bauteils ohne Beeinflussung der Prozessatmosphäre im Volumen der Fertigungskammer. Weiterhin wird eine Serienfertigung von Bauteilen vorzugsweise beliebiger Länge möglich, ohne dass Veränderungen der Prozessatmosphäre anfallen. Ein Verschieben des Riegels über die Öffnung des Schleusenelements ermöglicht die Entnahme des gefertigten Bauteils ohne Beeinflussung der Prozessatmosphäre im Volumen der Fertigungskammer, bevor mit der Fertigung des nächsten Bauteils begonnen wird.Another feature of the generative manufacturing plant is provided on the lock element sealing surface, which points to the volume of the production chamber, as well as at least one slidable bar. The sealing surface is arranged around the opening and preferably completely surrounds it without interruption. Of the slidable latch is preferably flat and thus sealing on the sealing surface. Latch and sealing surface are preferably configured just flat and lie flat on each other. The displaceability of the bolt is preferably carried out manually or by motor between two rest positions. In a first rest position, the bolt on the sealing surface completely covers the opening. The opening is fluidly sealed off from the volume, ie completely closed. In a second rest position, the latch is completely pushed away from the opening; the opening is completely open to the volume. The bolt causes the volume of the production chamber of the generative manufacturing plant to be from the environment and / or decoupled. As a result, on the one hand, the process atmosphere is independently adjustable from an environment outside the production chamber. On the other hand, for example, a production of components of any length is possible without causing changes in the process atmosphere. A displacement of the bolt over the opening of the lock element (first rest position) makes it possible to remove the finished component without influencing the process atmosphere in the volume of the production chamber. Furthermore, a series production of components preferably of any length is possible without causing changes in the process atmosphere. Moving the bolt over the opening of the lock element allows the removal of the finished component without affecting the process atmosphere in the volume of the production chamber, before starting to manufacture the next component.

Das Schleusenelement weist vorzugsweise mindestens ein Spülgas-Kanal für die Durchleitung eines Gasstroms auf, mit jeweils mindestens einem Einlass und einem Auslass in die bzw. aus der Öffnung. Der Spülgas-Kanal mündet hierzu vorzugsweise über die Innenwandungsfläche der Öffnung in die Öffnung ein und aus, vorzugsweise in einer Ausgestaltung zwischen zwei umlaufenden Dichtungen, wobei das Spülgas eine Gasbarriere zwischen Volumen der Fertigungskammer und Umgebung bildet. An den Spülgaskanal ist eine Spülgasanlage außerhalb und/oder innerhalb des Volumens der Fertigungskammer anschließbar.The lock element preferably has at least one purge gas channel for the passage of a gas flow, each having at least one inlet and an outlet into and out of the opening. For this purpose, the purge gas channel preferably opens into and out of the opening via the inner wall surface of the opening, preferably in an embodiment between two circumferential seals, wherein the purge gas forms a gas barrier between the volume of the production chamber and the environment. A purge gas system can be connected to the purge gas channel outside and / or within the volume of the production chamber.

In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen Ein- und Auslass des Spülgas-Kanals und dem Kolbenboden keine umlaufende Dichtung angeordnet, so dass das Schleusenelement auch zwischen Kolbenboden und verschlossenen Riegel (erste Ruheposition), d.h. zwischen Kolben und Volumen durchspülbar ist. Mit dieser Spülung werden beispielsweise auch nicht prozessierte Ausgangsmaterialien mit dem Spülgas absaugbar. Dadurch wird verhindert, dass Prozessmaterialien aus dem Volumen der Fertigungskammer in die Umgebung außerhalb der Fertigungskammer gelangen. Ferner dient eine Absaugung auch der Reinigung der jeweils bereits prozessierten Schichten des Bauteils, was wiederum ein Wechsel der Ausgangsmaterialien in darauffolgenden Prozessschritten ermöglicht, ohne dass es zu Kontaminationen durch nicht prozessierte Ausgangsmaterialien aus vorangegangenen Schritten kommt.In a further embodiment, no circumferential seal is arranged between the inlet and outlet of the purge gas channel and the piston head, so that the lock element between piston crown and closed latch (first rest position), i. between piston and volume is flushed. With this flushing, for example, unprocessed starting materials with the purge gas can be sucked. This prevents process materials from passing from the volume of the production chamber to the environment outside the production chamber. Furthermore, suction also serves to clean the respectively already processed layers of the component, which in turn allows a change of the starting materials in subsequent process steps, without causing contamination by unprocessed starting materials from previous steps.

Die generative Fertigungsanlage umfasst vorzugsweise ausrichtbare Zuführungen und/oder Halterungen für die physikalischen und/oder chemischen Prozessmittel. Diese umfassen mechanische und/oder hydraulische und/oder pneumatische Zuführungs- und Dosierungsmittel für die Ausgangsmaterialien, aus denen das Bauteil und/oder die vorgenannten Komponenten wie z.B. Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer auf dem Kolbenboden aufgebaut werden. Ferner sind vorzugsweise fernsteuerbare Aktoren und/oder Stative als Halterungen für die Ausrichtung und Positionierung der vorgenannten Mittel zur Energiebereitstellung im Volumen vorgesehen. Die Zuführung von physikalischen und/oder chemischen Prozessmitteln ist dabei zu Beginn des Fertigungsvorgangs vorzugsweise auf den Kolbenboden des Kolbens ausrichtbar. Im Verlauf des Fertigungsverfahrens ist die Zuführung vorzugsweise auf die zuletzt generativ gefertigte Schicht des Bauteils ausrichtbar. Die ausrichtbare Zuführung der physikalischen und/oder chemischen Prozessmittel ermöglicht die generative Fertigung eines Bauteils auf dem Kolbenboden vorzugsweise inklusive einer Stütz- oder Anbinde- Struktur beliebiger Geometrie.The generative manufacturing plant preferably comprises alignable feeders and / or holders for the physical and / or chemical processing means. These include mechanical and / or hydraulic and / or pneumatic feed and dosing agents for the starting materials from which the component and / or the aforementioned components such as e.g. Means are built to seal the production chamber on the piston head. Furthermore, remote-controllable actuators and / or tripods are preferably provided as holders for the alignment and positioning of the aforementioned means for the provision of energy in the volume. The supply of physical and / or chemical processing means is preferably alignable at the beginning of the manufacturing process on the piston head of the piston. In the course of the manufacturing process, the feed is preferably alignable to the last generatively manufactured layer of the component. The alignable supply of the physical and / or chemical process means allows the generative production of a component on the piston head, preferably including a support or tether structure of any geometry.

Zu den generativen Fertigungsverfahren, die durch die generative Fertigungsanlage vorzugsweise ausgeführt werden, zählen Pulverbettverfahren, insbesondere Pulverbett-Verfahren, die den Energieeintrag zum Erzeugen eines Bauteils aus einem Ausgangsmaterial aus einer Lasereinheit oder einer Elektronenstrahl-Einheit beziehen.Among the generative manufacturing methods that are preferably carried out by the generative manufacturing plant include powder bed processes, in particular powder bed processes, which relate the energy input for producing a component from a starting material from a laser unit or an electron beam unit.

Weiterhin werden durch die generative Fertigungsanlage vorzugsweise Auftragsschweiß-Verfahren ausgeführt, insbesondere Auftragsschweiß- und Sinterverfahren, die den Energieeintrag zum Erzeugen eines Bauteils aus einem Ausgangsmaterial aus einer Lasereinheit, einer Elektronenstrahl-Einheit, und/oder einer Plasma- bzw. Lichtbogeneinheit beziehen und für die eine Zuführung des Ausgangsmaterials über die Bereitstellung eines Pulvers oder eines Feststoffes erfolgt. Vorzugsweise ist der Feststoff drahtförmig ausgestaltet.Furthermore, hardfacing methods are preferably carried out by the generative production system, in particular hardfacing and sintering methods which obtain the energy input for producing a component from a starting material from a laser unit, an electron beam unit, and / or a plasma or arc unit, and for the a supply of the starting material via the provision of a powder or a solid takes place. Preferably, the solid is designed wire-shaped.

Neben den bereits genannten Verfahren eigenen sich thermische- und Kaltgas-Spritzverfahren oder Verfahren mit Materialauftrag durch Partikelbeschleunigung in einer Strömung zur Ausführung durch die der generativen Fertigungsanlage.In addition to the methods already mentioned, thermal and cold gas injection methods or methods with material application by particle acceleration are suitable for execution by the generative production system.

Kombinationen aus den aufgezählten Verfahren eignen sich ebenfalls zur Ausführung durch die erfindungsgemäße generative Fertigungsanlage jeweils auch in einer Kombination mit einem begleitenden Abtragsverfahren (z.B. Fräsverfahren) zur Steigerung der Oberflächenqualität.Combinations of the listed methods are also suitable for execution by the Inventive generative manufacturing plant in each case also in combination with an accompanying Abtragsverfahren (eg milling method) to increase the surface quality.

Die Lösung der Aufgabe umfasst ferner ein Fertigungsverfahren, d.h. Verfahren zur Herstellung mindestens eines, vorzugsweise genau eines Bauteils mit vorgenannter generativen Fertigungsanlage.The solution of the problem further comprises a manufacturing method, i. Method for producing at least one, preferably exactly one component with the aforementioned generative manufacturing plant.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens umfasst eine generative Fertigung nicht nur des Bauteils, sondern simultan und mit den gleichen Verfahrensschritten auch mindestens des vorgenannten Mittels zur Abdichtung der Fertigungskammer auf dem Randbereich des Kolbenbodens. Weiter bevorzugt erfolgt dabei die Fertigung des Bauteils oder der Bauteile und des Mittels zur Abdichtung der Fertigungskammer zeitgleich und weiter bevorzugt mit den gleichen physikalischen und chemischen Prozessmitteln. Der Einfachheit halber werden die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte stellvertretend auch für diese Ausführungsform nur anhand einer Herstellung von Bauteilen beschrieben.A preferred embodiment of the method comprises a generative production not only of the component, but simultaneously and with the same method steps also at least the aforementioned means for sealing the production chamber on the edge region of the piston crown. More preferably, the manufacture of the component or of the components and of the means for sealing the production chamber takes place simultaneously and more preferably with the same physical and chemical process agents. For the sake of simplicity, the method steps described below will also be described as representative of this embodiment only with reference to a production of components.

