DE102018128243A1

DE102018128243A1 - Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile

Info

Publication number: DE102018128243A1
Application number: DE102018128243.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Maiwald-Immer; Axel Helm
Original assignee: Am Metals GmbH
Current assignee: Am Metals GmbH
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-14
Also published as: JP2022513016A; EP3880390A1; WO2020099305A1; CN113195131B; CN113195131A; US20210394273A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen mittels mindestens einer Beschichtungseinheit (13) und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Bestrahlungseinheit, umfassend eine Prozesskammer (17) mit mindestens einer hitzereflektierenden Einrichtung, insbesondere hitzereflektierenden Schicht (20a, 20b), die mindestens einen Abschnitt einer Oberfläche innerhalb der Prozesskammer (17) abschirmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben sowie ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Herstellvorrichtung.
Herstellvorrichtungen und entsprechende Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Zum schichtweisen Aufbringen ist üblicherweise mindestens eine entsprechende Beschichtungseinheit vorgesehen. Für das örtlich selektive Verfestigen wird üblicherweise eine entsprechende Bestrahlungseinheit (z.B. umfassend mindestens einen Laser) bereitgestellt. In vielen Anwendungen können beim Betrieb der Herstellvorrichtungen vergleichsweise hohe Temperaturen erreicht werden (beispielsweise von 500 °C oder mehr). Oftmals wird beispielsweise ein Baufeld auf eine erhöhte Temperatur gebracht, um die additive Fertigung zu vereinfachen oder überhaupt erst zu ermöglichen (bei bestimmten Materialien). Zur Reduzierung einer entsprechenden Wärmebelastung wird beispielsweise gemäß DE 10 2013 222 339 A1 vorgeschlagen, einen Vertikalantrieb für den Antrieb einer Trägervorrichtung für eine Plattform durch eine Wand abzutrennen, wobei diese Wand ein thermisch isolierendes Material umfasst.
Weiterhin werden in WO 2017/075285 A1 Wände beschrieben, die kühlbar sein sollen. Schwerpunktmäßig geht es hier jedoch nicht um die Entfernung unerwünschter Hitze, sondern das konditionierte Herunterkühlen, um einen Herstellungsvorgang (durch Erstarren) zu verbessern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache und dennoch effektive Lösung bereitzustellen, um eventuelle Beeinträchtigungen bzw. Schäden durch in der Prozesskammer generierte Hitze zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch eine Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen mittels mindestens einer Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Bestrahlungseinheit (insbesondere umfassend mindestens einen Laser), umfassend eine Prozesskammer mit mindestens einer hitzereflektierenden Einrichtung, insbesondere hitzereflektierenden Schicht, die mindestens einen Abschnitt einer Oberfläche innerhalb der Prozesskammer abschirmt.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, eine hitzereflektierende Einrichtung (insbesondere Schicht) vorzusehen, so dass bestimmte Bereiche der Herstellvorrichtung gegenüber der in der Prozesskammer erzeugten Hitze abgeschirmt werden können. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein unerwünschtes Überhitzen ggf. empfindlicher Bereiche (wie beispielsweise von Antrieben) vermieden oder zumindest reduziert werden. Auf einfache Art und Weise kann die Herstellvorrichtung auch dann betrieben werden, wenn ein hoher Wärmeeintrag (insbesondere im Bereich eines Baufelds) erfolgt. Dadurch können Kosten, insbesondere bei der Herstellung und/oder im Betrieb reduziert werden.
Die Herstellvorrichtung umfasst (neben mindestens einer Beschichtungseinheit sowie mindestens einer Bestrahlungseinheit) vorzugsweise mindestens eine (Bau-)Plattform zum Aufbau des dreidimensionalen Bauteils. Weiterhin kann eine Absenkvorrichtung (Hubvorrichtung) für die Bauplattform vorgesehen sein, so dass eine jeweils neue Ebene des dreidimensionalen Bauteils herstellbar ist. Für eine derartige Verstellung kann ein entsprechender Verstellantrieb (Vertikalantrieb) vorgesehen sein. Weiterhin ist insbesondere mindestens eine Heizvorrichtung zur Erwärmung eines Baufelds der Herstellvorrichtung vorgesehen (beispielsweise durch Bestrahlung und/oder durch entsprechende Heizeinrichtungen wie beispielsweise Widerstandsheizeinrichtungen und/oder mit einem aufgeheizten Fluid arbeitende Heizreinrichtungen). Als Heizstrahler bzw. Heizelement wird bevorzugt mindestens ein Element auf Laser-Basis, z. B. umfassend mindestens ein entsprechendes Laser-Diodenarray, inbesondere auf VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)- Basis eingesetzt. Derartige Elemente erzeugen ausgehend von einer kleinen Fläche eine sehr stark gerichtete Strahlung. Dabei können die einzelnen Laser-Elemente gezielt ansteuerbar sein bzw. angesteuert werden, wodurch die Strahlungsverteilung und somit die Temperatur auf der Baufeldoberfläche sehr gut gesteuert werden kann.
Die Bestrahlungseinheit umfasst vorzugswese mindestens einen Laser.
Die mindestens eine Beschichtungseinheit umfasst vorzugsweise mindestens einen Beschichtungsarm, der vorzugsweise horizontal beweglich ist, so dass das Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht werden kann. Dazu kann das Material mittels einer entsprechenden Vorratseinrichtung (Vorratsbehälter) für das Aufbaumaterial bereitgestellt werden. Überschüssiges Aufbaumaterial kann insbesondere in einer entsprechenden Auffangeinrichtung (Auffangbehälter) aufgefangen werden.
Die erfindungsgemäße (additive) Herstellvorrichtung und das entsprechende Herstellungsverfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass Objekte (Bauteile) durch Verfestigen eines (insbesondere formlosen) Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden können. Die Verfestigung kann durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlung desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, zum Beispiel beim Lasersintern („SLS“ oder „DMLS“), Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen, herbeigeführt werden. Vorzugsweise ist die Herstellvorrichtung als Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildet. Beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird der Einwirkbereich des Laserstrahls (Laserfleck) auf eine Schicht des Aufbaumaterials über jene Stellen der Schicht bewegt, die dem Bauteilquerschnitt des herzustellenden Bauteils in dieser Schicht entsprechen. Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen mit mindestens einem Laserstrahl örtlich selektiv verfestigt.
