DE102020004504A1 - Apparatus and method for a powder system for improved powder usage efficiency in an additive manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anlage (10) zum additiven Herstellen von mehrdimensionalen Strukturen mit einem Pulversystem (35) und ein Verfahren (100) zur Nutzung von Pulver zur additiven Herstellung von mehrdimensionalen Strukturen unter Verwendung einer solchen Anlage, umfassend eine räumlich bewegliche Auftragseinheit (20) für Pulver (30), ein Pulversystem zur Bereitstellung des Pulvers und eine Steuereinheit zur Steuerung zumindest der Auftragseinheit und des Pulversystems, wobei das Pulversystem (35) mindestens einen ersten Pulverbehälter und einen zweiten Pulverbehälter umfasst, die dazu vorgesehen sind, jeweils alternierend das aufzutragende Pulver als temporärer Pulvervorrat bereitzustellen bzw. überschüssiges Pulver nach dem Auftragen über die in Bewegungsrichtung der Auftragseinheit gesehen zwischen dem ersten und zweiten Pulverbehälter angeordnete Substratplattform hinaus als temporärer Überlaufbehälter aufzunehmen.The invention relates to a system (10) for the additive manufacturing of multidimensional structures with a powder system (35) and a method (100) for using powder for the additive manufacturing of multidimensional structures using such a system, comprising a spatially movable application unit (20) for powder (30), a powder system for providing the powder and a control unit for controlling at least the application unit and the powder system, the powder system (35) comprising at least a first powder container and a second powder container, which are provided for alternating the powder to be applied to provide as a temporary powder supply or to take up excess powder after application beyond the substrate platform arranged between the first and second powder container as seen in the direction of movement of the application unit as a temporary overflow container.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum additiven Herstellen von mehrdimensionalen Strukturen mit einem Pulversystem und ein Verfahren zur Nutzung von Pulver zur additiven Herstellung von mehrdimensionalen Strukturen unter Verwendung einer solchen Anlage.The invention relates to a system for the additive manufacturing of multidimensional structures with a powder system and a method for using powder for the additive manufacturing of multidimensional structures using such a system.
Stand der TechnikState of the art
Im Stand der Technik sind additive Herstellungsprozesse bekannt, wie z.B. das 3D Drucken, die ein Ausgangswerkstoff in Pulverform verwenden um eine mehrdimensionale Struktur zu bauen. Der zu verarbeitende Werkstoff kann z.B. durch ein Strahlschmelzverfahren bearbeitet werden um die erwünschte räumliche Struktur zu erhalten. Bekannte Strahlschmelzverfahren sind z.B. Laser Pulver Bed Fusion (LPBF), Elektronenstrahlschmelzen oder selektives Laserintern. Bei einem LPBF Prozess wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform durch eine Pulverauftragseinheit in einer dünnen Schicht auf einer Substratplattform aufgebracht. Der aufgebrachte pulverförmige Werkstoff wird mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird die Substratplattform um den Betrag einer Schichtdicke (typischerweise 20 - 100 µm) abgesenkt und es wird erneut Pulver von der Pulverauftragseinheit aufgetragen und durch den Laser gesintert. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind und das Bauteil fertig hergestellt ist.Additive manufacturing processes are known in the prior art, such as 3D printing, which use a starting material in powder form to build a multidimensional structure. The material to be processed can, for example, be processed by a jet melting process in order to obtain the desired spatial structure. Well-known beam melting methods are, for example, laser powder bed fusion (LPBF), electron beam melting or selective laser sintering. In an LPBF process, the material to be processed in powder form is applied in a thin layer to a substrate platform by a powder application unit. The powdered material applied is completely remelted locally using laser radiation and forms a solid layer of material after solidification. The substrate platform is then lowered by the amount of a layer thickness (typically 20 - 100 µm) and powder is again applied by the powder application unit and sintered by the laser. This cycle is repeated until all layers have been remelted and the component is finished.
Ein bekanntes Problem bei der Verarbeitung von pulverförmigen Material ist jedoch, dass die Nutzungseffizienz des Pulvers für den Pulverauftrag Optimierungsbedarf aufweist. Im Stand der Technik sind zwei Behälter bekannt, worin in einem ersten Behälter das Pulver und in einem zweiten Behälter eine Substratplattform und das herzustellende Bauteil vorhanden sind. Eine fahrbare Pulverfördereinheit des ersten Behälters schiebt Pulver über eine Auftragsebene und eine Auftragseinheit fährt vom ersten Behälter zum zweiten Behälter und schiebt das Pulver rüber. Überschüssiges Pulver, welches nicht aufgetragen werden sollte oder konnte wird weiter in einen Überlaufbehälter aufgefangen. Das überschüssige Pulver im Überlaufbehälter wird am Ende der additiven Herstellung aus der Anlage herausgenommen, das Pulver nochmal gesiebt, teilweise entsorgt und teilweise für einen nächsten Prozess wieder zur Verfügung gestellt.However, a well-known problem in the processing of powdery material is that the use efficiency of the powder for powder application needs to be optimized. Two containers are known in the prior art, in which the powder is present in a first container and a substrate platform and the component to be produced are present in a second container. A mobile powder transport unit of the first container pushes powder over an application level and an application unit moves from the first container to the second container and pushes the powder over. Excess powder that should not or could not be applied is further collected in an overflow container. The excess powder in the overflow container is removed from the system at the end of additive manufacturing, the powder is sieved again, partly disposed of and partly made available again for the next process.
Nachteilig an dieser Pulvernutzung ist, dass sie ineffizient ist, da vieles an Pulver gar nicht für die Herstellung verwendet werden kann. Auch ist es aufwendig am Ende des Prozesses das überschüssige Pulver herauszunehmen und dann nochmal zu sieben.The disadvantage of this use of powder is that it is inefficient, since a lot of powder cannot be used for production at all. It is also time-consuming to remove the excess powder at the end of the process and then sieve it again.