In einem Verfahren zum Herstellen von Bauteilen mit der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage werden in einem ersten Verfahrensschritt die vorgenannte generative Fertigungsanlage selbst sowie physikalische und chemische Prozessmittel innerhalb der Fertigungskammer bereitgestellt, die für die generative Fertigung eines Bauteils geeignet sind. Zu diesen physikalischen und chemischen Prozessmittel gehören einerseits die vorgenannten Ausgangsmaterialien und andererseits die vorgenannten Mittel zur Energiebereitstellung, mit deren Hilfe das generativ zu fertigende Bauteil aus den Ausgangsmaterialien erzeugt wird.In a method for producing components with the generative production plant according to the invention, the aforementioned generative production plant itself as well as physical and chemical processing means within the production chamber, which are suitable for the additive production of a component, are provided in a first method step. These physical and chemical process agents include, on the one hand, the abovementioned starting materials and, on the other hand, the abovementioned means for supplying energy, with the aid of which the component to be produced generatively is produced from the starting materials.

In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt eine dichtende Positionierung des Riegels durch die Führungsmittel und/oder Verschiebemittel des Schleusenelements über der Öffnung des Schleusenelements. In dieser ersten Ruheposition ist die Öffnung durch den Riegel vollständig abgedeckt, d.h. vorzugsweise fluiddicht von dem Volumen getrennt. Erst dann wird in einem dritten Verfahrensschritt eine vorzugsweise inerte Prozess-Atmosphäre (vorzugsweise Argon oder Stickstoff) innerhalb der Fertigungskammer bereitgestellt, d.h. vorzugsweise in das Volumen eingeleitet. Vorzugsweise werden im Volumen verbleibende Ausgangsmaterialien zum Beispiel aus vorangegangenen Fertigungsabläufen, vor einem neuen Fertigungsbeginn entfernt.In a second method step, a sealing positioning of the bolt by the guide means and / or displacement means of the lock element via the opening of the lock element takes place. In this first rest position, the opening is completely covered by the latch, i. preferably separated from the volume in a fluid-tight manner. Only then, in a third process step, is a preferably inert process atmosphere (preferably argon or nitrogen) provided within the production chamber, i. preferably introduced into the volume. Preference is given to removing starting materials remaining in the volume, for example from previous production processes, before a new start of production.

In einem vierten Verfahrensschritt wird der Kolben von außen in die Bohrung des Schleusenelements in Richtung des Volumens eingeschoben und positioniert.In a fourth method step, the piston is inserted and positioned from the outside into the bore of the lock element in the direction of the volume.

Ein weiterer Verfahrensschritt besteht darin, den Riegel auf der Dichtfläche des Schleusenelements von der Öffnung des Schleusenelements in die zweite Ruheposition zu verschieben. Die Öffnung ist somit zum Volumen hin offen.Another method step is to move the latch on the sealing surface of the lock element from the opening of the lock element in the second rest position. The opening is thus open to the volume.

In einem weiteren Verfahrensschritt, der sich vorzugsweise in Teilschritten unterteilt, wird auf dem Kolbenboden des Schleusenelements ein Bauteil generativ gefertigt. Gleichzeitig wird eine das Bauteil umgebende auf dem Randbereich des Kolbenboden aufbauende und den Kolbenmantel anschließende Hülle generativ gefertigt, welche den Kolbenmantel zum Schleusenelement bei fortschreitendem Vorschub dichtend ersetzt, sodass eine fortlaufende Dichtfläche zwischen Fertigungskammer und einer Umgebung außerhalb der Fertigungskammer besteht. Während diesem Verfahrensschritt wird der Kolben sukzessive aus dem Schleusenelement heraus verfahren geregelt getrieben durch die Kolbenvorschubeinrichtung nach der generativ gefertigten Höhe des Bauteils sowie der Hülle.In a further method step, which is preferably subdivided into sub-steps, a component is produced generatively on the piston bottom of the lock element. At the same time, a shell surrounding the component building on the edge region of the piston crown and subsequent to the piston skirt is generatively manufactured, which sealingly replaces the piston skirt to the lock element with advancing feed, so that there is a continuous sealing surface between the production chamber and an environment outside the production chamber. During this process step, the piston is successively moved out of the lock element driven by the piston feed device according to the generatively manufactured height of the component and the shell.

Im Einzelnen umfasst letztgenannter Verfahrensschritt mehrere nachfolgend genannte Teilschritte, die mindestens einmal, vorzugsweise in der genannten Reihenfolge mehrfach durchfahren werden.In detail, the last-mentioned method step comprises several sub-steps mentioned below, which are passed through at least once, preferably several times in the order named.

Der Verfahrensschritt umfasst einen schichtweise generativen Aufbau eines Bauteils mit mehreren Schichten auf dem Kolbenboden, umfassend ein vorzugsweise mehrfaches Durchfahren der folgenden Verfahrensteilschrittfolge:

  1. a) Einbringen von physikalischen und chemischen Prozessmitteln, insbesondere der Ausgangsstoffe in die Öffnung auf den Kolbenboden, optionales Abstreifen überschüssiger Ausgangsstoffe durch ein Überschieben des Riegels über die Öffnung in die erste Ruheposition (Öffnung vollständig verschlossen) und zurückfahren des Riegels in die zweite Ruheposition (Öffnung vollständig geöffnet), wobei der Riegel als Abstreifer fungiert, der Abstreifer kann auch unabhängig vom Riegel als separates Bauteil gestaltet sein
  2. b) Prozessierung einer Schicht als ein Teil des Bauteils mit einer generativ gefertigten Höhe aus zumindest eines Teils der physikalischen und chemischen Prozessmittel über den Kolbenboden. Hierzu erfolgt zuvor eine optionale Ausrichtung und/oder Nachjustierung der Mittel zur Energiebereitstellung auf die Prozesszone auf dem Kolbenboden oder auf diesen exponierten gefertigten Teil des Bauteils sowie
  3. c) Verfahren des Kolbens um eine Weglänge entsprechend der generativ gefertigten Höhe vom Volumen weg aus der Öffnung des Schleusenelements heraus,
The method step comprises a layer-by-layer generative structure of a component having a plurality of layers on the piston crown, comprising preferably a multiple pass through the following process step sequence:
  1. a) introducing physical and chemical processing agents, in particular the starting materials in the opening on the piston head, optional stripping excess starting materials by sliding the bolt over the opening in the first rest position (opening completely closed) and moving back the bolt in the second rest position (opening fully opened), wherein the latch acts as a scraper, the scraper can also be designed independently of the bolt as a separate component
  2. b) processing a layer as a part of the component with a generatively manufactured height of at least a portion of the physical and chemical processing means via the piston crown. For this purpose, an optional alignment and / or readjustment of the means for supplying energy to the process zone on the piston crown or on this exposed fabricated part of the component takes place beforehand
  3. c) moving the piston by a path length corresponding to the generatively manufactured height away from the volume of the opening of the lock element,

Danach wird im Rahmen weiterer Verfahrensschritte der Riegel vorzugsweise durch die Führungsmittel und / oder Verschiebemittel des Schleusenelements dichtend über der Öffnung des Schleusenelements positioniert (erste Ruheposition), gefolgt von einer optionalen Entfernung von überschlüssigen Ausgangsstoffen zwischen Riegel und Kolbenboden, d.h. der nicht prozessierten Ausgangsstoffe um das Bauteil, vorzugsweise mit Spülgas. Anschließend erfolgt die Entnahme des Kolbens aus der Öffnung des Schleusenelements, gemeinsam mit einem Verbund aus Bauteil und optional mindestens einem Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer. Thereafter, in the context of further method steps, the latch is preferably positioned by the guide means and / or displacement means of the lock element sealingly over the opening of the lock element (first rest position), followed by an optional removal of excess starting materials between bar and piston crown, ie the non-processed starting materials around the Component, preferably with purge gas. Subsequently, the removal of the piston takes place from the opening of the lock element, together with a composite of component and optionally at least one means for sealing the production chamber.

Der letzte Verfahrensschritt beinhaltet ein Lösen des mindestens einen Bauteils und des mindestens einen Mittels zur Abdichtung der Fertigungskammer von dem Kolbenboden.The last method step involves releasing the at least one component and the at least one means for sealing the production chamber from the piston head.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Bauteilen mit einer generativen Fertigungsanlage der vorgenannten Art umfasst ferner einen zusätzlichen Verfahrensschritt nach der generativen Fertigung des Bauteils und mindestens einem Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer. Es umfasst ferner einen generativen Aufbau einer geschlossenen Abschlusskappe auf dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer. Kolbenboden, die Mittel zur Abdichtung sowie die Abschlusskappe bilden dann ein Gehäuse um das Bauteil. Weiter bevorzugt ist das Gehäuse vollständig geschlossen und bildet weiter bevorzugt eine gasdichte Barriere zischen Bauteil und Umgebung. Gleichzeitig mit der Fertigung der Abschlusskappe wird der Kolben sukzessive aus dem Schleusenelement heraus durch die Kolbenvorschubeinrichtung, geregelt nach der generativ gefertigten Höhe der Abschlusskappe, verfahren, derart, dass das mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer um das Bauteil den Kolbenmantel zum Schleusenelement hin dichtend ersetzt.A further preferred embodiment of the method for producing components with a generative manufacturing plant of the aforementioned type further comprises an additional method step after the generative production of the component and at least one means for sealing the production chamber. It further comprises a generative structure of a closed end cap on the at least one means for sealing the production chamber. Piston bottom, the means for sealing and the end cap then form a housing around the component. More preferably, the housing is completely closed and more preferably forms a gas-tight barrier hiss component and environment. Simultaneously with the production of the end cap, the piston is successively from the lock element out by the piston feed device, regulated according to the generatively manufactured height of the end cap, such that the at least one means for sealing the production chamber to the component replaces the piston skirt sealing towards the lock element ,

Dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ferner einen nach der Abtrennung des Bauteils und der Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer und besteht aus einem Entfernen der Abschlusskappe von dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer bei gleichzeitiger Absaugung überschüssiger physikalischer und chemischer Prozessmittel zwischen Bauteil und dem mindestens einem Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer.This embodiment of the method according to the invention further comprises a separation of the component and the means for sealing the production chamber and consists of removing the end cap from the at least one means for sealing the production chamber while simultaneously extracting excess physical and chemical processing means between the component and the at least one Means for sealing the production chamber.

Vorzugsweise werden dabei überschüssige physikalische und/oder chemische Prozessmittel zwischen Bauteil und dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer, abgesaugt, so dass keine physikalischen und/oder chemischen Prozessmittel in die Umgebung außerhalb der Fertigungskammer gelangen.Preferably, excess physical and / or chemical processing means between the component and the at least one means for sealing the production chamber, are sucked off, so that no physical and / or chemical processing agents reach the environment outside the production chamber.