Unter einer Abschirmung ist insbesondere zu verstehen, dass die (jeweilige) hitzereflektierende Einrichtung zumindest abschnittsweise zwischen einer Hitzequelle (z.B. einem Baufeld der Herstellvorrichtung) und dem zu schützenden bzw. abzuschirmenden Abschnitt der Oberfläche liegt. Unter einer Oberfläche innerhalb der Prozesskammer kann jegliche Oberfläche verstanden werden, die innerhalb der Prozesskammer angeordnet ist, also insbesondere innerhalb einer die Prozesskammer definierenden (Außen-)Wandung. Auch Innenflächen einer derartigen (Außen-)Wandung sind daher in diesem Sinne innerhalb der Prozesskammer angeordnet. Insbesondere kann es sich hier um Oberflächen handeln, die mit einem innerhalb der Prozesskammer befindlichen (Prozess-)Gas in Kontakt kommen bzw. in Kontakt kommen würden, wenn die hitzereflektierende Einrichtung nicht entsprechend vorgesehen wäre.
Die hitzereflektierende Einrichtung kann unmittelbar mit dem abzuschirmenden Abschnitt verbunden sein (was bevorzugt ist) oder ggf. nur mittelbar bzw. beabstandet zu diesem abzuschirmenden Abschnitt angeordnet sein.
Unter einem Baufeld ist insbesondere ein zweidimensionaler Bereich (2D-Teilbereich) einer Arbeitsebene der Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung zu verstehen, in dem die Strahlen der mindestens einen Bestrahlungseinheit zur selektiven Verfestigung auf das Aufbaumaterial auftreffen können bzw. in dem sich ein das Bauteil aufnehmender Baubehälter erstreckt, der (auch) das (unverfestigte) Aufbaumaterial enthalten kann. Insofern ist die Fläche des Baufeldes für die Fertigung nutzbar. Insbesondere kann das Baufeld als die oberste Pulverschicht (2D-Oberfläche) verstanden werden. Das Baufeld ist vorzugsweise rund, insbesondere zumindest im Wesentlichen kreisförmig, kann aber auch andere Formen annehmen, beispielsweise rechteckförmig, insbesondere quadratisch.
Vorzugsweise ist die Herstellvorrichtung derart konfiguriert, dass zunächst (zur additiven Fertigung) das (pulverförmige) Aufbaumaterial (zumindest abschnittsweise zumindest an seiner Oberfläche) auf vergleichsweise hohe Temperaturen (z.B. größer als 200 °C oder größer als 500 °C oder größer als 700 °C, ggf. größer als 900 °C oder größer als 1000 °C) vorgeheizt wird und anschließend mittels der mindestens einen Bestrahlungseinheit selektiv verfestigt wird. Ein derartiges Vorheizen und die resultierende Wärmeenergie während der Bestrahlung durch die Bestrahlungsquelle haben zur Folge, dass sich Teile der Herstellvorrichtung (bei denen dies nicht erwünscht ist) erhitzen (und beispielsweise die Wärme durch eine Gasströmung nicht mehr abgeführt werden kann). Durch die hitzereflektierende Einrichtung kann dabei erreicht werden, dass bestimmte Bauteile der Herstellvorrichtung vergleichsweise einfach und günstig herstellbar sind bzw. bleiben. Insbesondere kann erreicht werden, dass keine besonders teuren Materialien zum Einsatz kommen müssen, die sich durch eine (äußerst hohe) Hitzebeständigkeit auszeichnen.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der Erfindung (der jedoch besonders bevorzugt mit dem obigen Aspekt einer hitzereflektierenden Einrichtung kombiniert wird) wird vorgeschlagen, die Herstellvorrichtung mit mindestens einer (aktiven) Kühleinrichtung auszustatten, insbesondere umfassend mindestens eine Kühlplatte und/oder Kühlwand. Durch eine derartige Kühleinrichtung kann in bestimmten Bereichen Wärme abgeführt werden, was ebenfalls (zumindest in bestimmten Bereichen) das Auftreten von hohen bzw. zu hohen Temperaturen verhindert. Gerade in Kombination mit der hitzereflektierenden Einrichtung wird auf vorteilhafte Art und Weise erreicht, dass einerseits - über die hitzereflektierende Einrichtung - bestimmte (ggf. besonders sensible) Bereiche unmittelbar geschützt werden und andererseits - durch die (aktive) Kühleinrichtung - die reflektierte Wärme letztlich auch abgeführt werden kann. Dadurch wird auf besonders einfache und effektive Art und Weise verhindert, dass die Herstellvorrichtung (im Betrieb) beschädigt wird bzw. außer Funktion gesetzt wird.
Eine aktive Kühlung bedeutet insbesondere, dass ein Kühlmedium (Kühlfluid, insbesondere Kühlflüssigkeit) innerhalb mindestens eines (Fluid-)Kanales strömbar ist, so dass das Kühlmedium (Kühlfluid) Wärme aufnehmen kann und zu einem Ort außerhalb der Prozesskammer geführt werden kann, wo es die Wärme wieder abgibt. Insofern kann die aktive Kühleinrichtung mindestens eine Fluidstromfördereinrichtung, z.B. Pumpe und/oder Gebläse, aufweisen. Derartige Bauteile können jedoch auch ggf. extern bereitgestellt werden (so dass die Herstellvorrichtung insofern nur entsprechende Anschlussmöglichkeiten aufweist).
Unter einer Kühlplatte ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, die separat zu (Außen-)Wänden der Herstellvorrichtung ausgebildet ist bzw. einen Plattenrand aufweist, der nicht (fest) mit einer (Außen-)Wandung der Herstellvorrichtung verbunden ist. Eine derartige Kühlplatte kann eine konstante (oder alternativ auch schwankende) Dicke aufweisen. Die Dicke ist vorzugsweise (wesentlich) geringer als eine maximale (geometrische) Erstreckung der Kühlplatte senkrecht zu der Dickenrichtung. Eine derartige maximale Erstreckung ist vorzugsweise mindestens 5-mal, weiter vorzugsweise mindestens 20-mal so groß wie die Dicke. Insoweit die Dicke schwankt, soll hier eine durchschnittliche Dicke oder eine Dicke des größten zusammenhängenden Bereichs mit konstanter Dicke herangezogen werden. Die Kühlplatte ist vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet. In einem derartigen Fall wäre die obige maximale Erstreckung die Rechteck-Diagonale.
Eine Dicke der Kühlplatte beträgt vorzugsweise mindestens 3 mm, weiter vorzugsweise mindestens 5 mm und/oder höchstens 50 mm, vorzugsweise höchstens 15 mm. Mindestens ein Fluidkanal kann innerhalb der Kühlplatte angeordnet sein, oder an der Kühlplatte (beispielsweise als an einer Oberfläche der Kühlplatte angeordnete Kühlschleife) angeordnet sein. Der mindestens eine (Fluid-)Kanal kann eine oder mehrere Umlenkung(en) aufweisen, die beispielsweise mäandrierend und/oder schleifenartig verlaufen.