Es wäre daher wünschenswert, wenn eine effektivere Nutzung des Pulvers während einer additiven Herstellung möglich wäre, sodass weniger Pulver verbraucht wird und/oder der Herstellungsvorgang schneller durchgeführt werden kann.It would therefore be desirable to be able to use powder more efficiently during additive manufacturing, so that less powder is used and/or the manufacturing process can be carried out more quickly.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Eine objektive Aufgabe der Erfindung lautet daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der eine effektivere Nutzung des Pulvers während einer additiven Herstellung möglich ist, sodass weniger Pulver verbraucht wird und/oder der Herstellungsvorgang schneller durchgeführt werden kann.An objective object of the invention is therefore to provide a device with which a more effective use of the powder is possible during additive manufacturing, so that less powder is consumed and/or the manufacturing process can be carried out more quickly.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage zum additiven Herstellen von mehrdimensionalen Strukturen umfassend eine räumlich bewegliche Auftragseinheit für Pulver, ein Pulversystem zur Bereitstellung des Pulvers und eine Steuereinheit zur Steuerung zumindest der Auftragseinheit und des Pulversystems. Die Auftragseinheit ist dazu vorgesehen, eine oder mehrere Pulverschichten in einer Auftragungsebene auf eine Substratplattform oder auf einer bereits mit der Anlage behandelten Pulverschicht aufzutragen. Das Pulversystem umfasst mindestens einen ersten Pulverbehälter und einen zweiten Pulverbehälter, die dazu vorgesehen sind, jeweils alternierend das aufzutragende Pulver als temporärer Pulvervorrat bereitzustellen bzw. überschüssiges Pulver nach dem Auftragen über die in Bewegungsrichtung der Auftragseinheit gesehen zwischen dem ersten und zweiten Pulverbehälter angeordnete Substratplattform hinaus als temporärer Überlaufbehälter aufzunehmen. Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, die Auftragseinheit vom ersten Pulverbehälter als Pulvervorrat über die Substratplattform und den zweiten Pulverbehälter als Überlaufbehälter zu bewegen und von dort in umgekehrter Richtung die Auftragseinheit vom zweiter Pulverbehälter, der dafür nun als Pulvervorrat verwendet wird, über die Substratplattform und den ersten Pulverbehälter, der nun als Überlaufbehälter verwendet wird, zu bewegen. Dadurch kann das überschüssig Pulver direkt nach der Auftragung wieder für einen erneuten Auftrag verwendet werden. Durch die erfindungsgemäße Anlage wird demnach eine effektivere Nutzung des Pulvers während einer additiven Herstellung ermöglicht, sodass weniger Pulver verbraucht wird und/oder der Herstellungsvorgang schneller durchgeführt werden kann.This object is achieved by a system for the additive manufacturing of multidimensional structures comprising a spatially movable application unit for powder, a powder system for preparing the powder and a control unit for controlling at least the application unit and the powder system. The application unit is intended to apply one or more layers of powder in an application plane to a substrate platform or to a layer of powder that has already been treated with the system. The powder system comprises at least a first powder container and a second powder container, which are intended to alternately provide the powder to be applied as a temporary powder supply or excess powder after application beyond the substrate platform arranged between the first and second powder container, viewed in the direction of movement of the application unit accommodate temporary overflow tank. The control unit is intended to move the application unit from the first powder container as a powder supply via the substrate platform and the second powder container as an overflow container and from there in the opposite direction to move the application unit from the second powder container, which is now used as a powder supply, via the substrate platform and the first To move powder container, which is now used as an overflow container. This means that the excess powder can be used again immediately after application for a new application. The system according to the invention therefore enables more effective use of the powder during additive manufacturing, so that less powder is consumed and/or the manufacturing process can be carried out more quickly.
Unter „Anlage zur additiven Herstellung“ versteht man eine Fertigungsanlage in der Material Schicht für Schicht aufgetragen und so mehrdimensionale Strukturen erzeugt werden (3D-Druck). Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische verwendete Materialien für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle. Auch können auch Carbon- und Graphitmaterialien für den 3D-Druck verwendet werden. Für die Herstellung von Strukturen aus Metall, die vorwiegend im industriellen Bereich angewandt werden, sind besonders Strahlschmelzanlagen geeignet. Unter Strahlschmelzen versteht man z.B. das Laser Powder Bed Fusion (auch selektives Laserschmelzen genannt), das Elektronenstrahlschmelzen und das selektive Lasersintern."System for additive manufacturing" means a manufacturing system in which material is applied layer by layer and multidimensional structures are generated (3D printing). The layered structure is computer-aided controls from one or more liquid or solid materials according to specified dimensions and shapes. During construction, physical or chemical hardening or melting processes take place. Typical materials used for 3D printing are plastics, synthetic resins, ceramics and metals. Carbon and graphite materials can also be used for 3D printing. Beam melting systems are particularly suitable for the production of structures made of metal, which are mainly used in the industrial sector. Beam melting is understood to mean, for example, laser powder bed fusion (also called selective laser melting), electron beam melting and selective laser sintering.
Eine solche Anlage kann eine Steuereinheit zum Steuern des additiven Herstellprozesses umfassen. Eine solche Steuereinheit kann dabei eine Computereinheit, einen Prozessor, eine Speichereinheit etc. umfassen. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die Komponenten der Anlage gemäß eines Steuerprogramms anzusteuern, wozu sie mit diesen auf geeignete Weise verbunden ist, beispielsweise mit geeigneten Datenleitung oder drahtlos z.B. über WLAN. Für die Steuereinheit wird meist durch eine Steuerdatei angewiesen. Diese ist herkömmlicherweise eine CAD Datei, die die zu fertigenden mehrdimensionale Struktur enthält. Die Übergabe der 3D-Modelle von der Steuerdatei (CAD) zu 3D-Druck (CAM) findet meist über eine STL-Schnittstelle statt. Diese bildet Informationen über die Geometriedarstellung ab. Es können alternativ auch andere Dateiformate verwendet werden, um zusätzliche Informationen auszutauschen. Z.B. speichern die Formate VRML und OBJ zusätzlich zur Geometrie noch Farbinformationen. Das AMF-Format (durch die Norm ISO/ASTM 52915 definiert) kann darüber hinaus allgemeine Informationen wie Materialeigenschaften abbilden und erlaubt darüber hinaus die Möglichkeit, gekrümmte Flächen zu speichern. Auch das 3MF-Format, speichert Informationen zusätzlich zu den Geometrieinformationen.Such a system can include a control unit for controlling the additive manufacturing process. Such a control unit can include a computer unit, a processor, a memory unit, etc. The control unit is designed to control the components of the system according to a control program, for which purpose it is connected to them in a suitable manner, for example with a suitable data line or wirelessly, e.g. via WLAN. The control unit is usually instructed by a control file. This is usually a CAD file that contains the multidimensional structure to be manufactured. The transfer of the 3D models from the control file (CAD) to 3D printing (CAM) usually takes place via an STL interface. This maps information about the geometry representation. Alternatively, other file formats can also be used to exchange additional information. For example, the VRML and OBJ formats store color information in addition to the geometry. The AMF format (defined by the ISO/ASTM 52915 standard) can also display general information such as material properties and also allows the option of storing curved surfaces. Also the 3MF format, stores information in addition to the geometry information.