Ausführungsbeispieleembodiments

In einer bevorzugten Ausführung umfasst die erfindungsgemäße generative Fertigungsanlage eine Fertigungskammer mit einem Volumen und einer Wandung, wobei die Fertigungskammer ein Schleusenelement in der Wandung aufweist.In a preferred embodiment, the generative manufacturing plant according to the invention comprises a production chamber having a volume and a wall, the production chamber having a lock element in the wall.

Das Schleusenelement zeigt dabei eine zum Volumen der Fertigungskammer hin gerichtete Dichtfläche und weist eine Öffnung auf, die das Volumen der Fertigungskammer mit einer äußeren Umgebung außerhalb der Fertigungskammer verbindet.The lock element shows a sealing surface directed towards the volume of the production chamber and has an opening which connects the volume of the production chamber to an external environment outside the production chamber.

Das Schleusenelement weist weiterhin einen Riegel auf, der auf der Dichtfläche des Schleusenelements dichtend aufliegt und durch Führungsmittel und/oder Verschiebemittel auf dieser zwischen zwei Ruhepositionen verschiebbar ist. Der Riegel ist derart über die Öffnung des Schleusenelements verschiebbar, dass diese vollständig abgedeckt wird (erste Ruheposition). Dadurch ist das Volumen der Fertigungskammer von einer äußeren Umgebung außerhalb der Fertigungskammer vollständig trennbar.The lock element further has a latch, which rests sealingly on the sealing surface of the lock element and is displaceable by guide means and / or displacement means on this between two rest positions. The bolt is displaceable over the opening of the lock element so that it is completely covered (first rest position). As a result, the volume of the production chamber is completely separable from an external environment outside the production chamber.

Der Riegel weist vorzugsweise ein Abstreifelement auf, wodurch verhindert wird, dass physikalische und/oder chemische Prozessmittel, insbesondere pulverförmiges Ausgangsmaterial oder im Prozess verfestigte jedoch nicht gebundene Partikel auf die Dichtfläche des Schleusenelements gelangen und damit die Güte der Dichtung zwischen dem Riegel und der Dichtfläche des Schleusenelements beeinträchtigen, bzw. die Dichtfläche als solche durch mechanischen Abrieb beschädigen, wenn der Riegel über der Öffnung verschoben wird. Eine alternative Ausgestaltung sieht einen Riegel mit einem Abstreifelement als unabhängiges separates Bauteil vor.The bolt preferably has a stripping element, which prevents physical and / or chemical processing agents, in particular pulverulent starting material or particles solidified in the process, from reaching the sealing surface of the lock element and thus the quality of the seal between the bolt and the sealing surface of the lock element Impact lock element, or damage the sealing surface as such by mechanical abrasion when the bolt is moved over the opening. An alternative embodiment provides a bolt with a stripping element as an independent separate component.

Vorzugsweise sind die Bewegungsbahnen, auf denen der Riegel durch die Führungsmittel und/oder Verschiebemittel auf der Dichtfläche verschoben wird zusätzlich z.B. durch flexible Abdeckungen vor Partikeln geschützt.Preferably, the trajectories on which the bolt is displaced by the guide means and / or displacement means on the sealing surface are in addition e.g. protected from particles by flexible covers.

In dieser Ausführungsform der generativen Fertigungsanlage ist ein positionierbarer, austauschbarer Kolben mit einer Passung in die Öffnung des Schleusenelements eingesetzt, der einen zum Volumen der Fertigungskammer gerichteten Kolbenboden mit einem Randbereich und einen zum Schleusenelement gerichteten Kolbenmantel aufweist. Der Kolben ist weiterhin mit mindestens einer positionierbaren umlaufenden Dichtung dichtend und gleitend in das Schleusenelement eingesetzt. Die präzise Positionierung des Kolbens relativ zur Dichtfläche des Schleusenelements erfolgt vorzugsweise im Bereich der Dichtfläche des Schleusenelements. Die präzise Positionierung des Kolbens relativ zur Dichtfläche des Schleusenelements erfolgt weiterhin vorzugsweise durch die Kolbenvorschubeinrichtung.In this embodiment of the generative manufacturing plant, a positionable, replaceable piston with a fit is inserted into the opening of the lock element, which has a piston chamber directed toward the volume of the production chamber with an edge region and a piston skirt facing the lock element. The piston is further sealingly and slidably inserted into the lock element with at least one positionable circumferential seal. The precise positioning of the piston relative to the sealing surface of the lock element is preferably carried out in the region of the sealing surface of the lock element. The precise positioning of the piston relative to the sealing surface the lock element is preferably carried out by the piston feed device.

Die in dieser Ausführungsform beschriebene generative Fertigungskammer weist mindestens eine Zuführung für physikalische und/oder chemische Prozessmittel, vorzugsweise in Form eines Pulverbettes als Ausgangsmaterial und einer Rakel sowie einer Laser-Einheit als Mittel zur Energiebereitstellung auf. Durch das Pulverbett und die Rakel wird das für das Bauteil benötigte Ausgangsmaterial bereitgestellt. Mit Hilfe des Lasers wird aus dem bereitgestellten Ausgangsmaterial während dem generativen Fertigungsvorgang die Geometrie des Bauteils erzeugt und optional die Stoffeigenschaften des Bauteils angepasst. Die Zuführungen sind zu Beginn der Fertigung vorzugsweise auf den Kolbenboden ausrichtbar. Im Verlauf der Fertigung ist die mindestens eine Zuführung vorzugsweise auf die neuste generativ gefertigte Schicht des Bauteils ausrichtbar.The generative manufacturing chamber described in this embodiment has at least one feed for physical and / or chemical processing means, preferably in the form of a powder bed as starting material and a squeegee and a laser unit as a means for energy supply. The powder bed and the doctor blade provide the starting material needed for the component. With the help of the laser, the geometry of the component is generated from the raw material provided during the generative production process and, optionally, the material properties of the component are adapted. The feeders are preferably aligned at the beginning of production on the piston crown. In the course of production, the at least one feed is preferably alignable to the newest generatively manufactured layer of the component.

Der Kolben ist mit einer Kolbenvorschubeinrichtung, die sich vorzugsweise außerhalb des Volumens der Fertigungskammer befindet, verbunden und durch diese axial und optional mit Drehbewegungen bewegbar. Er wird durch die Kolbenvorschubeinrichtung mit wachsender Fertigungshöhe des Bauteils auf dem Kolbenboden aus dem Schleusenelement herausbewegt. Der Versatz des Kolbens ist nach der generativ gefertigten Höhe des Bauteils geregelt. Mit wachsender Länge des gefertigten Bauteils wird der Kolben vorzugsweise durch zusätzlich angebrachte Führungselemente in der Öffnung des Schleusenelements unterstützt, um eine präzise Führung aufrecht zu erhalten.The piston is connected to a piston feed device, which is preferably located outside the volume of the production chamber, and by this axially and optionally with rotational movements movable. He is moved out of the lock element by the piston feed device with increasing manufacturing height of the component on the piston head. The offset of the piston is governed by the generatively manufactured height of the component. With increasing length of the manufactured component, the piston is preferably supported by additionally mounted guide elements in the opening of the lock element in order to maintain a precise guidance.

Ein bevorzugtes Merkmal der beschriebenen Ausführungsform umfasst das mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer im Randbereich des Kolbenbodens. Dieses mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer im Randbereich des Kolbenbodens wird gleichzeitig mit dem Bauteil generativ hergestellt und sieht vor, dass bei einem Versatz des Kolbenbodens aus dem Schleusenelement heraus durch die Kolbenvorschubeinrichtung, die Dichtung zum Schleusenelement und damit die Dichtung zwischen Fertigungskammer und einer Umgebung außerhalb der Fertigungskammer erhalten bleibt. Somit ersetzt das generativ hergestellte, mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer bei wachsender Fertigungshöhe des Bauteils auf dem Kolbenboden schrittweise den Kolbenmantel, während dieser die Schleuse passiert. Dadurch ist eine ununterbrochene Abdichtung der Fertigungskammer durch eine mit dem Bauteil kontinuierlich wachsende Dichtfläche durch das mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer gegeben. Damit werden diese Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer zum integralen Bestandteil der generativen Fertigungsanlage.A preferred feature of the described embodiment comprises the at least one means for sealing the production chamber in the edge region of the piston crown. This at least one means for sealing the production chamber in the edge region of the piston crown is produced generatively simultaneously with the component and provides that with an offset of the piston head from the lock element out through the piston feed device, the seal to the lock element and thus the seal between the production chamber and an environment outside the production chamber is maintained. Thus, the generatively produced, at least one means for sealing the production chamber with increasing production height of the component on the piston crown gradually replaces the piston skirt, while this passes through the lock. As a result, an uninterrupted sealing of the production chamber is ensured by a sealing surface that continuously grows with the component by the at least one means for sealing the production chamber. Thus, these means for sealing the production chamber to an integral part of the generative manufacturing plant.

Je nach Art des zu fertigenden Bauteiles ist dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer auf dem Randbereich des Kolbenbodens nicht im Kontakt mit dem Bauteil im Inneren, oder aber durch Stützstrukturen verbunden. Bei Sonderanwendungen ist die Hülle selbst das Bauteil (z.B. Rohrfertigung), oder aber die Hülle geht nahtlos in das Bauteil über (z.B. Herstellung eines Kegels mit maximalem Durchmesser entsprechende dem Durchmesser des Kolbens bzw. der Mittel zur Abdichtung).Depending on the type of component to be manufactured, the at least one means for sealing the production chamber on the edge region of the piston crown is not connected in contact with the component in the interior, or else by supporting structures. In special applications, the shell itself is the component (e.g., pipe fabrication), or else the shell seamlessly merges into the component (e.g., making a maximum diameter cone corresponding to the diameter of the piston or sealant).

Das Schleusenelement weist zudem mindestens einen Spülgaskanal mit jeweils mindestens einem Einlass und einem Auslass in die Öffnung auf. Zumindest beim Versatz des Kolbens bzw. der Bauteilhülle auf der Umrandung des Kolbenbodens durch das Schleusenelement durch die Kolbenvorschubeinrichtung, ggf. auch zusätzlich während der gesamten Prozessdauer wird über den Spülgaskanal durchspült. So werden Ausgangsmaterialen, z.B. Pulver oder andere Partikel, die beim Versatz des Kolbens aus der Fertigungskammer in das Schleusenelement gelangen, aus dem Schleusenelement entfernt und somit verhindert, dass Partikel aus der Prozessatmosphäre in die Umgebung gelangen.The lock element also has at least one flushing gas channel, each with at least one inlet and one outlet in the opening. At least during the displacement of the piston or the component shell on the edge of the piston crown by the lock element by the piston feed device, possibly also in addition during the entire process duration is flushed through the purge gas channel. Thus, starting materials, e.g. Powder or other particles, which pass from the production chamber into the lock element when the piston is displaced, are removed from the lock element and thus prevent particles from the process atmosphere from reaching the environment.

In einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage wird auf dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer eine Abschlusskappe aufgebracht.In a second embodiment of the generative manufacturing plant according to the invention, an end cap is applied to the at least one means for sealing the production chamber.

Diese Abschlusskappe ermöglicht die Entnahme des Verbunds aus Kolben, Bauteil, Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer und Abschlusskappe aus dem Schleusenelement, vorzugsweise nach einem Durchspülen des Schleusenelements über den mindestens einen Spülkanal und einem Verschließen der Öffnung des Schleusenelements durch den Riegel, ohne dass Prozessmittel in die Umgebung außerhalb der Fertigungskammer gelangen. Überschüssige Prozessmaterialien verbleiben innerhalb des Volumens, das aus dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer und der Abschlusskappe gebildet wird. Diese Prozessmittel in einer separaten Absaugeinrichtung nach Öffnung der Abschlusskappe absaugbar.This end cap allows the removal of the composite of piston, component, means for sealing the production chamber and end cap from the lock element, preferably after a flushing of the lock element via the at least one flushing channel and closing the opening of the lock element by the latch, without process means in the Enter the environment outside the production chamber. Excess process materials remain within the volume formed from the at least one means for sealing the manufacturing chamber and the end cap. This process means in a separate suction after extraction of the end cap sucked.

In einer weiteren Ausführung der generativen Fertigungsanlage besteht zwischen dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer auf dem Randbereich des Kolbenbodens und dem Bauteil eine Stützstruktur, die das Bauteil zusätzlich stabilisiert.In a further embodiment of the generative manufacturing plant exists between the at least one Means for sealing the production chamber on the edge region of the piston crown and the component a support structure, which additionally stabilizes the component.

In einer weiteren Ausführung der generativen Fertigungsanlage bildet das mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer auf dem Randbereich des Kolbenbodens selbst das generativ herzustellende Bauteil, z.B. bei der generativen Fertigung von Rohren.In a further embodiment of the generative manufacturing plant, the at least one means for sealing the production chamber on the edge region of the piston crown itself forms the component to be produced generatively, e.g. in the generative production of pipes.

In einer weiteren Ausführung der generativen Fertigungsanlage weist die Fertigungskammer zusätzlich eine abtragende Werkzeugmaschine auf. Dadurch wird die Oberfläche des Bauteils oder des mindestens einen Mittels zur Abdichtung der Fertigungskammer bearbeitbar. Dies bewirkt, dass gegebenenfalls durch den generativen Fertigungsprozess bedingte Unregelmäßigkeiten auf dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer eingeebnet werden. Dadurch wird die Güte der Dichtung zwischen dem Schleusenelement und dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer erhöht, sobald der Kolbenboden das Schleusenelement verlassen hat und das mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer die Dichtung zum Schleusenelement hin übernimmt. Vorzugsweise werden durch die abtragende Werkzeugmaschine auch gegebenenfalls durch den generativen Fertigungsprozess bedingte Unregelmäßigkeiten des Bauteils eingeebnet.In a further embodiment of the generative production plant, the production chamber additionally has an erosive machine tool. As a result, the surface of the component or of the at least one means for sealing the production chamber can be machined. This causes possibly caused by the generative manufacturing process irregularities are leveled on the at least one means for sealing the production chamber. As a result, the quality of the seal between the lock element and the at least one means for sealing the production chamber is increased as soon as the piston head has left the lock element and the at least one means for sealing the production chamber takes over the seal towards the lock element. Preferably, the erosive machine tool also possibly leveled by the generative manufacturing process irregularities of the component are leveled.

Um eine Bearbeitung der Mantelflächenbereiche von Bauteil bzw. Mittel zur Abdichtung mit einer Werkzeugmaschine zu gewährleisten, muss die Mantelfläche zugänglich gemacht werden: In order to ensure a machining of the lateral surface areas of the component or means for sealing with a machine tool, the lateral surface must be made accessible:

Um die Zugänglichkeit zur Mantelfläche herzustellen, wird in einer Ausführung der Kolben mit den Werkstück und den Mitteln zur Abdichtung in definierten zeitlichen Abständen oder z.B. nach Auftragen einer bestimmten Anzahl an Schichten wieder ein Stück entgegen der Aufwachsrichtung in das Volumen der Fertigungskammer zurück eingeschoben. Damit entsteht ein aus der Öffnung herausragender Bereich, bestehend aus Bauteil und Mittel zur Abdichtung, der für die Werkzeugmaschine zugänglich ist und eine Bearbeitung erlaubt.In order to provide accessibility to the shell surface, in one embodiment the piston is provided with the workpiece and the means for sealing at defined time intervals or e.g. after applying a certain number of layers again inserted a piece against the growth direction in the volume of the production chamber back. This creates a protruding from the opening area, consisting of component and means for sealing, which is accessible to the machine tool and allows processing.

In einer anderen Ausgestaltung wird die Lage der Wirkebene der generativen Fertigung verändert. Die Zuführung der Prozessmittel wird nach jedem Schichtauftrag um das Maß einer Schichtdicke von der vorherigen Fertigungsebene wegbewegt. Somit entsteht ein Segment des Bauteiles inklusive Mittel zur Abdichtung welches in die Fertigungskammer hineinragt. Dieses ist von der Werkzeugmaschine zumindest umlaufend oder auch im Inneren bearbeitbar, bevor der überarbeitete Bereich mit optimierter Oberflächenqualität die Dichtung passiert.In another embodiment, the position of the active level of the generative production is changed. The supply of the process agent is moved away after each layer order by the amount of a layer thickness of the previous production level. This results in a segment of the component including means for sealing which protrudes into the production chamber. This can be machined by the machine tool, at least circulating or even inside, before the revised area with optimized surface quality passes through the seal.

In einer weiteren Ausführungsform der generativen Fertigungsanlage ist die Abdichtung zwischen Kolbenmantel und Innenwandung der Öffnung mehrstufig gestaltet; Spülung und Absaugungsvorrichtungen sind jeweils in Durchlaufrichtung des Bauteiles vor- und hinter einer umlaufenden Dichtung (z.B. Lippen- oder Blähdichtung als umlaufende Dichtung) angeordnet.In a further embodiment of the generative manufacturing plant, the seal between piston skirt and inner wall of the opening is designed in several stages; Flushing and suction devices are respectively arranged in the direction of passage of the component in front of and behind a peripheral seal (for example lip or inflatable seal as peripheral seal).

In einer weiteren Ausführungsform wird der Kolben unter einer Drehbewegung aus der Anlage herausgeführt. Die Öffnung ist somit nicht geradlinig, sondern folgt einer als Kreisbogen gekrümmten Symmetrielinie. Entlang dieses Kreisbogens erfolgt auch der Aufbau des Bauteils und der Mittel zur Abdichtung. Das Schleusenelement und der Kolben weisen hierzu eine zur Ausfuhrbewegung und Design des Kolbens kompatible Gestaltung auf. Dies dient zur Herstellung z.B. von Rohrbögen.In a further embodiment, the piston is led out of the system under a rotational movement. The opening is thus not rectilinear, but follows a curved as a circular arc line of symmetry. Along this arc also the structure of the component and the means for sealing takes place. For this purpose, the lock element and the piston have a design compatible with the export movement and design of the piston. This is for the production of e.g. of pipe bends.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Kolben linear entlang einer Geraden aus der Anlage herausgeführt. Die Öffnung und der Kolben erstrecken sich um diese Geraden

  1. 1. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) senkrecht zur Entnahmerichtung des Bauteiles angeordnet ist
  2. 2. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) geneigt (in z.B. 45°) zur Entnahmerichtung des Bauteiles angeordnet ist.
In a further embodiment, the piston is led out of the system linearly along a straight line. The opening and the piston extend around this straight line
  1. 1. Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head ( 11 ) is arranged perpendicular to the removal direction of the component
  2. 2. Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head ( 11 ) inclined (in eg 45 °) to the removal direction of the component is arranged.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorschubeinrichtung des Kolbens so gestaltet, dass sie eine Neigung des Bauteils während der Fertigung erlaubt. Die Veränderung der Neigung erfolgt entweder auf dem Kolbenboden, d.h. ohne dem Kolben oder gemeinsam mit dem Kolben, wobei der Kolben vorzugsweise zusammen mit der Öffnung im Schleusenelement schwenkbar ist.In a further embodiment, the feed device of the piston is designed so that it allows a tilt of the component during manufacture. The change in inclination occurs either on the piston crown, i. without the piston or together with the piston, wherein the piston is preferably pivotable together with the opening in the lock element.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und Ausgestaltungen mit Figuren im Folgenden näher erläutert. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen

  • 1a eine prinzipielle Schnittdarstellung repräsentierend die vorgenannte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage mit einem Schleusenelement, d.h. mit zusätzlichem Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer im Randbereich des Kolbenbodens,
  • 1b eine prinzipielle Schnittdarstellung repräsentierend die vorgenannte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage, d.h. mit zusätzlichem Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer im Randbereich des Kolbenbodens, wobei das Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer eine Abschlusskappe aufweist,
  • 2 eine perspektivische Schnittansicht einer Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß 1,
  • 3 eine weitere perspektivische Schnittansicht einer Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß 1 und 2,
  • 4 weitere perspektivische Detailansichten speziell des Spülgaskanals der Ausführungsform gemäß 2 und 3,
  • 5 eine weitere perspektivische Schnittansicht der Ausführungsform gemäß 2 bis 4 mit Bauteil und Mittel zur Abdichtung in einem fortgeschrittenem generativen Fertigungsstadium sowie
  • 6 eine perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform mit einer zusätzlich im Volumen vorgesehenen abtragenden Werkzeugmaschine.
The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and embodiments with figures. The figures, the description and the claims contain features in combination. The skilled person will, however, expediently consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. Show it
  • 1a a schematic sectional representation representing the aforementioned first embodiment of the inventive generative manufacturing plant with a lock element, ie with additional means for sealing the production chamber in the edge region of the piston crown,
  • 1b a schematic sectional representation representing the aforementioned second embodiment of the generative manufacturing plant according to the invention, ie with additional means for sealing the production chamber in the edge region of the piston crown, wherein the means for sealing the production chamber has a cap,
  • 2 a perspective sectional view of an embodiment of the embodiment according to 1 .
  • 3 a further perspective sectional view of an embodiment of the embodiment according to 1 and 2 .
  • 4 further perspective detailed views of the particular Spülgaskananal the embodiment according to 2 and 3 .
  • 5 another perspective sectional view of the embodiment according to 2 to 4 with component and means for sealing in an advanced generative manufacturing stage as well
  • 6 a perspective sectional view of another embodiment with an additionally provided in the volume erosion machine tool.