Die Kühlwand kann grundsätzlich wie die Kühlplatte ausgebildet sein. Eine Kühlwand kann insbesondere zwei Teilbereiche (Räume) der Herstellvorrichtung voneinander abgrenzen. Alternativ kann eine Kühlwand die Herstellvorrichtung nach Außen abgrenzen, insbesondere eine Gehäusewand zumindest abschnittsweise ausbilden. Bei der Kühlwand kann es sich insbesondere um eine Gehäuse-(Außen-)Wand handeln bzw. kann es sich um eine Wand handeln, die die Herstellvorrichtung nach außen abgrenzt. Bei der Kühlwand kann es sich jedoch beispielsweise auch um eine Trennwand handeln, die einzelne Bereiche innerhalb eines die Herstellvorrichtung definierenden Gehäuses voneinander abgrenzt.
Das (pulverförmige) Aufbaumaterial umfasst vorzugsweise mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Material mit einem vergleichsweise hohen Schmelzpunkt, wie beispielsweise ein Schmelzpunkt von größer oder gleich 800 °C, vorzugsweise größer oder gleich 1000 °C (ggf. größer oder gleich 1200 °C; oder größer oder gleich 1800 °C; oder größer oder gleich 2000 °C) insbesondere umfassend Metall, beispielsweise (hochfestes) Aluminium, Titan, Nickel, Eisen, und/oder Wolfram und/oder Myolybdän und/oder Legierungen davon, beispielsweise eine Titanaluminium-Legierung, und/oder ein Titanaluminid. Vorzugswiese besteht das Aufbaumaterial zu mindestens 10 Gew.- %, weiter vorzugsweise 50 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 99 Gew.-%, aus einem oder mehreren Metall/en.
Besonders bevorzugt ist die hitzereflektierende Einrichtung derart angeordnet, dass sie zumindest einen Abschnitt einer sich während des Betriebes der Herstellvorrichtung bewegenden Komponente der Herstellvorrichtung, abschirmt. Besonders bevorzugt schirmt die hitzereflektierende Einrichtung zumindest einen Abschnitt eines Beschichtungsarmes der Beschichtungseinheit ab. Dadurch kann bei derartigen sich bewegenden Komponenten auf bevorzugte Art und Weise auf (aktive) Kühlkomponenten (Kühleinrichtungen) verzichtet werden, die mit der sich bewegenden Komponente mitbewegt würden. Beispielsweise kann dann auf entsprechende Schlauchsysteme für ein Kühlmedium (Fluid) für einen beweglichen Betrieb verzichtet werden. Derartige Schlauchsysteme sind vergleichsweise teuer und stellen Fehlerquellen dar und verringern damit die Zuverlässigkeit der Herstellvorrichtung. Besonders bevorzugt wird zumindest ein Abschnitt eines Beschichtungsarms der Beschichtungseinheit abgeschirmt. Weiter bevorzugt wird (zumindest im Wesentlichen) die gesamte Oberfläche des Beschichtungsarms beschichtet. Dadurch kann die Fläche nicht beschichteten Materials verringert werden, über die Wärme an einen/den Antrieb übertragen werden kann. Dabei wurde erkannt, dass insbesondere über den Beschichtungsarm Hitze in Richtung eines Antriebs der Beschichtungseinheit geleitet wird, die dann wiederum problematisch für diesen Antrieb ist. Durch eine hitzereflektierende Einrichtung (unmittelbar) am Beschichtungsarm kann ein derartiger Wärmeübertrag reduziert werden. Damit kann auf einfache Art und Weise eine robuste Herstellvorrichtung realisiert werden.
In einer konkreten Ausführungsform schirmt die hitzereflektierende Einrichtung zumindest einen Abschnitt der zumindest einen Beschichtungseinheit ab, insbesondere zumindest einen Abschnitt eines Antriebs der mindestens einen Beschichtungseinheit. Dadurch wird es ermöglicht, dass für den Antrieb selbst Strukturen und/oder Materialien zum Einsatz kommen können, die hinsichtlich einer Hitzebeständigkeit weniger aufwändig sind als im Vergleich zu einer Ausbildung ohne hitzereflektierende Einrichtung. Es kann gezielt die Beschichtungseinheit bzw. deren Antrieb geschützt werden.
Vorzugsweise schirmt die hitzereflektierende Einrichtung mindestens einen Abschnitt einer Prozesskammerwand und/oder einer die Prozesskammer unterteilenden Trennwand ab. Unter einer Prozesskammerwand ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise eine (zumindest im Wesentlichen vertikal verlaufende) Seitenwand zu verstehen, es kann sich jedoch dabei auch um eine Deckenwand handeln. Auf derartigen Wänden kann auf vergleichsweise einfache Art und Weise eine hitzereflektierende Einrichtung aufgebracht werden, wodurch auf einfache Art und Weise Komponenten der Herstellvorrichtung geschützt werden können.
Die hitzereflektierende Einrichtung ist vorzugsweise (zumindest abschnittsweise, ggf. vollständig) oberhalb eines Niveaus des Baufeldes angeordnet. Dadurch kann ein effektiver Schutz vor vom Baufeld emittierter Hitze realisiert werden.
Die Beschichtungseinheit, insbesondere ein (der) Antrieb der Beschichtungseinheit, ist vorzugsweise teilweise hinter einer, insbesondere seitlichen, Trennwand, insbesondere Trennblech, angeordnet. Die hitzereflektierende Einrichtung schirmt diese Trennwand vorzugsweise zumindest abschnittsweise ab, ist weiter vorzugsweise zumindest abschnittsweise, insbesondere unmittelbar, auf diese Trennwand aufgebracht. Dadurch kann die Beschichtungseinheit, insbesondere deren Antrieb, auf einfache und zuverlässige Art und Weise vor zu hohen Temperaturen geschützt werden. Die hitzereflektierende Einrichtung kann mittelbar oder unmittelbar mit dem jeweiligen abzuschirmenden Abschnitt verbunden sein.
Die hitzereflektierende Einrichtung ist vorzugsweise stoffschlüssig mit dem jeweiligen abzuschirmenden Abschnitt verbunden.
Unter einer seitlichen Trennwand ist vorzugsweise jegliche Wand zwischen einer oberen Wand bzw. Decke und einem Boden der Herstellvorrichtung zu verstehen (die keine Außenwand darstellt). Derartige Wände können im Wesentlichen senkrecht verlaufen. Konkret kann es sich bei der Seitenwand um eine baufeldnahe und/oder rückseitige Seite handeln (baufeldnah in dem Sinne, dass die baufeldnahe Seitenwand diejenige Seitenwand ist, die dem Baufeld am nächsten ist oder zumindest näher ist als benachbarte Seitenwände). Eine Rückseite ist insbesondere dadurch definiert, dass diese am weitesten entfernt ist (bzw. gegenüberliegt) von einer „Frontseite“, die wiederum vorzugsweise durch eine verschließbare Öffnung (insbesondere, ggf. verschwenkbare, Tür) definiert sein kann. Bei der hier erwähnten Trennwand kann es sich um eine erste Trennwand handeln. Es können noch weitere, beispielsweise eine zweite (insbesondere die weiter unten erwähnte zweite) Trennwand vorgesehen sein.