Eine „mehrdimensionale Struktur“, worunter vorwiegend dreidimensionale Strukturen zu verstehen sind, können als Bauteile für jegliche Anwendung vorgesehen sein. Zum Beispiel können die Anwendungen für Kunststoffspritzwerkzeuge, Bauteile für die Luft - und Raumfahrttechnik, Spezialwerkzeuge etc. geeignet sein. Der Begriff „mehrdimensionale Struktur“ umfasst neben dem fertigen Bauteil auch das unfertige Bauteil, also die Verformung im Pulverbett, während der Fertigung.A “multidimensional structure”, which is to be understood as meaning predominantly three-dimensional structures, can be provided as components for any application. For example, the applications may be suitable for plastic injection tools, aerospace components, special tools, etc. In addition to the finished component, the term "multidimensional structure" also includes the unfinished component, i.e. the deformation in the powder bed during production.
Eine „Auftragseinheit“ ist eine Vorrichtung, die geeignet ist, um Pulver für das Bauen auf eine Substratplattform aufzutragen. Die Auftragseinheit ist räumlich beweglich relativ zur Anlage ausgestaltet, um Pulver von einem Ort (zum Beispiel einem Pulverbehälter) auf den anderen (z.B. der Substratplattform) zu transportieren und aufzutragen. Verschiedene Ausführungen der Auftragseinheit sind in den weiteren Absätzen ausgeführt.An “application unit” is a device suitable for applying powder to a substrate platform for construction. The application unit is designed to be spatially movable relative to the system in order to transport and apply powder from one location (e.g. a powder container) to the other (e.g. the substrate platform). Various versions of the application unit are detailed in the following paragraphs.
Unter „Pulver“ versteht man den zu verarbeitenden Werkstoff, welcher in Pulverform verwendet wird. Das Pulver kann z.B. hauptsächlich aus einem Material aus Metall oder Polymeren bestehen. Das Pulver wird bei der Herstellung Schicht für Schicht auf eine Substratplattform aufgetragen. Pro einmal Auftragen durch die Auftragseinheit wird eine „Pulverschicht“ auf entweder der Substratplattform (erste Schicht) oder auf eine bereits mit der Anlage behandelten Pulverschicht aufgetragen. Die aufgetragene Pulverschicht weist typischerweise eine Schichtdicke von z. B. 10 µm oder bevorzugt < 20 µm auf. Unter „Pulverschicht“ kann man daher auch die Zusammensetzung aller Schichten Pulver, die bereits von der Anlage behandelt wurde, verstehen. Theoretisch können auch „mehrere Pulverschichten“ aufgetragen werden, bevor diese von der Anlage behandelt werden (z.B. durch Lasern). Das Pulver kann hauptsächlich aus Pulverkörner desselben Materials bestehen. Eine Materialmischung ist jedoch auch möglich. Die Pulverkörner können sich jedoch in ihrer Größe, Form und ihrer Kornfraktion innerhalb des aufzutragenden/verwendeten Pulvers unterscheiden. Diese Inhomogenität des Pulvers ist meistens durch die Herstellung und/oder durch das Nachbehandeln (z.B. durch Sieben, Windsichten etc.) des Pulvers bedingt. Besonders kleine und/oder spratzige Pulverkörner neigen zur Agglomeration miteinander."Powder" means the material to be processed, which is used in powder form. For example, the powder may consist primarily of metal or polymeric material. During manufacture, the powder is applied layer by layer to a substrate platform. For each application by the application unit, a "powder layer" is applied on either the substrate platform (first layer) or on a powder layer already treated with the system. The applied powder layer typically has a layer thickness of z. B. 10 microns or preferably <20 microns. The term "powder layer" can therefore also be understood as meaning the composition of all layers of powder that have already been treated by the plant. Theoretically, "several powder layers" can also be applied before they are treated by the system (e.g. by lasers). The powder can consist mainly of powder grains of the same material. However, a mixture of materials is also possible. However, the powder grains can differ in their size, shape and grain fraction within the powder to be applied/used. This inhomogeneity of the powder is mostly due to the production and/or the after-treatment (e.g. by sieving, air classification, etc.) of the powder. Particularly small and/or spluttering powder grains tend to agglomerate with each other.
Ein „Pulverbehälter“ ist geeignet um das Pulver aufzunehmen und zu fördern. Die Form eines Pulverbehälters ist dabei variabel. Bevorzugter Weise weist der Pulverbehälter eine zylindrische Form auf. Diese hat den Vorteil, dass eine Abdichtung des Behälters zu der Wandung durch Standard-Dichtungselemente ausgeführt werden kann, welches die Herstellung einfach und kostengünstig macht. Der Pulverbehälter muss jedoch nicht zylindrisch ausgestaltet sein. Der Pulverbehälter kann auch andere geometrische Formen (wie z.B. ein Quader, abgerundeter Quader, Tetraeder) aufweisen, die geeignet sind Pulver aufzunehmen. Auch kann der Pulverbehälter mit einem Griff ausgestattet sein, um ein Benutzen, wie z.B. das rein und rausholen aus der Anlage zu erleichtern. Der Pulverbehälter kann aus Leichtmetall wie z.B. einer Aluminiumlegierung Materialien ausgestaltet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Behälter besonders leicht ausgestaltet werden kann.A "powder container" is suitable for receiving and conveying the powder. The shape of a powder container is variable. The powder container preferably has a cylindrical shape. This has the advantage that the container can be sealed off from the wall using standard sealing elements, which makes production simple and inexpensive. However, the powder container does not have to be cylindrical. The powder container can also have other geometric shapes (such as a cuboid, rounded cuboid, tetrahedron) that are suitable for receiving powder. Also, the powder container can be equipped with a handle to facilitate use, such as getting it in and out of the system. The powder container may be constructed of light metal such as aluminum alloy materials. This has the advantage that the container can be made particularly light.