1a zeigt in einer prinzipiellen Schnittdarstellung den Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung einer ersten Ausführungsform. Die generative Fertigungsanlage weist eine Fertigungskammer 1 mit einem Volumen 3 und einer Wandung 2 um ein Volumen auf. Sie umfasst ferner ein Schleusenelement 4, eingesetzt in einen Durchbruch in der Wandung. Das Schleusenelement 4 weist eine durchgehende vorzugsweise zylindrische Öffnung 5 sowie einen in die Öffnung 5 eingesetzten, positionier- und axial verschiebbaren, austauschbaren zylindrischen Kolben 10 auf. Zwischen Kolben 10 und Innenwandung der Öffnung sind im Beispiel drei ringförmige Dichtungen 9 angeordnet, die das Volumen 3 von der äußeren Umgebungsatmosphäre außerhalb der Vorrichtung trennt. Die Dichtungen sind vorzugsweise fest in das Schleusenelement eingesetzt und reiben auf der Mantelfläche des Kolbens. Die umlaufende Dichtung, die in der Öffnung dem Volumen am nächsten angeordnet ist, ist zum Schutz der nachfolgenden Dichtungen vor Partikel insbesondere aus dem Ausgangsmaterialien vorzugsweise als Abstreifring 15 ausgestaltet. Eine nicht detailliert ausgeführte vorzugsweise mechanische oder elektromotorische Kolbenvorschubeinrichtung 14 außerhalb des Volumens 3 der Fertigungskammer 1 dient der axialen Verschiebung, optional auch zusätzlich einer Verdrehung des Kolbens 10 in der Öffnung 5. 1a shows a schematic sectional view of the structure and operation of the device according to the invention of a first embodiment. The generative manufacturing plant has a production chamber 1 with a volume 3 and a wall 2 around a volume. It also comprises a lock element 4 , used in a breakthrough in the wall. The lock element 4 has a continuous preferably cylindrical opening 5 and one in the opening 5 used, positioning and axially displaceable, replaceable cylindrical piston 10 on. Between pistons 10 and inner wall of the opening are in the example three annular seals 9 arranged the volume 3 separates from the outside ambient atmosphere outside the device. The seals are preferably firmly inserted into the lock element and rub on the lateral surface of the piston. The circumferential seal, which is arranged in the opening closest to the volume, is preferably used as a scraper ring for protecting the subsequent seals from particles, in particular from the starting materials 15 designed. A non-detailed executed preferably mechanical or electromotive piston feed device 14 outside the volume 3 the production chamber 1 is used for axial displacement, optionally also in addition a rotation of the piston 10 in the opening 5 ,

Der Kolben weist einen zum Volumen 3 der Fertigungskammer gerichteten Kolbenboden 11 mit einem Randbereich 12 auf. Weiterhin weist der Kolben einen zum Schleusenelement gerichteten Kolbenmantel auf. Auf diesem Kolbenboden wird durch eine ausrichtbare Zuführung 17 von physikalischen und/oder chemischen Prozessmitteln 18 ein Bauteil 20 generativ gefertigt. Gleichzeitig mit dem Bauteil wird auf dem Randbereich des Kolbenbodens ein Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer, ebenfalls durch eine generative Fertigung, bereitgestellt.The piston has a volume 3 the production chamber directed piston crown 11 with a border area 12 on. Furthermore, the piston has a piston skirt directed to the lock element. On this piston head is by an alignable feed 17 of physical and / or chemical processing agents 18 a component 20 produced generatively. Simultaneously with the component, a means for sealing the production chamber, also by a generative production, is provided on the edge region of the piston crown.

Durch die Kolbenvorschubeinrichtung 14 außerhalb des Volumens 3 der Fertigungskammer wird der Kolben 10 in der Öffnung 5 des Schleusenelements bewegt. Mit wachsender Höhe des Bauteils auf dem Kolbenboden, wird der Kolben sukzessive aus dem Schleusenelement 4 herausbewegt, derart, dass die neuste generativ zu fertigende Ebene des Bauteils während der generativen Fertigungsschritte je Schicht auf konstanter Höhe im Schleusenelement erfolgt.By the piston feed device 14 outside the volume 3 the production chamber becomes the piston 10 in the opening 5 the lock element moves. With increasing height of the component on the piston head, the piston is successively from the lock element 4 moved out, so that the new generative plane to be produced of the component takes place during the generative manufacturing steps per layer at a constant height in the lock element.

Weiterhin ist auf dem Randbereich 12 des Kolbenbodens 11 ein Mittel zur Abdichtung 19 der Fertigungskammer 1 angeordnet, deren Außenquerschnitt vorzugsweise mit dem des Kolbens 10 übereinstimmt. Die Mantelflächen der Mittel zur Abdichtung und des Kolbens gehen vorzugsweise fluchtend und stufenlos ineinander über. Dies stellt bei einem axialen Herausziehen des Zylinders aus der Öffnung vom Volumen weg sicher, dass die ringförmigen Dichtungen 9 auch dann noch gegen eine Mantelfläche wirken, auch wenn der Zylinder aus dem Bereich der Dichtungen herausgezogen wurde.Furthermore, on the edge area 12 of the piston crown 11 a means of sealing 19 the production chamber 1 arranged, whose outer cross-section preferably with that of the piston 10 matches. The lateral surfaces of the means for sealing and the piston are preferably in alignment and steplessly into one another. This ensures, when the cylinder is axially pulled out of the opening away from the volume, that the annular seals 9 even then act against a lateral surface, even if the cylinder was pulled out of the range of seals.

Die um den Kolben 10 umlaufenden Dichtungen 9 sind zumindest teilweise als Abstreifring ausgestaltet. Dadurch wird verhindert, dass physikalische oder chemische Prozessmittel 17 zwischen den Kolbenmantel bzw. das mindestens eine Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer und das Schleusenelement gelangen und die Güte der Dichtung herabsetzen.The around the piston 10 circumferential seals 9 are at least partially designed as a scraper ring. This will prevent physical or chemical process agents 17 pass between the piston skirt or the at least one means for sealing the production chamber and the lock element and reduce the quality of the seal.

Das Schleusenelement weist einen in die Öffnung mündenden Spülgas-Kanal 6, mit mindestens einem Einlass 7 und einem Auslass 8 in die bzw. aus der Öffnung, vorzugsweise wie dargestellt zwischen zwei umlaufende Dichtungen 9, auf. Durch den Spülkanal ist die Öffnung 5 des Schleusenelementes durchspülbar. Der Spülgaskanal ermöglicht weiterhin die Absaugung verbleibender physikalischer und/oder chemischer Prozessmittel 17 aus dem Schleusenelement.The lock element has a flushing gas channel opening into the opening 6 , with at least one inlet 7 and an outlet 8th in and out of the opening, preferably as shown between two circumferential seals 9 , on. Through the flushing channel is the opening 5 the lock element durchspülbar. The purge gas channel also allows the extraction of remaining physical and / or chemical process agents 17 from the lock element.

Das Schleusenelement der Fertigungskammer zeichnet sich weiterhin durch eine zum Volumen weisende Dichtfläche 15 auf. Ein durch Führungsmittel 22 oder Verschiebemittel 23 verschiebbarer Riegel 16 liegt auf der Dichtfläche 15 auf und ist vorzugsweise zwischen den zwei vorgenannten Ruhepositionen über die Öffnung 5 des Schleusenelements verschiebbar, z.B. zur Entnahme des Bauteils bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Prozessatmosphäre in der Fertigungskammer. Dadurch wird weiterhin verhindert, dass physikalische und/oder chemische Prozessmittel 17 aus der Fertigungskammer über die Öffnung 5 in eine äußere Umgebung gelangen. Ferner ist der Riegel vorzugsweise mit einem Abstreifelement 24 versehen, das verhindert, dass die physikalischen und/oder chemischen Prozessmittel auf die Dichtfläche 15 des Schleusenelements gelangen und diese dort beschädigen oder zwischen Dichtfläche 15 und Riegel 16 eingeklemmt werden.The lock element of the production chamber is further characterized by a sealing surface facing the volume 15 on. One by guide means 22 or shifting means 23 sliding latch 16 lies on the sealing surface 15 and is preferably between the two aforementioned rest positions over the opening 5 the sluice element displaceable, eg for removal of the component while maintaining the process atmosphere in the production chamber. This will further prevent physical and / or chemical process agents 17 from the production chamber through the opening 5 get into an external environment. Furthermore, the latch is preferably provided with a stripping element 24 provided that prevents the physical and / or chemical processing agents on the sealing surface 15 enter the lock element and damage it there or between sealing surface 15 and bars 16 be trapped.

In 1a befindet sich der Riegel 16 auf der Dichtfläche 15 abseits der Öffnung 5 und verdeckt diese nicht, d.h. auch nicht teilweise. Der Riegel befindet sich in vorgenannter zweiter Ruheposition.In 1a is the bolt 16 on the sealing surface 15 away from the opening 5 and does not obscure them, ie not even partially. The bolt is located in the aforementioned second rest position.

1b zeigt eine weitere Prinzipskizze der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage. Hier entsteht durch eine generative Fertigung auf dem Kolbenboden 11 durch eine ausrichtbare Zuführung 17 von physikalischen und/oder chemischen Prozessmitteln 18 ein Bauteil 20 und auf dem Randbereich 12 des Kolbenbodens ein Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer 19 vorzugsweise simultan, vorzugsweise aus den gleichen Ausgangsstoffen und vorzugsweise durch die gleichen generativen Fertigungsschritte. Das mindestens eine Mittel zur Abdichtung 19 der Fertigungskammer 1 weist im Unterschied zu 1a eine generativ hergestellte Abschlusskappe 21 auf. Beim Verfahren des Kolbens aus dem Schleusenelement heraus durch die Kolbenvorschubeinrichtung übernimmt das Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer die Funktion des Kolbenmantels und dichtet die Fertigungskammer bzw. das Schleusenelement gegenüber einer äußeren Umgebung ab. 1b shows a further schematic diagram of the generative manufacturing plant according to the invention. Here arises through an additive manufacturing on the piston crown 11 by an alignable feeder 17 of physical and / or chemical processing agents 18 a component 20 and on the edge area 12 the piston crown means for sealing the production chamber 19 preferably simultaneously, preferably from the same starting materials and preferably by the same generative manufacturing steps. The at least one means of sealing 19 the production chamber 1 points in contrast to 1a a generatively produced end cap 21 on. When the piston is moved out of the lock element by the piston feed device, the means for sealing the production chamber assumes the function of the piston skirt and seals off the production chamber or the lock element from an external environment.