Eine Schichtdicke der hitzereflektierenden Schicht beträgt vorzugsweise mindestens 5 nm, weiter vorzugsweise mindestens 10 nm, weiter vorzugsweise mindestens 50 nm, ggf. mindestens 100 nm und/oder höchstens 10 µm, vorzugsweise höchstens 1 µm, weiter vorzugsweise höchstens 500 nm, weiter vorzugsweise höchstens 200 nm.
Eine (ausgesetzte) Oberfläche mindestens einer oder sämtlicher hitzereflektierenden/er Einrichtung/en kann mindestens 10 cm², vorzugsweise mindestens 100 cm², weiter vorzugsweise mindestens 1000 cm² und/oder höchstens 10000 cm², vorzugsweise höchstens 5000 cm² betragen. Unter einer ausgesetzten Oberfläche ist insbesondere diejenige Oberfläche der hitzereflektierenden Einrichtung zu verstehen, auf die (im Betrieb) Wärmestrahlung auftrifft. Eine derartige ausgesetzte Oberfläche kann insbesondere mit einem Gas innerhalb der Prozesskammer in Kontakt stehen.
Eine (die) ausgesetzte Oberfläche der hitzereflektierenden Einrichtung beträgt vorzugsweise mindestens 5 %, weiter vorzugsweise mindestens 20 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 50 % und/oder zumindest (annähernd exakt) 100 % oder ggf. weniger als 100 %, ggf. höchstens 90 % einer gesamten ausgesetzten Oberfläche zumindest einer Wand (beispielsweise Seitenwand) oder eines Bauteils, insbesondere des Beschichtungsarms, innerhalb der Prozesskammer.
Generell kann die hitzereflektierende Einrichtung auf einer, zwei oder mehr Wänden aufgebracht sein. In einer Ausführungsform ist die hitzereflektierende Einrichtung jedoch nur auf einer (Seiten-)Wand, nämlich (was jedoch nicht zwingend ist) einer hinteren (rückseitigen) (Trenn-)Wand angeordnet.
Ein Material der hitzereflektierenden Einrichtung umfasst vorzugsweise zumindest teilweise: mindestens ein Metall oder mindestens eine Metalllegierung, vorzugsweise umfassend Al, Ni, Cr, Fe, Au, Ag und/oder Pt, besonders bevorzugt umfassend Au und/oder Ag. Die jeweiligen Metalle, insbesondere Edelmetalle (in Kombination oder für sich), vorzugsweise Gold können zu mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, ggf. mindestens 90 Gew.-% oder mindestens 98 Gew.-% enthalten sein.
Eine Abschirmung des jeweiligen Abschnitts kann zumindest teilweise dadurch erfolgen, dass auf den jeweiligen Abschnitt eine hitzereflektierende Schicht, insbesondere Beschichtung, vorzugsweise durch stoffschlüssiges Aufbringen, beispielsweise Aufdampfen und/oder Aufsprühen und/oder Aufrakeln und/oder Eintauchen und/oder Galvanisieren und/oder Kleben, aufgebracht wird.
Unter einer Schicht ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, die flächig an dem abzuschirmenden Abschnitt angeordnet ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Folie handeln, die auf den Abschnitt aufgebracht und/oder um einen Abschnitt herumgewickelt ist. Bei einer Beschichtung handelt es sich um einen Spezialfall einer Schicht. Eine Beschichtung soll insbesondere dann vorliegen, wenn die Schicht des hitzereflektierenden Materials (groß-)flächig, insbesondere vollflächig mit dem abzuschirmenden Abschnitt verbunden ist.
Die hitzereflektierende Schicht (Beschichtung), z. B. aus Gold, kann auf einer Haftvermittlungsschicht, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von mehr als 2 nm und/oder weniger als 100 nm, vorzugsweise weniger als 5 nm, (z. B. umfassend Ni und/oder Cr) aufgebracht sein. Zur Aktivierung einer mit der hitzereflektierenden Schicht (Beschichtung), z. B. aus Gold, zu beschichtenden Oberfläche kann eine Vorbehandlung, insbesondere Plasmavorbehandlung, erfolgen.
Gegebenenfalls kann ein Abstand zwischen abzuschirmendem Abschnitt und hitzereflektierender Einrichtung vorliegen, beispielsweise von mindestens 0,1µm und/oder höchstens 100 mm, vorzugsweise höchstens 10 mm. Bevorzugt ist jedoch, dass die hitzereflektierende Einrichtung (Schicht) unmittelbar auf dem abzuschirmenden Abschnitt anliegt.
Eine (ausgesetzte) Oberfläche der hitzereflektierenden Einrichtung ist vorzugsweise poliert und/oder weist eine (mittlere) Rauheit (vorzugsweis nach ISO 1302:2002) von vorzugsweise weniger als 1 µm, weiter vorzugsweise weniger als 500 nm auf.
Bei einer angenommenen Wellenlänge von 5 µm sowie einem angenommenen senkrechten Einfallswinkel, der auf die hitzereflektierende Einrichtung (Schicht) auftreffenden (Wärme-)Strahlung soll die hitzereflektierende Einrichtung vorzugsweise (zumindest bereichsweise) einen Reflexionsgrad (Verhältnis zwischen reflektierter und einfallender Intensität) von mindestens 80 %, weiter vorzugsweise mindestens 90 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 95 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 99 % aufweisen. Auch wenn eine derartige Wellenlänge und auch ein senkrechter Einfallswinkel (im Betrieb) realisiert sein kann, dienen diese Werte hier zunächst nur zur Festlegung bzw. Bestimmung des Reflexionsgrades. Dieser kann in Abhängigkeit von der tatsächlich vorliegenden Wellenlänge und dem tatsächlich vorliegenden Einfallswinkel abweichen. Beispielsweise bei Gold ist die Reflexion jedoch auch ab (zumindest ungefähr) 1 µm (zumindest im Wesentlichen) wellenlängenunabhängig.
Mindestens eine (aktive) Kühleinrichtung ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie mindestens eine Linie schneidet, die senkrecht auf zumindest einen (ausgesetzten) Oberflächenabschnitt der hitzereflektierenden Einrichtung steht, schneidet. Dadurch kann von der hitzereflektierenden Einrichtung reflektierte Hitze besonders effektiv abgeführt werden.
Mindestens eine (aktive) Kühleinrichtung kann gegenüber der hitzereflektierenden Einrichtung, insbesondere in bzw. an einer mindestens einem Abschnitt der hitzereflektierenden Einrichtung gegenüberliegenden Wand, angeordnet sein. Auch dadurch kann auf effektive Art und Weise von der hitzereflektierenden Einrichtung reflektierte Hitze abgeführt werden.