Pulverbehälter können (mindestens der erste und mindestens der zweite) eine fahrbare Pulverfördereinheit umfassen, die von der Steuereinheit gesteuert je nach Funktionsweise des jeweiligen Pulverbehälters als temporären Pulvervorrat oder Überlaufbehälter nach oben oder unten fährt. Beim Hochfahren der Pulverfördereinheit wird eine Menge an Pulver für das Pulverauftragen bereitgestellt, sodass in dem Moment der Pulverbehälter als Pulvervorrat verwendet wird. Beim Nach-Unten-Fahren der Pulverfördereinheit, wird der Behälter vergrößert, sodass überschüssiges Pulver aufgenommen werden kann. In diesem Sinne wird der Pulverbehälter als Überschussbehälter verwendet. Dies ermöglicht das kein Extrabehälter mehr vorhanden sein muss, um das überschüssige Pulver aufzunehmen. Der Extrabehälter müsste sonst nach jedem Herstellungsprozess aus der Anlage herausgenommen, das Pulver entfernt und wieder eingebaut werden.Powder containers can (at least the first and at least the second) comprise a mobile powder conveying unit which is controlled by the control unit depending on the mode of operation of the respective powder container moves up or down as a temporary powder supply or overflow container. When the powder feed unit is started up, a quantity of powder is made available for powder application, so that the powder container is used as a powder supply at that moment. When the powder feed unit is moved down, the container is enlarged so that excess powder can be picked up. In this sense, the powder container is used as a surplus container. This means that there is no longer a need for an extra container to hold the excess powder. Otherwise, the extra container would have to be taken out of the system after each manufacturing process, the powder removed and reinstalled.
Unter „Substratplattform“ versteht man eine Bauplattform für das Tragen der herzustellenden Struktur. Die Substratplattform ist so ausgestaltet, dass sie relativ zur Anlage beweglich ist. Dies ermöglicht ein weiteres Auftragen einer Pulverschicht in eine Auftragsebene, wenn die bereits behandelte Pulverschicht dafür z.B. nach unten bewegt (gesenkt) wird. Die Substratplattform ist meistens so ausgestaltet, dass sie sich mit einer Dichtung innerhalb einer umschlossenen Einheit bewegt. Diese umschließende Einheit kann ein Behälter sein, wobei der Behälter z.B. in Zylinderform ausgeführt sein kann. Der Behälter kann analog zu einem erfindungsgemäßen Pulverbehälter ausgestaltet sein, wobei zudem die Substratplattform analog zu einer erfindungsgemäßen fahrbaren Pulverfördereinheit ausgestaltet sein kann. Die Substratplattform kann jedoch theoretisch auch frei im Raum angeordnet sein.The term "substrate platform" means a construction platform for supporting the structure to be manufactured. The substrate platform is designed in such a way that it can be moved relative to the system. This enables a further application of a powder layer in an application level if the already treated powder layer is moved downwards (lowered) for this purpose, for example. The substrate platform is most often designed to move with a seal within an enclosed unit. This enclosing unit can be a container, for example the container can be in the form of a cylinder. The container can be configured analogously to a powder container according to the invention, in which case the substrate platform can also be configured analogously to a mobile powder conveying unit according to the invention. However, the substrate platform can theoretically also be arranged freely in space.
In einer Ausführungsform kann die Substratplattform von der Steuereinheit gesteuert nach jedem Auftragen um die gerade aufgetragene Schicht nach unten gesenkt werden. Dies ermöglicht ein erneutes Auftragen von Pulver durch die Auftragseinheit.In one embodiment, the substrate platform can be lowered, controlled by the control unit, after each application by the layer just applied. This allows powder to be reapplied by the applicator unit.
In einer Ausführungsform kann ein erstes Material im ersten Pulverbehälter und ein zweites Material im zweiten Pulverbehälter vor dem Auftragen bereitgestellt sein. In einer spezifischen Ausführungsform kann das erste Material gleich dem zweiten Material sein. Dies ist herkömmlicherweise der Fall. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Material unterschiedlich vom zweiten Material sein. Dies ermöglicht zum Beispiel eine in-situ Multimaterialverarbeitung der Anlage. Das Mischverhältnis der verschiedenen Materialien zueinander kann unter Verwendung von den mindestens zwei Überlaufbehälter durch die Steuerung der Steuereinheit flexible gestaltet werden. Dabei ist es wichtig, dass die Überlaufbehälter an den Enden der Bewegung der Auftragseinheit angeordnet sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass man dadurch unter anderem herausfinden kann, wie die einzelnen Verbundsmechanismen zwischen unterschiedlichen Materialien funktionieren, welches durch besonders dünne Schichtverbundssysteme gut zu beobachten ist. Dies ist unter anderem für Forschungszwecke interessant. Außerdem hat die Ausführungsform den Vorteil, dass man für die Anwendung ein duktiles Material mit einem spröden Material metallurgisch zu Schichten verbinden kann um die Vorzüge beider Materialien auszunutzen.In one embodiment, a first material can be provided in the first powder container and a second material can be provided in the second powder container before application. In a specific embodiment, the first material may be the same as the second material. This is conventionally the case. In an alternative embodiment, the first material can be different from the second material. This enables, for example, in-situ multi-material processing of the system. The mixing ratio of the different materials to one another can be configured flexibly by controlling the control unit using the at least two overflow containers. It is important that the overflow containers are located at the ends of the movement of the applicator unit. This embodiment has the advantage that it is possible to find out, among other things, how the individual bonding mechanisms between different materials work, which can be easily observed through particularly thin layered bonding systems. This is interesting for research purposes, among other things. In addition, the embodiment has the advantage that a ductile material can be metallurgically bonded to a brittle material to form layers for the application in order to utilize the advantages of both materials.