Die Abschlusskappe ermöglicht die Entnahme des Verbunds aus Kolben, Bauteil, Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer und Abschlusskappe aus dem Schleusenelement, vorzugsweise nach einem Durchspülen des Schleusenelements über den mindestens einen Spülkanal und einem Verschließen der Öffnung des Schleusenelements durch den Riegel, ohne dass physikalische und/oder chemische Prozessmittel in die Umgebung außerhalb der Fertigungskammer gelangen. Überschüssige physikalische und/oder chemische Prozessmaterialien verbleiben innerhalb des Volumens, das aus dem mindestens einen Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer und der Abschlusskappe gebildet wird. Diese Prozessmittel sind in einer separaten Absaugeinrichtung nach Öffnung der Abschlusskappe absaugbar.The end cap allows the removal of the composite of piston, component, means for sealing the production chamber and end cap from the lock element, preferably after flushing the lock element via the at least one flushing channel and closing the opening of the lock element by the bolt without physical and / or or chemical process agents enter the environment outside the production chamber. Excess physical and / or chemical process materials remain within the volume formed from the at least one means for sealing the manufacturing chamber and the end cap. These process means are sucked in a separate suction device after opening the end cap.

In 1b ist der Riegel 16 auf der Dichtfläche 15 über die Öffnung 5 geschoben und verdeckt diese vollständig. Der Riegel befindet sich in vorgenannter erster Ruheposition. Der in die Öffnung 5 des Schleusenelements mündende Spülgas-Kanal 6, mit mindestens einem Einlass 7 und mindestens einem Auslass 8 ermöglicht die Absaugung von nach der generativen Fertigung verbleibenden physikalischen und/oder chemischen Prozessmaterialien.In 1b is the bar 16 on the sealing surface 15 over the opening 5 pushed and concealed them completely. The bolt is located in the aforementioned first rest position. The one in the opening 5 the purge element opening purge gas channel 6 , with at least one inlet 7 and at least one outlet 8th allows extraction of physical and / or chemical process materials remaining after additive manufacturing.

2 zeigt eine perspektivische Zeichnung einer Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß 1, wobei das Schleusenelement 4 eine zum Volumen der Fertigungskammer gerichtete Dichtfläche 15 aufweist, sowie einen in der Öffnung 5 des Schleusenelements positionierbaren, austauschbaren Kolben 10. Der Kolben ist wie dargestellt vorzugsweise als nach unten hin offener Hohlkolben mit zentraler von unten am Kolbenboden angreifende Kolbenstange ausgestaltet, wobei die Kolbenstange für eine weitere Bearbeitung nach Entnahme des Kolbens aus der Öffnung durch Herausziehen auswechselbar gestaltet ist. Weiterhin befindet sich auf einen auf der Dichtfläche 15 des Schleusenelements 4 dichtend aufliegenden, verschiebbaren Riegel 16 in einer mittleren Position (Riegel überdeckt Öffnung nur teilweise) zwischen den beiden vorgenannten ersten und zweiten Ruhepositionen. 2 shows a perspective drawing of an embodiment of the embodiment according to 1 , wherein the lock element 4 a directed to the volume of the production chamber sealing surface 15 and one in the opening 5 the lock element positionable, replaceable piston 10 , As shown, the piston is preferably configured as a downwardly open hollow piston with a central piston rod engaging from below on the piston bottom, the piston rod being designed to be removable from the opening by pulling it out for further processing after removal of the piston. Furthermore, there is one on the sealing surface 15 of the lock element 4 sealing, sliding latch 16 in a middle position (bolt only partially covers opening) between the two aforementioned first and second rest positions.

Insbesondere zeigt 2 den Verschiebemechanismus für den auf der Dichtfläche um das Schleusenelement 4 aufliegenden Riegel 16, der durch Führungsmittel 22 (seitliche Führungsgleitschienen, vorzugsweise beidseitig zum Riegel) und/oder Verschiebemittel 23 (oben auf den Riegel angreifende Schubstange mit rohrförmiger Durchführung durch die Wandung 2) auf der Dichtfläche 15 verschiebbar ist. Der Riegel weist Abstreifelemente auf, durch die beim Verschieben des Riegels über die Öffnung des Schleusenelements die Prozessmittel bis über die Dichtfläche hinaus geschoben werden. Die Abstreifelemente verhindern dadurch, dass physikalische und/oder chemische Prozessmittel auf die Dichtfläche gelangen und die Güte der Dichtung zwischen Riegel und Dichtfläche herabsetzen. Bewegungsbahnen, auf denen der Riegel durch die Führungsmittel und/oder Verschiebemittel auf der Dichtfläche verschoben wird zusätzlich z.B. durch flexible Abdeckungen vor Partikeln geschützt.In particular shows 2 the displacement mechanism for the on the sealing surface around the lock element 4 resting bolt 16 that by guiding means 22 (lateral guide slide rails, preferably on both sides of the bolt) and / or displacement means 23 (on top of the bar attacking push rod with tubular passage through the wall 2 ) on the sealing surface 15 is displaceable. The bolt has stripping elements, by means of which the process means are pushed beyond the sealing surface when the bolt is moved over the opening of the lock element. The scraper prevent by the fact that physical and / or chemical processing agents reach the sealing surface and reduce the quality of the seal between the bolt and sealing surface. Trajectories on which the bolt is displaced by the guide means and / or displacement means on the sealing surface is additionally protected, for example by flexible covers against particles.

Ferner ist in 2 sowie in 4 im Detail eine bevorzugte Ausgestaltung des Spülgaskanals 6 mit ringförmig um die Öffnung 5 angeordneten Ringkanälen mit mehreren um den Umfang verteilten Einlässen 7 und Auslässen 8 dargestellt. 4 zeigt zudem zusätzlich, zwischen den umlaufenden Dichtungen 9 angeordneten Verteilerstrukturen 34 für die Einlässe und die Auslässe. Die umlaufenden Dichtungen 9 sind zumindest teilweise als im Schleusenelement fixierte Ringdichtungen 27 ausgestaltet. Die Ringkanäle und damit die Einlässe und Auslässe sind wie die umlaufenden Dichtungen 9 auf axial zum Kolben ausgerichtete unterschiedliche Ebenen angeordnet. Dadurch wird das Spülgas überwiegend axial zur Kolbenausrichtung zwischen Kolben 10 und Innenwandung der Öffnung 5 geleitet. Vorzugsweise sind die Auslässe 8 wie dargestellt näher am Volumen 3 als die Einlässe 7 angeordnet, was den Spülgasstrom in Richtung des Volumens ausrichtet und Verunreinigungen aus der Fertigungskammer in vorteilhafter Weise zurückgeströmt werden und so nicht an den Auslässen vorbeiströmend entweichen können. Ferner ist zwischen den um den Umfang verteilten Einlässen 7 und Auslässen 8 eine umlaufende Dichtung 9 angeordnet. Dies hat zum Vorteil, dass das Spülgas nur bei Undichtigkeiten, d.h. nur bei Bedarf durch den Spülgaskanal strömt und damit eine Spülgaseinsparung bewirkt.Furthermore, in 2 as in 4 in detail a preferred embodiment of the purge gas channel 6 with a ring around the opening 5 arranged annular channels with several circumferentially distributed inlets 7 and outlets 8th shown. 4 also shows in addition, between the circumferential seals 9 arranged distribution structures 34 for the inlets and the outlets. The circumferential seals 9 are at least partially as fixed in the lock element ring seals 27 designed. The annular channels and thus the inlets and outlets are like the circumferential seals 9 arranged on axially aligned with the piston different planes. As a result, the purge gas is predominantly axially to the piston alignment between pistons 10 and Inner wall of the opening 5 directed. Preferably, the outlets 8th as shown closer to the volume 3 as the inlets 7 arranged, which aligns the purge gas flow in the direction of the volume and impurities are flowed back from the production chamber in an advantageous manner and so can not escape flowing past the outlets. Further, between the peripherally distributed inlets 7 and outlets 8th a circumferential seal 9 arranged. This has the advantage that the purge gas flows only in case of leaks, ie only when needed through the purge gas channel, thus causing a Spülgaseinsparung.

3 zeigt in einer Übersichtsdarstellung und einer Detaildarstellung eines Ausschnitts eine weitere perspektivische Schnittansicht einer Ausgestaltung der Ausgestaltung gemäß 1 und 2, wobei die um den Kolben 10 positionierbaren, umlaufenden Dichtungen 9 zumindest teilweise als Abstreifringe 25 und/oder als Abstreifringe 25 mit Dichtlippe 26 und/oder als Ringdichtung 27 ausgestaltet sind. Der Riegel befindet sich in der zweiten Ruheposition (Riegel überdeckt Öffnung nicht). Auf dem Kolbenboden 11 befindet sich zudem eine Schicht eines Bauteils 20 sowie im Bereich des Randbereichs 12 zusätzlich eine mit dem Bauteil mit aufgebaute Mittel zur Abdichtung 19 (Detaildarstellung), wobei die jeweiligen Oberkanten in einer Ebene mit der Dichtfläche 15 liegen. Der Zwischenraum zwischen Bauteil und Abdichtung einerseits und Kolbenboden und vorgenannter Ebene in Verlängerung der Dichtfläche andererseits ist in der Darstellung mit nicht prozessierten Ausgangsstoffen (Anteil an physikalischen und chemischen Prozessmittel) angefüllt. 5 zeigt die Ausführungsform gemäß 2 bis 4, jedoch mit einem Bauteil 20 und Mitteln zur Abdichtung 19 in einem fortgeschrittenen generativen Fertigungsstadium. Der Kolben 10 ist bereits vollständig aus der Öffnung 5 herausgezogen, sodass die Dichtungen 9 nicht mehr an der Kolbenmantelfläche 13, sondern an der Mantelfläche der Mittel zur Abdichtung 19 angreifen. Der Riegel 16 befindet sich auf der Dichtfläche 15 abseits der Öffnung 5, d.h. in zweiter Ruheposition. 3 shows in an overview and a detailed representation of a section of a further perspective sectional view of an embodiment of the embodiment according to 1 and 2 , being the one around the piston 10 positionable, circumferential seals 9 at least partially as scraper rings 25 and / or as scraper rings 25 with sealing lip 26 and / or as a ring seal 27 are designed. The latch is in the second rest position (latch does not cover opening). On the piston bottom 11 There is also a layer of a component 20 as well as in the area of the edge area 12 in addition to the component with built-up means for sealing 19 (Detail view), wherein the respective upper edges in a plane with the sealing surface 15 lie. The gap between the component and the seal on the one hand and the piston crown and the aforementioned plane in extension of the sealing surface on the other hand is filled in the illustration with unprocessed starting materials (proportion of physical and chemical process agents). 5 shows the embodiment according to 2 to 4 , but with one component 20 and means for sealing 19 in an advanced generative manufacturing stage. The piston 10 is already completely out of the opening 5 pulled out so the seals 9 no longer on the piston skirt surface 13 but on the lateral surface of the means for sealing 19 attack. The bolt 16 is located on the sealing surface 15 away from the opening 5 ie in the second rest position.