In Ausführungsformen kann mindestens eine (aktive) Kühleinrichtung in mindestens einem, vorzugsweise baufeldnahen, Seitenbereich, vorzugsweise in einem zumindest einem Abschnitt der hitzereflektierenden Einrichtung gegenüberliegenden (Font-)Seitenbereich, vorzugsweise an und/oder in einer Tür, angeordnet sein. Dadurch kann besonders vorteilhaft (reflektierte) Wärme abgeführt werden.
Mindestens eine (aktive) Kühleinrichtung kann in einem Deckenbereich, vorzugsweise in oder unterhalb einer abgehängten Decke oder eine derartige Decke definierend, angeordnet sein. Auch dadurch kann auf effektive Art und Weise Hitze abgeführt werden, insbesondere wenn diese von einer hitzereflektierenden Einrichtung auf einer Seitenwand (insbesondere rückseitigen Seitenwand) reflektiert wird. Insbesondere von Baufeld stammende Wärmestrahlung, die dann über eine an einer Seitenwand (insbesondere rückseitigen Seitenwand) angeordneten hitzereflektierenden Einrichtung, in Richtung einer (ggf. abgehängten) Decke reflektiert wird, kann dadurch effektiv abgeführt werden.
In alternativen Ausführungsformen kann mindestens eine (aktive) Kühleinrichtung in mindestens einem der hitzereflektierenden Einrichtung nicht-gegenüberliegenden und/oder keine hitzereflektierenden Einrichtung aufweisenden Seitenbereich, angeordnet sein.
Mindestens eine (aktive) Kühleinrichtung, insbesondere Kühlplatte, kann als separates Modul vorliegen, das vorzugsweise an oder beabstandet zu einer Innenfläche einer Kammer-(Außen-)Wandung oder Trennwand montiert oder montierbar ist. Die Montage ist vorzugsweise reversibel (in dem Sinne, dass die Montage über lösbare, ggf. manuell lösbare, Befestigungseinrichtungen erfolgt). Auf diese Art und Weise kann besonders einfach eine Ausrüstung bzw. Aufrüstung oder Nachrüstung einer (bestehenden) Herstellvorrichtung durchgeführt werden.
Mindestens eine (aktive) Kühleinrichtung kann mindestens einen Fluidkanal, vorzugsweise in oder an der Kühlplatte und/oder Kühlwand aufweisen, der von einem Kühl-Fluid, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar ist. Der Fluidkanal kann (zumindest abschnittsweise) einen runden oder ovalen oder rechteckförmigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweisen.
Eine Querschnittsfläche (senkrecht auf eine Strömungsrichtung) kann zumindest abschnittsweise mindestens 0,05 cm², vorzugsweise mindestens 0,4 cm² und/oder höchstens 8 cm², vorzugsweise höchstens 2 cm² betragen.
Es kann (können) eine, zwei oder mehr Kühlschleife(n), ggf. mit jeweils eigenen (Fluid-)Einlässen und/oder (Fluid-)Auslässen, vorgesehen sein. Eine erste Kühlschleife kühlt insbesondere einen baufeldnahen Mittelbereich kühlen. Eine zweite Kühlschleife kann für äußere Bereiche der Kühlplatte vorgesehen sein und/oder (zumindest teilweise) um die erste Kühleinrichtung herum angeordnet sein. Durch eine derartige Aufteilung kann ein baufeldnaher Mittelteil besonders effektiv gekühlt werden. Ein Auslass der zweiten (äußeren) Kühlschleife kann ggf. mit einem Einlass der ersten Kühlschleife verbunden werden und somit zuerst Außenbereiche gekühlt werden und dann ein Mittelteil. Gemäß einem eigenständigen (weiterbildenden) Erfindungsgedanken werden also mindestens zwei Kühlschleifen innerhalb einer Kühlplatte vorgeschlagen, wobei eine erste Kühlschleife innerhalb der zweiten Kühlschleife angeordnet ist (so dass über die erste Kühlschleife besonders effektiv ein baufeldnaher Bereich abgekühlt werden kann).
Innerhalb mindestens einer (aktiven) Kühleinrichtung, insbesondere Kühlplatte, kann eine (transparente) Öffnung vorgesehen sein. Dadurch kann trotz der vorgesehenen Kühleinrichtung ein Inneres der Prozesskammer zumindest teilweise eingesehen werden. Dies vereinfacht den Betrieb der Herstellervorrichtung .
Mindestens eine (aktive) Kühlplatte kann einteilig oder ggf. mehrteilig ausgebildet sein. Eine mehrteilige Ausbildung erleichtert bzw. ermöglicht insbesondere ein Nachrüsten einer (bestehenden) Herstellvorrichtung. Beispielsweise können Einzelteile der Kühlplatte durch eine Öffnung (z.B. Tür) eingeführt werden und innerhalb der Prozesskammer dann zu einer zusammengesetzten Kühlplatte verbunden werden. Beispielsweise kann mindestens eine (aktive) Kühlplatte aus mindestens zwei oder mindestens drei, ggf. mindestens vier, zusammensetzbaren Einzelteilen bestehen.
Die (jeweilige) Kühlplatte überdeckt vorzugsweise zumindest im Wesentlichen eine Gesamt-Fläche der jeweiligen Wand, an der die Kühlplatte angeordnet ist (ggf. bis auf eine Öffnung für die optische Kontrolle eines Inneren der Herstellvorrichtung, insbesondere des Baufelds). Dadurch können (insbesondere im Kantenbereich) Verwirbelungen unterdrückt oder zumindest reduziert werden, was sich vorteilhaft auf eine Gasströmung innerhalb der Prozesskammer auswirkt.
Weiterhin kann mindestens eine (zweite, insbesondere obere) Trennwand vorgesehen und derart angeordnet sein, dass ein abgegrenzter Zwischenraum in einem Deckenbereich ausgebildet ist.
Die Trennwand weist vorzugsweise mindestens eine Öffnung auf (insbesondere im Bereich einer optischen und/oder wärmeerzeugenden Einrichtung).
In dem Zwischenraum und/oder in und/oder auf der Trennwand ist vorzugsweise mindestens eine optische Einrichtung, insbesondere Kamera, angeordnet. Über die Kamera kann vorzugsweise ein Inneres der Prozesskammer, vorzugsweise zumindest das Baufeld, erfasst werden. Dazu weist die (zweite) Trennwand vorzugsweise eine entsprechende Öffnung oder mehrere Öffnungen auf. Eine derartige optische Einrichtung kann durch eine der (zweiten) Trennwand zugeordnete oder in diese integrierte (aktive) Kühleinrichtung gekühlt werden oder eine (eigene), ggf. aktive, Kühleinrichtung aufweisen.