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Menge an befördertem Pulver oberhalb der Auftragungsebene des Pulvervorrats eine Schichtdicke von einem Faktor größer gleich 1.2, besonders einem Faktor 2, besonders bevorzugt einem Faktor 3 oder 4, einer Schichtdicke einer aufgetragenen und/oder aufzutragenden Pulverschicht auf der Substratplattform entsprechen. Um den zweiten Pulverbehälter sinnvoll als Pulvervorrat verwenden zu können, muss eine Mindestmenge an Pulver im Behälter vorhanden sein. Daher ist es von Vorteil, wenn eine abgepasste Menge an Pulver vom ersten Behälter zum zweiten geschoben wird. Herkömmlicherweise wird ein Faktor von 1.2 der aufzutragenden Schichtdicke vom Pulvervorrat befördert, um genug Pulver inklusive der an den Rändern der Substratplattform runterfallenden Pulver zu berücksichtigen. Jedoch wird die mehrdimensionale Struktur in der Herstellung an lokalen Orten geschmolzen, sodass sich gewisse „Täler“ ergeben. Je nach Struktur können diese Täler relativ groß ausfallen, sodass eine 1.2 Fache Menge an Pulver nicht ausreicht um die Täler zu befüllen und die gewünschte Pulverschichtdicke aufzutragen. Auch können lokale Stellen teilweise mehr Pulver benötigen, weil an den Stellen eine größere Fläche zu belichten ist. Daher ist es von Vorteil eine deutlich größere Menge an Pulver wie z.B. das 2, 3 oder 4-Fache der aufzutragenden Pulverschicht für den Pulverauftrag bereitzustellen. Dies ist jedoch nur mit einer erfindungsgemäßen Anlage von Vorteil, da die erfindungsgemäße Vorrichtung das überschüssige Pulver während der Herstellung wieder verwenden kann. In einem herkömmlichen Pulversystem nach dem Stand der Technik würde das überschüssige Pulver an den Rändern runterfallen und/oder in einem Überschussbehälter bis zum nächsten Prozess ungebraucht gelagert werden.In a further embodiment, the amount of transported powder above the application level of the powder supply can correspond to a layer thickness of a factor greater than or equal to 1.2, particularly a factor of 2, particularly preferably a factor of 3 or 4, a layer thickness of an applied and/or to be applied powder layer on the substrate platform . In order to be able to use the second powder container as a powder supply, there must be a minimum amount of powder in the container. It is therefore advantageous if a measured amount of powder is pushed from the first container to the second. Conventionally, a factor of 1.2 of the layer thickness to be applied is carried by the powder supply to account for enough powder including powder falling off the edges of the substrate platform. However, the multi-dimensional structure is melted at local locations during manufacture, resulting in certain "valleys". Depending on the structure, these valleys can be relatively large, so that 1.2 times the amount of powder is not sufficient to fill the valleys and apply the desired powder layer thickness. Local areas can also sometimes require more powder because a larger area has to be exposed at the areas. It is therefore advantageous to provide a significantly larger amount of powder, e.g. 2, 3 or 4 times the powder layer to be applied for the powder application. However, this is only advantageous with a system according to the invention, since the device according to the invention can reuse the excess powder during production. In a conventional prior art powder system, the excess powder would fall off the edges and/or be stored unused in a waste bin until the next process.
Um einen besonders hochqualitatives Bauteil (mehrdimensionale Struktur) zu erhalten, sollte die aufgetragene Pulverschicht besonders glatt sein. In einer Ausführungsform kann daher die erfindungsgemäße Anlage eine Anregungseinheit umfassen, die dazu vorgesehen ist, beim Auftragen des Pulvers Anhaftungen einzelner Pulverkörner zueinander und/oder zu einer bereits mit der Anlage behandelten Pulverschicht aufzubrechen, sodass die Auftragseinheit eine glatte Pulverschicht auf die Substratplattform und/oder auf die vorherige Pulverschicht auftragen kann.In order to obtain a particularly high-quality component (multidimensional structure), the applied powder layer should be particularly smooth. In one embodiment, the system according to the invention can therefore comprise an excitation unit which is intended to break up adhesions of individual powder grains to one another and/or to a powder layer already treated with the system when the powder is applied, so that the application unit applies a smooth layer of powder to the substrate plate form and/or can be applied to the previous layer of powder.
Durch eine „Anregung“ kann die Anhaftung einzelner Pulverkörner zueinander aufgebrochen werden, um der Agglomeration entgegen zu steuern. Die Anregung wird, vorzugsweise zeitweise, beim Auftragen des Pulvers eingesetzt, um die Anhaftung einzelner Pulverkörner zueinander und/oder zu einer bereits mit der Anlage behandelten Schicht aus vormals Pulverkörner aufzubrechen. Die Anregung kann ferner auch nur für das Glätten einer Pulverschicht verwendet werden, ohne dass ein Auftragen stattfindet. Eine Anregung muss sich nicht zwangsläufig auf Vibrationen beschränken, sie kann auch durch z.B. eine Änderung einer Temperatur ausgeführt werden.The adhesion of individual powder grains to one another can be broken up by "stimulation" in order to counteract agglomeration. The excitation is used, preferably temporarily, when the powder is applied, in order to break up the adhesion of individual powder grains to one another and/or to a layer of previously powder grains that has already been treated with the system. Furthermore, the excitation can also only be used for smoothing a layer of powder, without application taking place. An excitation does not necessarily have to be limited to vibrations, it can also be carried out, for example, by changing the temperature.