6 zeigt ein Schleusenelement der erfindungsgemäßen generativen Fertigungsanlage, wobei in der Fertigungskammer 1 zusätzlich eine abtragende Werkzeugmaschine 32, wie z.B. eine Fräs-, Erodier-, Abspan- oder Laserabtragsanlage, vorzugsweise eine Schleif- oder Fräsmaschine angeordnet ist. Die Werkzeugmaschine ist nahe vorzugsweise oberhalb des Schleusenelements 4 angeordnet, sodass das Werkstück 20 oder die Mittel zur Abdichtung 19 ohne eine Entnahme aus dem Schleusenelement auch zwischen zwei Fertigungsschritten vorzugsweise mechanisch bearbeitbar sind. Dadurch wird die Oberfläche z.B. einer zuvor generativ hergestellten Schicht des Bauteils oder des mindestens einen Mittels zur Abdichtung der Fertigungskammer vor dem Auftragen einer weiteren Schicht bearbeitbar. Unregelmäßigkeiten, die auf der Oberfläche des Bauteils oder dem Mittel zur Abdichtung der Fertigungskammer durch den generativen Fertigungsprozess entstanden sind, sind dadurch glättbar. Beispielsweise lassen sich die mit den Dichtungen 9 in Wechselwirkung stehenden Mantelflächen optimieren. Für eine Bearbeitung der Mantelflächen werden, wie in 6 dargestellt, der Kolben mit den Werkstück 20 und den Mitteln zur Abdichtung 19 in das Volumen eingeschoben, womit aus der Öffnung ragende Mantelflächenbereiche für die Werkzeugmaschine 32 zugänglich werden. Im dargestellten Beispiel ist die Werkzeugmaschine eine Schleifmaschine mit einem sich drehenden zylindrischen Schleifkopf (Drehrichtung durch unteren kleinen Pfeil um den Schleifkopf angedeutet), die bei der Nachbearbeitung entlang der Mantelfläche der Mittel zur Abdichtung 19 geführt wird (Drehrichtung durch oberen großen Pfeil oberhalb des Bauteils angedeutet). Ebenso ist die Oberflächenrauigkeit des Bauteils und/oder des Mittels zur Abdichtung der Fertigungskammer veränderbar, womit sich z.B. Hohlstrukturen in Bauteilen vor einem Verschließen in nachfolgenden Bearbeitungsschritten noch bearbeiten lassen. 6 shows a lock element of the generative manufacturing plant according to the invention, wherein in the production chamber 1 additionally an abrasive machine tool 32 , as for example, a milling, EDM, Abspan- or Laserabtragsanlage, preferably a grinding or milling machine is arranged. The machine tool is preferably close above the lock element 4 arranged so that the workpiece 20 or the means for sealing 19 Preferably, without removal from the lock element between two production steps are mechanically machined. As a result, the surface, for example, of a previously generatively produced layer of the component or of the at least one means for sealing the production chamber before the application of another layer can be processed. Irregularities that have arisen on the surface of the component or the means for sealing the production chamber by the generative manufacturing process are thereby smoothed. For example, those with the seals 9 optimize interacting lateral surfaces. For a processing of the lateral surfaces, as in 6 shown, the piston with the workpiece 20 and the means for sealing 19 inserted into the volume, which protrudes from the opening lateral surface areas for the machine tool 32 become accessible. In the example shown, the machine tool is a grinding machine with a rotating cylindrical grinding head (direction of rotation indicated by lower small arrow around the grinding head), which in the post-processing along the lateral surface of the means for sealing 19 is guided (direction of rotation indicated by upper large arrow above the component). Likewise, the surface roughness of the component and / or the means for sealing the production chamber is changeable, whereby, for example, hollow structures in components can still be processed before closing in subsequent processing steps.

Literatur:Literature:

  • [1] I. Gibson, D. Rosen and B. Stucker, Additive Manufacturing Technologies, Springer Science+Business Media New York 2010, 2015 .[1] Gibson, D. Rosen and B. Stucker, Additive Manufacturing Technologies, Springer Science + Business Media New York 2010, 2015 ,
  • [2] A. Gebhardt, Generative Fertigungsverfahren, Hanser Verlag München 2013 .[2] A. Gebhardt, Generative Manufacturing Processes, Hanser Verlag Munich 2013 ,
  • [3] US 2015/0321255 A1 [3] US 2015/0321255 A1
  • [4] GB 2539485 A [4] GB 2539485 A
  • [5] US 2016/0001364 A1 [5] US 2016/0001364 A1
  • [6] DE 10 2004 057 866 A1 [6] DE 10 2004 057 866 A1
  • [7] DE 10 2014 014 895 A1 [7] DE 10 2014 014 895 A1

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fertigungskammerproduction chamber
22
Wandungwall
33
Volumenvolume
44
Schleusenelementlock element
55
Öffnungopening
66
Spülgas-KanalPurge gas channel
77
Einlassinlet
88th
Auslassoutlet
99
Dichtungpoetry
1010
Kolbenpiston
1111
Kolbenbodenpiston crown
12 12
Randbereichborder area
1313
Kolbenmantelpiston skirt
1414
KolbenvorschubeinrichtungPiston feeder
1515
Dichtflächesealing surface
1616
Riegelbars
1717
Zuführungfeed
1818
Physikalische und/oder chemische ProzessmittelPhysical and / or chemical process agents
1919
Mittel zur AbdichtungMeans for sealing
2020
Bauteilcomponent
2121
Abschlusskappeend cap
2222
Führungsmittelguide means
2323
Verschiebemitteldisplacement means
2424
Abstreifelementstripping element
2525
Abstreifringscraper
2626
Dichtlippesealing lip
2727
Ringdichtungring seal
2828
Kanalchannel
2929
Zylinderbohrungbore
3030
Bogensegmentarc segment
3131
RohrbogenElbows
3232
Abtragende WerkzeugmaschineAbrasive machine tool
3333
Hülleshell
3434
Verteilerstrukturdistribution structure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2015/0321255 A1 [0089]US 2015/0321255 A1 [0089]
  • GB 2539485 A [0089]GB 2539485 A [0089]
  • US 2016/0001364 A1 [0089]US 2016/0001364 A1 [0089]
  • DE 102004057866 A1 [0089]DE 102004057866 A1 [0089]
  • DE 102014014895 A1 [0089]DE 102014014895 A1 [0089]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • A. Gebhardt, Generative Fertigungsverfahren, Hanser Verlag München 2013 [0089]A. Gebhardt, Generative Manufacturing Processes, Hanser Verlag Munich 2013 [0089]

Claims (24)