In dem Zwischenraum und/oder in und/oder auf der (zweiten) Trennwand kann vorzugsweise mindestens eine wärmeerzeugende Einrichtung, insbesondere ein Heizstrahler, angeordnet sein. Als Heizstrahler bzw. Heizelement wird bevorzugt mindestens ein Element auf Laser-Basis, z. B. umfassend mindestens ein entsprechendes Laser-Diodenarray, inbesondere auf VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)- Basis eingesetzt. Derartige Elemente erzeugen ausgehend von einer kleinen Fläche eine sehr stark gerichtete Strahlung. Dabei können die einzelnen Laser-Elemente gezielt ansteuerbar sein bzw. angesteuert werden, wodurch die Strahlungsverteilung und somit die Temperatur auf der Baufeldoberfläche sehr gut gesteuert werden kann. Die wärmeerzeugende Einrichtung ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass eine Erwärmung (insbesondere per Wärmestrahlung) des Baufeldes bzw. des dort angeordneten Aufbaumaterials ermöglicht ist. In diesem Fall umfasst die Trennwand vorzugsweise mindestens eine entsprechende Öffnung, so dass Strahlen aus der wärmeerzeugenden Einrichtung durch die (zweite) Trennwand hindurch verlaufen können. Auch eine derartige wärmeerzeugende Einrichtung (insbesondere Heizstrahler) kann eine (eigene), ggf. aktive, Kühleinrichtung aufweisen und/oder durch eine der (zweiten) Trennwand zugeordnete Kühleinrichtung gekühlt werden.
Gegebenenfalls kann es sich bei der Trennwand um eine (aktive) Kühleinrichtung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann (unterhalb der Trennwand) eine (aktive) Kühlplatte angeordnet sein.
In einer Ausführungsform ist eine Fluidführung vorgesehen und derart konfiguriert, dass der Zwischenraum mit einem Fluid, insbesondere Gas, vorzugsweise Prozessgas, durchströmbar ist. Dadurch kann auf einfache Weise eine Kühlung und/oder thermische Abschirmung der dort vorgesehenen Komponente(n) (z.B. optische Einrichtung und/oder wärmeerzeugende Einrichtung) erfolgen. Dazu kann das Prozessgas ggf. vor Einströmen in den Zwischenraum (aktiv) heruntergekühlt werden. Dazu kann beispielsweise eine Kältequelle (bzw. Wärmesenke) und/oder eine kälteerzeugende (bzw. wärmeabführende) Wärmepumpe bereitgestellt werden. Die Elemente im Zwischenraum werden vorzugsweise durch eine Gaseinströmung im oberen Bereich der Prozesskammer überströmt. Eine Gasausströmung erfolgt vorzugsweise zusammen mit einem vertikal über dem Baufeld verlaufenden Gasstrom. Die Einleitung eines gekühltes Gases kann zusätzlich zur Reduzierung der Temperatur in der Prozesskammer genutzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Herstellvorrichtung der obigen Art zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials vorgeschlagen. Weiterbildende Verfahrensschritte ergeben sich aus der Beschreibung der Herstellvorrichtung, insbesondere den dort erläuterten funktionellen Merkmalen. Das Baufeld kann in dem Verfahren zumindest lokal auf mindestens 300 °C, vorzugsweise auf mindestens 500 °C, weiter vorzugsweise auf mindestens 700 °C , ggf. auf mindestens 900 °C oder mindestens 1200 °C, vorgeheizt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials der obigen Art vorgeschlagen, wobei eine (bestehende) Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials bereitgestellt wird und mit mindestens einer, vorzugsweise zunächst separat bereitgestellten, hitzereflektierenden Einrichtung ausgerüstet bzw. nachgerüstet wird und/oder mit mindestens einem aktiven, vorzugsweise zunächst separat bereitgestellten, Kühleinrichtungsmodul, vorzugsweise mit einer Kühlplatte, ausgerüstet bzw. nachgerüstet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Set (Bausatz) vorgeschlagen, umfassend eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials (insbesondere der obigen Art) sowie ein (separates) aktives Kühleinrichtungsmodul, vorzugsweise in Form einer Kühlplatte.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den U ntera nsprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile in einem horizontalen Schnitt;
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile in einem horizontalen Schnitt;
3 die Herstellvorrichtung gemäß 2 in einem vertikalen Schnitt;
4 eine Deckenkühlplatte gemäß der Erfindung in einem vertikalen Schnitt;
5 eine Deckenkühlplatte gemäß der Erfindung in einer Ansicht von oben;
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Kühlplatte gemäß der Erfindung; und
7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Kühlplatte gemäß der Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt eine, vorzugsweise als Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildete, Herstellvorrichtung für die additive Fertigung dreidimensionaler Bauteile in einem schematischen horizontalen Schnitt. Die Herstellvorrichtung umfasst einen Vorratsbehälter 10 für ein (pulverförmiges) Aufbaumaterial, ein Baufeld 11 und einen Auffangbehälter 12. Weiterhin ist eine Beschichtungseinheit 13 vorgesehen, die einen Beschichtungsarm 14 sowie einen Antrieb 15, umfassend einen Motor 16, aufweist. Eine Bestrahlungseinheit 9 ist punktiert und rein schematisch dargestellt. Die Bestrahlungseinheit umfasst vorzugswese mindestens einen Laser.
Der Antrieb 15 fährt den Beschichtungsarm 14 über den Vorratsbehälter 10, das Baufeld 11 und den Auffangbehälter 12 und trägt dabei eine (neue) Schicht Aufbaumaterial auf. Eine Prozesskammer 17 ist von außen (vorne) über eine (insbesondere schwenkbare) Tür 18 zugänglich. Der Antrieb 15, einschließlich Motor 16, ist gegenüber einem das Baufeld 11 aufweisenden Bereich der Prozesskammer 17 durch eine Trennwand 19 (vorzugsweise in Form eines Abdeckbleches) getrennt. Die Trennwand 19 kann eine Verschmutzung des Antriebes 15 während des Fertigungsprozesses verhindern oder zumindest reduzieren.
2 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen, vorzugsweise als Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildeten, Herstellvorrichtung in einem schematischen horizontalen Schnitt (analog 1). Die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung entspricht der Herstellvorrichtung gemäß 1 mit den im Folgenden beschriebenen zusätzlichen Merkmalen. Die Trennwand 19 (Abdeckblech) ist mit einer hitzereflektierenden Schicht 20a überzogen. Die hitzereflektierende Schicht 20a ist in Kontakt mit einem Prozessgas innerhalb der Prozesskammer 17. Analog ist der Beschichtungsarm 14 mit einer hitzereflektierenden Schicht 20b überzogen. Der Antrieb 15 einschließlich Motor 16 bleibt dadurch vor vergleichsweise hohen Temperaturen verschont (ohne dass eine in diesem Bereich angeordnete aktive Kühlung notwendig ist).