In einer Ausführungsform kann die Anregungseinheit eine Vibrationseinheit umfassen, die mittels Schwingung die Anhaftungen aufbricht. Durch die Schwingungen (auch „Vibrationen“ möglich) können die Bindungen zwischen den Pulverkörner besonders effizient gebrochen werden. Die Schwingungen können pneumatisch und/oder elektromagnetisch und/oder durch Ultraschall erzeugt werden. Die pneumatische Anregung kann mit Hilfe eines Gases, z.B. Argon bei der Auftragung erfolgen. Eine Vibrationseinheit mit pneumatischer Anregung ist von Vorteil, da diese klein und kompakt, ohne großen technischen Aufwand und ohne viele zusätzliche Komponenten z.B. in eine Auftragseinheit zu integrieren ist. Nachteilig ist an der pneumatischen Anregung, dass die Auftragsgeschwindigkeit relativ gering ist (bei ca. 20 mm/s) und die Qualität des Glättens im Gegensatz zum Ultraschall schlechter ausfällt. Eine Frequenz der pneumatischen Anregung kann bei ca. 200 Hz liegen. Bei einer elektromagnetischen Anregung hat man den Vorteil, kein Gas zu benötigen. Auch ist die elektromagnetische Anregung technisch einfach zu realisieren. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sie nicht für alle Metalle geeignet ist, wie z.B. nicht für Metalle mit ferromagnetischer Eigenschaft. Eine Anregung mit Ultraschall hat deutliche Vorteile bei der Auftragsgeschwindigkeit. Diese kann mehr als 200 mm/s betragen, also mehr als das Zehnfache einer herkömmlichen Auftragsgeschwindigkeit einer Auftragseinheit ohne Anregung. Die Frequenzen des Ultraschalls kann z.B. 35 kHz betragen, welches für Pulverkörner der Größe 2 µm (mittlerer Durchmesser) geeignet ist. Neben dem guten Durchsatz hat Ultraschall auch den Vorteil, dass die Qualität der Glättung besonders gut ist. Demnach kann die Vibrationseinheit dazu geeignet sein, einzelne solcher Schwingungen und/oder eine Kombination solcher Schwingungen zu erzeugen. Die Anregung erfolgt aus einer Richtung oberhalb der Substratplattform (also oberhalb der Pulverschicht), damit mindestens die oberste Pulverschicht der bereits behandelten Pulverschicht angeregt wird. Die Anregung besitzt ferner mindestens eine Frequenz. In einer Ausführungsform überlappt die Frequenz der Anregung nicht mit einer Resonanzfrequenz der Anlage. Dies verhindert ein Beschädigen der Anlage durch die erzeugte Schwingung. In einer weiteren Ausführungsform kann die Frequenz der Schwingung eine Wellenlänge besitzen, die mit einer Korngröße des Pulvers korreliert und/oder einer Auftragsgeschwindigkeit der Auftragseinheit entlang einer Auftragsrichtung korreliert. Die Amplitude der Schwingungen korreliert dabei mit der Frequenz und somit auch der Auftragsgeschwindigkeit der Auftragseinheit, sodass die Größe der einzelnen Körner mit der schwingenden Amplitude in der Größenordnung übereinstimmt. Dies hat den Vorteil, dass die Geschwindigkeit beim Auftragen ohne Verlust an Qualität gesteigert werden kann. Daher kann durch diese Ausführungsform die Effizienz und Durchsatz bei der Herstellung erhöht werden. In einer spezifischen Ausführungsform kann die Frequenz der Anregung zwischen 40 Hz, bevorzugt 80 Hz bis 100 kHz betragen. Das hat den Vorteil, dass Korngrößen von unter 20 µm besonders effizient aufgetragen werden können.In one embodiment, the excitation unit can include a vibration unit that breaks up the adhesions by means of vibration. Due to the oscillations (“vibrations” are also possible), the bonds between the powder grains can be broken particularly efficiently. The vibrations can be generated pneumatically and/or electromagnetically and/or by ultrasound. The pneumatic excitation can take place with the help of a gas, e.g. argon during the application. A vibration unit with pneumatic excitation is advantageous because it is small and compact, can be integrated into an application unit without great technical effort and without many additional components. The disadvantage of pneumatic excitation is that the application speed is relatively low (approx. 20 mm/s) and the quality of the smoothing is worse than with ultrasound. A frequency of the pneumatic excitation can be around 200 Hz. Electromagnetic excitation has the advantage of not requiring any gas. The electromagnetic excitation is also technically easy to implement. However, it has the disadvantage that it is not suitable for all metals, e.g. not for metals with ferromagnetic properties. Excitation with ultrasound has significant advantages in application speed. This can be more than 200 mm/s, i.e. more than ten times the conventional application speed of an application unit without excitation. The frequency of the ultrasound can be e.g. 35 kHz, which is suitable for powder grains with a size of 2 µm (mean diameter). In addition to the good throughput, ultrasound also has the advantage that the quality of the smoothing is particularly good. Accordingly, the vibration unit can be suitable for generating individual such vibrations and/or a combination of such vibrations. The excitation takes place from a direction above the substrate platform (i.e. above the powder layer) so that at least the uppermost powder layer of the powder layer that has already been treated is excited. The excitation also has at least one frequency. In one embodiment, the frequency of the excitation does not overlap with a resonant frequency of the plant. This prevents the system from being damaged by the vibration generated. In a further embodiment, the frequency of the oscillation can have a wavelength which correlates with a grain size of the powder and/or an application speed of the application unit along an application direction. The amplitude of the vibrations correlates with the frequency and thus also with the application speed of the application unit, so that the size of the individual grains corresponds to the vibrating amplitude in terms of magnitude. This has the advantage that the application speed can be increased without loss of quality. Therefore, this embodiment can increase manufacturing efficiency and throughput. In a specific embodiment, the excitation frequency can be between 40 Hz, preferably 80 Hz to 100 kHz. This has the advantage that grain sizes of less than 20 µm can be applied particularly efficiently.
In einer Ausführungsform kann die Anregungseinheit der erfindungsgemäßen Anlage ortsfest relativ zu der Pulverschicht und/oder zu der Substratplattform angeordnet sein. In one embodiment, the excitation unit of the system according to the invention can be arranged stationary relative to the powder layer and/or to the substrate platform.