Generative Fertigungsanlage, umfassend a) eine Fertigungskammer (1) mit einer Wandung (2) um ein Volumen (3), b) mindestens ein in die Wandung (2) eingesetztes Schleusenelement (4), wobei das Schleusenelement (4) eine Öffnung (5) mit mindestens einem in diesen mündenden Spülgas-Kanal (6) mit jeweils mindestens einem Einlass (7) und einem Auslass (8), aufweist, c) ein in die Öffnung (5) des Schleusenelements (4) mit mindestens einer positionierbaren umlaufenden Dichtung (9) dichtend und in einer Kolbenvorschubrichtung gleitend eingesetzter Kolben (10), der einen zum Volumen (3) gerichteten Kolbenboden (11) mit einem Randbereich (12) sowie einen zur Dichtung (9) im Schleusenelement (4) gerichteten Kolbenmantel (13) aufweist, d) eine Kolbenvorschubeinrichtung (14) für zumindest eine axiale Verschiebbarkeit des Kolbens (10) in der Öffnung (5) des Schleusenelements (4) in Kolbenvorschubrichtung außerhalb des Volumens (3), e) eine auf dem Schleusenelement (4) um die Öffnung (5) vorgesehene und zum Volumen weisende Dichtfläche (15), auf der mindestens ein verschiebbarer Riegel (16) aufliegt, f) mindestens eine ausrichtbare Zuführung (17) von physikalischen und/oder chemischen Prozessmitteln (18).Generative production plant, comprising a) a production chamber (1) having a wall (2) about a volume (3), b) at least one sluice element (4) inserted into the wall (2), the sluice element (4) having an opening (5) with at least one flushing gas channel (6) opening into it, each with at least one inlet (7) and one outlet (8), c) a sealingly in the opening (5) of the lock element (4) with at least one positionable circumferential seal (9) and slidably inserted in a piston feed direction piston (10) having a volume (3) directed piston head (11) with an edge region (12) and a seal (9) in the lock element (4) directed piston skirt (13), d) a piston feed device (14) for at least one axial displaceability of the piston (10) in the opening (5) of the lock element (4) in the piston feed direction outside the volume (3), e) a sealing surface (15) provided on the lock element (4) around the opening (5) and facing the volume, on which at least one displaceable latch (16) rests, f) at least one alignable feed (17) of physical and / or chemical processing means (18). Generative Fertigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Randbereich (12) des Kolbenbodens (11) mindestens ein Mittel zur Abdichtung (19) der Fertigungskammer (1) aufgesetzt ist, wobei die Mittel eine Außenwandung fluchtend zum Kolbenmantel (13) aufweist.Generative production plant after Claim 1 , characterized in that on the edge region (12) of the piston head (11) at least one means for sealing (19) of the production chamber (1) is placed, wherein the means has an outer wall in alignment with the piston skirt (13). Generative Fertigungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mittel zur Abdichtung (19) der Fertigungskammer (1) eine Abschlusskappe (21) aufweist,Generative production plant after Claim 2 , characterized in that the at least one means for sealing (19) of the production chamber (1) has an end cap (21), Generative Fertigungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mittel zur Abdichtung (19) der Fertigungskammer zumindest teilweise durch um das durch die generative Fertigungsanlage herzustellende Bauteil (20) gebildet ist.Generative production plant after Claim 2 or 3 , characterized in that the at least one means for sealing (19) of the production chamber is formed at least partially by the component (20) to be produced by the generative manufacturing plant. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleusenelement (4) Führungsmittel (22) und/oder Verschiebemittel (23) aufweist, wobei der mindestens eine Riegel (16) durch die Führungsmittel (22) und/oder Verschiebemittel (23) auf der Dichtfläche (15) führbar und/oder verschiebbar ist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the lock element (4) has guide means (22) and / or displacement means (23), wherein the at least one latch (16) is guided by the guide means (22) and / or displacement means (23 ) on the sealing surface (15) can be guided and / or displaced. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der mindestens eine Riegel (16) auf der Dichtfläche (15) zwischen zwei Endpositionen verschiebbar ist, wobei b) in einer ersten Endposition der Riegel die Öffnung (5) des Schleusenelements (4) vollständig überdeckt, c) in einer zweiten Endposition der Riegel abseits der Öffnung (5) positioniert ist sowie d) der Kolbenboden (11) bündig zur Dichtfläche (15) des Schleusenelements (4) ist und/oder unter die Dichtfläche (15) des Schleusenelements (4) abgesenkt ist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that a) the at least one latch (16) on the sealing surface (15) between two end positions is displaceable, b) in a first end position of the bolt, the opening (5) of the lock element ( 4) is completely covered, c) in a second end position the latch is positioned away from the opening (5) and d) the piston bottom (11) is flush with the sealing surface (15) of the lock element (4) and / or below the sealing surface (15) of the lock element (4) is lowered. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Riegel (16) mindestens ein Abstreifelement (24) aufweist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one latch (16) has at least one stripping element (24). Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine positionierbare umlaufende Dichtung (9) als Abstreifring (25) und/oder als Abstreifring (25) mit Dichtlippe (26) um den Kolbenmantel (13) des Kolbens (10) ausgestaltet ist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that at least one positionable circumferential seal (9) as a scraper ring (25) and / or as a scraper ring (25) with sealing lip (26) around the piston skirt (13) of the piston (10) configured is. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der positionierbaren umlaufenden Dichtungen (9) als innerhalb des Schleusenelements (4) fixierte Ringdichtung ausgestaltet ist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the positionable circumferential seals (9) is configured as within the lock element (4) fixed ring seal. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Öffnung (5) des Schleusenelements (4) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (10) and the opening (5) of the lock element (4) have a circular cross-section. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Öffnung (5) des Schleusenelements (4) einen polygonalen Querschnitt mit oder ohne gerundete Ecken aufweisen.Generative manufacturing plant according to one of the aforementioned Claims 1 to 9 , characterized in that the piston (10) and the opening (5) of the lock element (4) have a polygonal cross-section with or without rounded corners. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Öffnung (5) des Schleusenelements (4) einen elliptischen oder ovalen Querschnitt aufweisen.Generative manufacturing plant according to one of the aforementioned Claims 1 to 9 , characterized in that the piston (10) and the opening (5) of the lock element (4) have an elliptical or oval cross section. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) und die Dichtfläche (15) sowie der und auf jener aufliegende Riegel (16) parallel zueinander angeordnet sind.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the piston head (11) and the sealing surface (15) and the and on that resting bolt (16) are arranged parallel to each other. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) sowie der über jenem aufliegenden Riegel (16) horizontal oder vertikal oder in einem spitzen Winkel zur Horizontalen geneigt angeordnet sind.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head (11) and the overlying latch (16) are arranged horizontally or vertically or inclined at an acute angle to the horizontal. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) senkrecht zur Kolbenvorschubrichtung des Bauteiles angeordnet ist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head (11) is arranged perpendicular to the piston feed direction of the component. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) mit einem Winkel zwischen 0° und 60° geneigt zur Kolbenvorschubrichtung des Bauteiles angeordnet ist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head (11) is arranged at an angle between 0 ° and 60 ° inclined to the piston feed direction of the component. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) und die Dichtfläche (15) sowie der und auf jener aufliegende Riegel (16) horizontal angeordnet sind.Generative manufacturing plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head (11) and the sealing surface (15) and the and on that resting bolt (16) are arranged horizontally. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) und der Kolben (10) senkrecht zum Kolbenboden (11) und/oder der Dichtfläche (15) ausgerichtet sind.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the opening (5) and the piston (10) perpendicular to the piston head (11) and / or the sealing surface (15) are aligned. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11) und/oder der Dichtfläche (15) horizontal von unten zum Volumen (3) oder vertikal ausgerichtet sind.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head (11) and / or the sealing surface (15) are aligned horizontally from below to the volume (3) or vertically. Generative Fertigungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Volumen (3) der Fertigungskammer (1) eine abtragende Werkzeugmaschine (32) angeordnet ist.Generative production plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the volume (3) of the production chamber (1) an eroding machine tool (32) is arranged. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (20) mit einer generativen Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, umfassend die folgenden Verfahrensschritte a)Bereitstellen der generativen Fertigungsanlage mit einer Fertigungskammer (1) sowie von physikalischen und chemischen Prozessmitteln (18) innerhalb der Fertigungskammer, geeignet zur generativen Fertigung des Bauteils, b)Positionierung des Riegels (16) auf der Dichtfläche (15) in eine erste Position über der Öffnung (5) des Schleusenelements, wobei die Öffnung vollständig von dem Riegel überdeckt ist, c)Bereitstellung einer Prozess-Atmosphäre durch Einleitung eines inerten Gases in das Volumen (3) der Fertigungskammer (1), d)Einschieben in Kolbenvorschubrichtung und Positionierung des Kolbens (10) in der Öffnung (5) des Schleusenelements (4), wobei der Kolbenboden (11) unterhalb des Riegels (16) positioniert wird, e)Verschieben des Riegels (16) auf der Dichtfläche (15) in eine zweite Position abseits der Öffnung (5), f)Schichtweise generativer Aufbau eines Bauteils (20) mit mehreren Schichten auf dem Kolbenboden (11), umfassend ein mehrfaches Durchfahren der folgenden Verfahrensteilschrittfolge i) Einbringen von physikalischen und chemischen Prozessmitteln (18) in die Öffnung auf den Kolbenbden, ii) Prozessierung einer Schicht als ein Teil des Bauteils (20) mit einer generativ gefertigten Höhe aus zumindest eines Teils der physikalischen und chemischen Prozessmittel (18) über den Kolbenboden, iii)Verfahren des Kolbens (10) um eine Weglänge entsprechend der generativ gefertigten Höhe vom Volumen (3) weg aus der Öffnung (5) des Schleusenelements (4) heraus, g)Positionierung des Riegels (16) auf der Dichtfläche (15) in die erste Position über der Öffnung (5) des Schleusenelements, wobei die Öffnung vollständig von dem Riegel überdeckt ist, h)Entfernung der physikalischen und chemischen Prozessmittel (18) zwischen Kolbenboden (11) und Riegel (16), die nicht in eine Schicht eingebunden sind, i)Herausziehen des Kolbens (10) mit dem Bauteil (20) aus der Öffnung (5) des Schleusenelements (4) in Kolbenvorschubrichtung vom Volumen (3) weg, j)Lösen des Bauteils (20) von dem Kolbenboden (11).Method for producing a component (20) with a generative production plant according to one of the Claims 1 to 20 comprising the following method steps a) providing the generative production plant with a production chamber (1) and physical and chemical processing means (18) within the production chamber, suitable for the generative production of the component, b) positioning the bolt (16) on the sealing surface (15 ) in a first position above the opening (5) of the lock element, the opening being completely covered by the lock, c) providing a process atmosphere by introducing an inert gas into the volume (3) of the production chamber (1), d) Insertion in the piston feed direction and positioning of the piston (10) in the opening (5) of the lock element (4), wherein the piston head (11) is positioned below the bolt (16), e) displacement of the bolt (16) on the sealing surface (15 ) in a second position away from the opening (5), f) in layers generative structure of a component (20) with several layers on the piston head (11), comprising e i) introducing physical and chemical process means (18) into the opening on the piston plates, ii) processing a layer as a part of the component (20) with a generatively manufactured height from at least part of the physical and chemical Process means (18) via the piston head, iii) moving the piston (10) by a path length corresponding to the generatively manufactured height from the volume (3) away from the opening (5) of the lock element (4), g) positioning the bolt (16 ) on the sealing surface (15) in the first position above the opening (5) of the lock element, wherein the opening is completely covered by the bolt, h) removal of the physical and chemical processing means (18) between piston head (11) and bolt (16 ), which are not involved in a layer, i) pulling out the piston (10) with the component (20) from the opening (5) of the lock element (4) in Kolbenvors chubrichtung away from the volume (3), j) releasing the component (20) from the piston head (11). Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit Verfahrensschritt f) mindestens ein Mittel zur Abdichtung (19) der Fertigungskammer (1) auf dem Randbereich (12) des Kolbenbodens (11) schichtweise generativ mit aufgebaut wird, wobei die Mittel eine Außenwandung fluchtend zum Kolbenmantel (13) aufweist sowie mit Verfahrensschritt j) ein Lösen der auch der Mittel zur Abdichtung (19) erfolgt.Method according to Claim 21 , characterized in that with method step f) at least one means for sealing (19) of the production chamber (1) on the edge region (12) of the piston head (11) is generatively built up in layers, wherein the means an outer wall in alignment with the piston skirt (13) as well as with method step j) a release of the means for sealing (19) takes place. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mit Verfahrensschritt f) ferner ein schichtweises generatives Aufbauen einer geschlossenen Abschlusskappe (21) mit mindestens einer Schicht auf dem Mittel zur Abdichtung (19) der Fertigungskammer (1) und um das Bauteil (20) generativ aufgebaut wird.Method according to Claim 22 , characterized in that method step f) further generatively builds up a layered generative construction of a closed end cap (21) with at least one layer on the means for sealing (19) of the production chamber (1) and around the component (20). Verfahren nach Anspruch 23, umfassend ein Verschließen des Riegels zur Abdichtung (19) der Fertigungskammer (1) bei gleichzeitiger Absaugung physikalischer und chemischer Prozessmittel (18), die nicht in eine Schicht eingebunden sind, zwischen Bauteil (20) und dem mindestens einem Mittel (19) zur Abdichtung der Fertigungskammer (1).Method according to Claim 23 comprising closing the bolt (19) of the manufacturing chamber (1) while simultaneously extracting physical and chemical process means (18) not incorporated in a layer between the component (20) and the at least one sealing means (19) the production chamber (1).
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