Auf einer Innenseite 21 der Tür 18 ist eine (Front-)Kühlplatte 22a angebracht. An eine Frontseite 23 und eine Rückseite 24 verbindenden Seiten 25, 26 sind (seitliche) Kühlplatten 22b, 22c angeordnet.
3 zeigt einen schematischen vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung. Erkennbar sind hier wiederum der Vorratsbehälter 10, das Baufeld 11 sowie der Auffangbehälter 12. (Verfestigtes) Aufbaumaterial 28 im Bereich des Baufelds 11 kann durch eine Bauplattform 29 abgesenkt werden. Dazu ist ein (Vertikal-)Antrieb 30 vorgesehen. Auch der Vorratsbehälter 10 kann hinsichtlich seiner Höhe (über einen entsprechenden Antrieb) verstellbar sein.
Oberhalb einer Bauebene 31 sind an (Seiten-)Wänden 32, 33 die (seitlichen) Kühlplatten 22b, 22c erkennbar. Der Beschichtungsarm 14 befindet sich im Zustand gemäß 3 oberhalb des Auffangbehälters 12 und bewegt sich oberhalb der Bauebene 31. Weiterhin ist in 3 eine (eine Trennwand ausbildende) (Decken-)Kühlplatte 22d erkennbar. Durch die (Decken-)Kühlplatte 22d wird ein Zwischenraum 38 innerhalb der Prozesskammer 17 abgegrenzt.
In der (Decken-)Kühlplatte 22d sind Öffnungen 34 vorgesehen. Eine Öffnung 34 befindet sich unterhalb einer optischen Einheit 35, eine weitere unterhalb einer Kamera 36 (siehe auch 5). Weitere Öffnungen 34 befinden sich jeweils unter Heizstrahlern 37. Über die Heizstrahler 37 kann das Baufeld 11 (schräg) bestrahlt werden. In diesem Sinne sind die Heizstrahler 37 also schräg ausgerichtet.
Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Linsen vorgesehen sein, um Wärmestrahlung der Heizstrahler 37 auf das Baufeld 11 zu richten.
Die (Decken-)Kühlplatte 22d kann (zusätzlich) durch (gekühltes) Gas, insbesondere Prozessgas, gekühlt bzw. überströmt werden. Dazu ist oberhalb der Kühlplatte 22d ein Einlass 39 vorgesehen. Dadurch können außerdem Verunreinigungen, die während des Fertigungsprozesses auftreten, zumindest teilweise beseitigt werden. Das Gas umströmt dabei die optische Einheit 35, die Kamera 36, und die Heizstrahler 37. Ein Gasauslass (nicht in den Figuren erkennbar) kann auf Baufeldhöhe enden (zusammen mit einer Gasüberströmung des Baufeldes 11; nicht dargestellt).
4 zeigt eine Ausführungsform einer (Decken-)Kühlplatte 22d mit (integrierten) Heizstrahlern 37. Die Heizstrahler 37 können durch schräge Montageflächen auf das Baufeld 11 ausgerichtet sein und/oder der Strahlengang kann durch (optische) Linsen auf das Baufeld 11 ausgerichtet sein. Eine Kühlung der Heizstrahler 37 kann ggf. über (separate) Kühleinrichtungen 40 (Kühlschleifen) in der (Decken-)Kühlplatte 22d erfolgen und/oder mittels einer Kühleinrichtung (Kühlschleife) für die (Decken-)Kühlplatte 22d.
5 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäße (Decken-)Kühlplatte 22d von oben. Erkennbar sind hier die Öffnungen 34 für die Kamera 36 und die optische Einheit 35. Weiterhin ist eine Anordnung von Heizstrahlern 37 gezeigt, die die Öffnung für die optische Einheit umgeben. Konkret sind hier zwölf Heizstrahler 37 ausgebildet, es können jedoch mehr oder weniger Heizstrahler 37 vorgesehen sein.
Weiterhin ist erkennbar, dass die (Decken-)Kühlplatte 22d zwei Teile 41, 42 umfasst. Diese Teile 41, 42 können in einem Vormontagezustand separat voneinander vorliegen und dann (gemeinsam) im Montagezustand die (Decken-)Kühlplatte 22d ausbilden. Durch eine derartige zweiteilige (allg.: mehrteilige) Ausführung kann eine Nachrüstung in eine (bestehende) Herstellvorrichtung vereinfacht werden.
6 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Kühlplatte 22 (z.B. die Kühlplatte 22a) mit einer Kühlschleife 43, die die gesamte Kühlplatte 22 durchläuft. Über einen Einlass 44 wird Kühlmedium (Fluid, insbesondere Flüssigkeit) eingeführt und über einen Auslass 45 abgeführt.
In der Kühlplatte 22 ist ein Ausschnitt 46 vorgesehen, durch den das Baufeld 11 beobachtet werden kann.
In einer abweichenden Ausführungsform gemäß 7 (insbesondere für die frontseitige Kühlplatte 22a) sind zwei Kühlschleifen 43a, 43b vorgesehen.
Die erste Kühlschleife 43a kühlt insbesondere einen baufeldnahen Mittelbereich mit einem (eigenen) Einlass 44a sowie einem eigenen Auslass 45a. Weiterhin ist die zweite Kühlschleife 43b für äußere Bereiche der Kühlplatte 22 vorgesehen und weist einen (eigenen) Einlass 44b und Auslass 45b auf. Durch eine derartige Aufteilung kann ein baufeldnaher Mittelteil besonders effektiv gekühlt werden. Es ist außerdem möglich, den Auslass 45b der zweiten (äußeren) Kühlschleife 43b mit dem Einlass 44a der ersten Kühlschleife 45a zu verbinden und somit zuerst Außenbereiche zu kühlen und dann einen Mittelteil.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste

9: Bestrahlungseinheit
10: Vorratsbehälter
11: Baufeld
12: Auffangbehälter
13: Beschichtungseinheit
14: Beschichtungsarm
15: Antrieb
16: Motor
17: Prozesskammer
18: Tür
19: Trennwand (Abdeckblech)
20a: Hitzereflektierende Schicht
20b: Hitzereflektierende Schicht
21: Innenseite
22a: Kühlplatte
22b: Kühlplatte
22c: Kühlplatte
22d: Kühlplatte
23: Frontseite
24: Rückseite
25: Seite
26: Seite
28: Aufbaumaterial
29: Bauplattform
30: (Vertikal-)Antrieb
31: Bauebene
32: Seitenwand
33: Seitenwand
34: Öffnung
35: Optische Einheit
36: Kamera
37: Heizstrahler
38: Zwischenraum
39: Einlass
40: Kühleinrichtung
41: Erster Teil
42: Zweiter Teil
43: Kühlschleife
43a: Kühlschleife
43b: Kühlschleife
44: Einlass
44a: Einlass
44b: Einlass
45: Auslass
45a: Auslass
45b: Auslass
46: Ausschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013222339 A1 [0002]
WO 2017/075285 A1 [0003]

Claims

Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen mittels mindestens einer Beschichtungseinheit (13) und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Bestrahlungseinheit (9), umfassend eine Prozesskammer (17) mit mindestens einer hitzereflektierenden Einrichtung, insbesondere hitzereflektierenden Schicht (20a, 20b), die mindestens einen Abschnitt einer Oberfläche innerhalb der Prozesskammer (17) abschirmt.
Herstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktive Kühleinrichtung, insbesondere umfassend mindestens eine Kühlplatte (22a-22d) und/oder Kühlwand, vorgesehen ist.
Herstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hitzereflektierende Einrichtung (20b) zumindest einen Abschnitt einer sich während des Betriebes der Herstellvorrichtung bewegenden Komponente der Herstellvorrichtung, insbesondere zumindest einen Abschnitt eines Beschichtungsarmes (14) der Beschichtungseinheit (15), abschirmt.
Herstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hitzereflektierende Einrichtung (22a) zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Beschichtungseinheit (13), insbesondere zumindest einen Abschnitt eines Antriebs (15) der mindestens einen Beschichtungseinheit (13), abschirmt.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hitzereflektierende Einrichtung (22a) mindestens einen Abschnitt einer Prozesskammerwand und/oder einer die Prozesskammer unterteilenden Trennwand (19) abschirmt.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinheit (13), insbesondere ein/der Antrieb (15) der Beschichtungseinheit, teilweise hinter einer, insbesondere seitlichen, Trennwand (19), insbesondere Trennblech, angeordnet ist, wobei die hitzereflektierende Einrichtung (20a, 20b) vorzugsweise diese Trennwand (19) zumindest abschnittsweise abschirmt, weiter vorzugsweise auf dieser Trennwand (19) zumindest abschnittsweise, insbesondere unmittelbar, aufgebracht ist.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hitzereflektierende Einrichtung (20a, 20b) stoffschlüssig mit dem jeweiligen abzuschirmenden Abschnitt verbunden ist und/oder dass die hitzereflektierende Einrichtung (20a, 20b) mittelbar oder unmittelbar mit dem jeweiligen abzuschirmenden Abschnitt verbunden ist.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der hitzereflektierenden Schicht (20a, 20b) mindestens 10 nm, vorzugsweise mindestens 50 nm, ggf. mindestens 100 nm und/oder höchstens 10 µm, vorzugsweise höchstens 1 µm, weiter vorzugsweise höchstens 500 nm, weiter vorzugsweise höchstens 200 nm, beträgt und/oder dadurch gekennzeichnet, dass ein Material der hitzereflektierenden Einrichtung zumindest teilweise umfasst: mindestens ein Metall oder mindestens eine Metalllegierung, vorzugsweise umfassend Al, Ni, Cr, Fe, Au, Ag und/oder Pt und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung des jeweiligen Abschnitts zumindest teilweise dadurch erfolgt, dass auf den jeweiligen Abschnitt eine hitzereflektierende Schicht (20a, 20b), insbesondere Beschichtung, vorzugsweise durch stoffschlüssiges Aufbringen, beispielsweise Aufdampfen und/oder Aufsprühen und/oder Aufrakeln und/oder Eintauchen und/oder Galvanisieren und/oder Kleben, aufgebracht wird.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktive Kühleinrichtung so angeordnet ist, dass sie mindestens eine Linie, die senkrecht auf zumindest einen Oberflächenabschnitt der hitzereflektierenden Einrichtung steht, schneidet, und/oder gegenüber der hitzereflektierenden Einrichtung angeordnet ist.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktive Kühleinrichtung in mindestens einem Seitenbereich, vorzugsweise in einem zumindest einem Abschnitt der hitzereflektierenden Einrichtung gegenüberliegenden Seitenbereich, vorzugsweise an und/oder in einer Tür, angeordnet ist.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktive Kühleinrichtung in einem Deckenbereich, vorzugsweise in oder unterhalb einer abgehängten Decke, angeordnet ist.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktive Kühleinrichtung in mindestens einem der hitzereflektierenden Einrichtung nicht-gegenüberliegenden und/oder keine hitzereflektierenden Einrichtung aufweisenden Seitenbereich, angeordnet ist und/oder wobei mindestens eine aktive Kühleinrichtung, insbesondere Kühlplatte, als separates Modul vorliegt, das vorzugsweise an einer Innenfläche einer Kammerwandung montiert oder montierbar ist und/oder wobei mindestens eine aktive Kühleinrichtung mindestens einen Fluidkanal, vorzugsweise in oder an der Kühlplatte und/oder Kühlwand, aufweist, der von einem Kühl-Fluid, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar ist und/oder wobei innerhalb mindestens einer aktiven Kühleinrichtung eine transparente Öffnung, insbesondere Ausschnitt (46), vorgesehen ist.
Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, insbesondere obere, ggf. als Kühlwand oder Kühlplatte (22d) ausgebildete, Trennwand vorgesehen und derart angeordnet ist, dass ein abgegrenzter Zwischenraum (38) in einem Deckenbereich, ausgebildet ist, wobei in dem Zwischenraum (38) und/oder in und/oder auf der Trennwand vorzugsweise mindestens eine optische Einrichtung (35), insbesondere Kamera (36), angeordnet ist und/oder wobei in dem Zwischenraum (38) und/oder in und/oder auf der Trennwand vorzugsweise mindestens eine wärmeerzeugende Einrichtung, insbesondere ein Heizstrahler (37), angeordnet ist und/oder wobei eine Fluidführung vorgesehen ist und derart konfiguriert ist, dass der Zwischenraum (38) mit einem Fluid, insbesondere Gas, vorzugsweise Prozessgas, durchströmbar ist und/oder wobei die Trennwand mindestens eine Öffnung (34) aufweist, insbesondere im Bereich einer optischen und/oder wärmeerzeugende Einrichtung.
Betreiben einer Herstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials..
Verfahren zur Herstellung einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen mittels mindestens einer Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Bestrahlungseinheit bereitgestellt wird und mit mindestens einer, vorzugsweise zunächst separat bereitgestellten, hitzereflektierenden Einrichtung ausgerüstet bzw. nachgerüstet wird und/oder mit mindestens einem aktiven, vorzugsweise zunächst separat bereit gestellten, Kühleinrichtungsmodul, vorzugsweise mit einer Kühlplatte, ausgerüstet bzw. nachgerüstet wird.