Dies kann strukturelle Vorteile mit sich bringen, wie z.B. wenn die Anregungseinheit mit der Substratplattform verbunden oder in dieser integriert ist. Dies kann realisiert durch eine vibrierende Substratplattform realisiert sein. Diese Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, dass die Wirkung der Vibration nachlässt, je mehr das zu fertigende Bauteil in die Höhe wächst. Denn die Pulverschichten würden im Fall einer vibrierenden Substratplattform zur Dämpfung der Anregung beitragen. Auch ist die technische Realisierung in dem Sinne schwierig, als dass das Pulver an den Rändern des Substratplattforms durch die Vibrationen runterrieseln kann. Daher kann in einer alternativen Ausführungsform die Anregungseinheit räumlich beweglich relativ zu der Pulverschicht und/oder zu der Substratplattform angeordnet sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Stärke der Anregung auf die Pulverschichten nicht durch die Bauhöhe der mehrdimensionalen Struktur beeinflusst wird. Auch ermöglicht diese Ausführungsform, dass z.B. die Auftragseinheit die Anregungseinheit umfassen kann. Dadurch ist auch eine kompakte Bauform möglich.This can bring structural advantages, e.g. when the excitation unit is connected to or integrated into the substrate platform. This can be realized by a vibrating substrate platform. However, this embodiment has the disadvantage that the effect of the vibration decreases the more the component to be manufactured increases in height. In the case of a vibrating substrate platform, the powder layers would contribute to the damping of the excitation. The technical implementation is also difficult in that the powder can trickle down the edges of the substrate platform due to the vibrations. Therefore, in an alternative embodiment, the excitation unit can be arranged to be spatially movable relative to the powder layer and/or to the substrate platform. This embodiment has the advantage that the strength of the excitation on the powder layers is not influenced by the overall height of the multidimensional structure. This embodiment also makes it possible, for example, for the application unit to include the excitation unit. A compact design is also possible as a result.
In einer Ausführungsform kann die Auftragseinheit eine Anregungseinheit laut den vorhergehenden Ausführungen umfassen.In one embodiment, the application unit can include an excitation unit as described above.
In einer Ausführungsform umfasst die Auftragseinheit zusätzlich ein Glättewerkzeug. Das Glättewerkzeug wird für das physikalische Glätten der aufgetragenen und/oder der bereits mit der Anlage behandelten Pulverschicht verwendet. Das Glättewerkzeug kann eine Schleifeinheit, eine Silikon-Lippe, ein Kunststoffbalken, eine Bürste oder eine Metallkante umfassen. Die Silikon-Lippe ist besonders gut geeignet für geringe Frequenzen bei der Anregung, da sie sehr weich ist. Der Kunststoffbalken weist ähnliche Vorteile auf. Eine Bürste ist dagegen gut geeignet für unruhige Prozesse. Eine Metallkante ist gut geeignet, wenn die Prozesse schon stabil eingefahren sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Schleifeinheit ein Material mit einem gewissen Härtegrad auf, welches geeignet für Ultraschallschleifen und/oder Polieren ist. Dabei kann bevorzugter Weise die Schleifeinheit ein herkömmlicher Schleifstein sein. Die Eigenschaft der besonderen Härte beim Schleifeinheit ist besonders bei einer Anwendung in hohen Frequenzbereichen geeignet, wie z.B. bei Ultraschall, da sie besonders stabil ist. Zudem ist ein herkömmlicher Schleifstein, der für ein physikalisches Schleifen vorgesehen ist, kostengünstig zu erlangen. Die Schleifeinheit kann aus Keramik sein. Weiterhin kann die Schleifeinheit aus Aluminiumoxid oder Diamant sein.In one embodiment, the application unit additionally includes a smoothing tool. the smooth The tool is used for the physical smoothing of the powder layer that has been applied and/or has already been treated with the system. The smoothing tool can include a grinder, a silicone lip, a plastic bar, a brush, or a metal edge. The silicone lip is particularly well suited for low-frequency excitation because it is very soft. The plastic beam has similar advantages. A brush, on the other hand, is well suited for restless processes. A metal edge is well suited if the processes are already stable. In an advantageous embodiment, the grinding unit has a material with a certain degree of hardness, which is suitable for ultrasonic grinding and/or polishing. In this case, the grinding unit can preferably be a conventional grindstone. The property of the special hardness of the grinding unit is particularly suitable for use in high frequency ranges, such as ultrasound, as it is particularly stable. In addition, a conventional grindstone intended for physical grinding can be obtained inexpensively. The grinding unit can be made of ceramic. Furthermore, the grinding unit can be made of aluminum oxide or diamond.
Das Glätten der Pulverschicht wird auch erschwert durch die inhomogene Zusammensetzung des Pulvers. In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Anlage auch dazu geeignet, Pulverschichten zu glätten, wenn mindestens ein Teil des verwendeten Pulvers eine Eigenschaft zur Agglomeration und/oder eine spratzige Struktur aufweist. Besonders neigen kleine Pulverkörner mit einer Korngröße < 20 µm zur Agglomeration. Daher ist die erfindungsgemäße Anlage besonders geeignet für Pulver, die eine Korngröße von < 20 µm aufweisen, wovon vorzugsweise mindestens ein Teil des verwendeten Pulvers eine Korngröße von < 2 µm aufweist. Eine spratzige Struktur besitzen Pulverkörner, die nicht sphärisch ausgebildet sind und/oder Ecken und Spitzen aufweisen („spratzige Pulverkörner“). Auch spratzige Pulverkörner können zur Agglomeration neigen, ohne, dass die Korngröße besonders klein ist. Die Korngröße von Pulverkörner kann beispielsweise nach EN ISO 14688 bestimmt werden.The smoothing of the powder layer is also made more difficult by the inhomogeneous composition of the powder. In one embodiment, the system according to the invention is also suitable for smoothing powder layers if at least part of the powder used has a property of agglomeration and/or a spattered structure. Small powder grains with a grain size of <20 µm tend to agglomerate in particular. The system according to the invention is therefore particularly suitable for powders which have a grain size of <20 μm, of which preferably at least part of the powder used has a grain size of <2 μm. Powder grains that are not spherical and/or have corners and points (“spattered powder grains”) have a spattered structure. Even spattered powder grains can tend to agglomerate without the grain size being particularly small. The grain size of powder grains can be determined according to EN ISO 14688, for example.
In einer Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Anlage eine Dämpfungseinheit sein, die dazu ausgestaltet ist, eine Übertragung der Anregung auf Anlagenkomponenten außerhalb der Anregungseinheit zu reduzieren, umfassen. Die Dämpfungseinheit hat den Vorteil, besonders die Schwingungen der Anregungseinheit in unvorteilhafte Richtungen der Anlage abzudämpfen und die Anlage damit zu schützen. Besonders die Achsen der Anlage sind empfindlich gegenüber Schwingungen, die durch die Vibrationseinheit erzeugt werden. Falls die Anregungseinheit in der Auftragseinheit integriert ausgeführt ist, gilt es vor allem in den Richtungen oberhalb der Pulverschicht zur Bewegungsachse der Anlage zu dämpfen. Dabei kann die Auftragseinheit über einen Halter an Führungen zur Ausführung einer definierten Bewegung der Auftragseinheit gehalten sein, wobei der Halter im Falle der Anregungseinheit angeordnet in der Auftragseinheit als Dämpfungseinheit oder als Teil davon ausgeführt ist. Der Halter kann aus einem weichen Material hergestellt sein, welches Schwingungen gut absorbiert. Der Halter kann daher zusätzlich zum Stabilisieren und Halten der Auftragseinheit auch die Funktion besitzen, zur Dämpfung beizutragen. Für den Schutz und die Langlebigkeit der Anlage ist daher die Dämpfungseinheit vom Vorteil.In one embodiment, the system according to the invention can be a damping unit that is designed to reduce transmission of the excitation to system components outside of the excitation unit. The advantage of the damping unit is that it particularly dampens the vibrations of the excitation unit in unfavorable directions of the system and thus protects the system. The axes of the system are particularly sensitive to vibrations generated by the vibration unit. If the excitation unit is integrated in the application unit, it is important to dampen in the directions above the powder layer to the axis of movement of the system. The application unit can be held via a holder on guides for executing a defined movement of the application unit, the holder being designed as a damping unit or as part of it if the excitation unit is arranged in the application unit. The holder can be made of a soft material that absorbs vibrations well. Therefore, in addition to stabilizing and holding the application unit, the holder can also have the function of contributing to cushioning. The damping unit is therefore an advantage for the protection and longevity of the system.
In einer Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Anlage dazu ausgestaltet sein, ein selektives Laserschmelzen oder/und ein Elektronenstrahlschmelzen auszuführen. Besonders bei diesen Verfahren wird Pulver mit verschiedenen Korngrößen und Formen verwendet. Dazu gehören auch Pulver mit kleinen Korngrößen und/oder spratziger Form. Eine glatte Oberfläche ist besonders vom Vorteil für die Qualität des hergestellten Bauteils (mehrdimensionale Struktur).In one embodiment, the system according to the invention can be designed to carry out selective laser melting and/or electron beam melting. In these processes in particular, powder with different grain sizes and shapes is used. This also includes powders with small particle sizes and/or spattered shapes. A smooth surface is particularly advantageous for the quality of the manufactured component (multidimensional structure).
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum additiven Herstellen von mehrdimensionalen Strukturen durch eine Anlage gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend eine räumlich bewegliche Auftragseinheit für Pulver, ein Pulversystem zur Bereitstellung des Pulvers und eine Steuereinheit zur Steuerung zumindest der Auftragseinheit und des Pulversystems, wobei das Pulversystem mindestens einen ersten Pulverbehälter und einen zweiten Pulverbehälter umfasst, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines temporären Pulvervorrats und eines temporären Überlaufbehälters jeweils alternierend durch den ersten und den zweiten Pulverbehälter; Bewegen der Auftragseinheit vom jeweiligen Pulvervorrat in Richtung des jeweiligen Überlaufbehälters durch die Steuereinheit; Auftragen einer oder mehrere Pulverschichten in einer Auftragungsebene auf eine Substratplattform oder auf einer bereits mit der Anlage behandelten Pulverschicht anhand des durch den Pulvervorrat bereitgestellten Pulvers, wobei die Substratplattform zwischen dem Pulvervorrat und dem Überlaufbehälter angeordnet ist; Aufnehmen von überschüssigem Pulver nach dem Auftragen durch die Auftragseinheit in Bewegungsrichtung gesehen über die Substratplattform hinaus durch den Überlaufbehälter; und Bewegen der Auftragseinheit in umgekehrter Richtung, wobei der vormalige Überlaufbehälter nun als Pulvervorrat verwendet wird, zu dem vormaligen Pulvervorrat, der nun als Überlaufbehälter verwendet wird.The object is also achieved by a method for the additive manufacturing of multidimensional structures by a system according to one of the preceding claims, comprising a spatially movable application unit for powder, a powder system for providing the powder and a control unit for controlling at least the application unit and the powder system, wherein the powder system comprises at least a first powder container and a second powder container, comprising the steps of: providing a temporary powder supply and a temporary overflow container alternately through the first and the second powder container; moving the application unit from the respective powder supply in the direction of the respective overflow container by the control unit; Applying one or more powder layers in an application plane to a substrate platform or to a powder layer already treated with the system using the powder provided by the powder store, the substrate platform being arranged between the powder store and the overflow container; accommodating excess powder after application by the application unit beyond the substrate platform as seen in the direction of movement by the overflow container; and moving the applicator unit in the reverse direction, with the former overflow reservoir now being used as the powder supply, to the former powder supply now being used as the overflow reservoir.
Hiermit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine effektivere Nutzung des Pulvers während einer additiven Herstellung ermöglicht, sodass weniger Pulver verbraucht wird und/oder der Herstellungsvorgang schneller durchgeführt werden kann.The method according to the invention enables the powder to be used more effectively during additive manufacturing, so that less powder is consumed and/or the manufacturing process can be carried out more quickly.
Alle Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen Anlage korrelieren, weisen auch mindestens die entsprechenden Vorteile auf.All features of the method according to the invention which correlate with the features of the system according to the invention also have at least the corresponding advantages.
In einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt eines Absenkens der Substratplattform durch die Steuereinheit um eine Dicke der gerade aufgetragenen Pulverschicht nach jedem auftragenden Passieren der Auftragseinheit, umfassen. Bei Strahlschmelzverfahren kann dadurch die mehrdimensionale Struktur Schritt für Schritt auf der Substratplattform aufgebaut werden.In one embodiment, the method according to the invention can comprise a further step of lowering the substrate platform by the control unit by a thickness of the powder layer just applied after each application passage through the application unit. In beam melting processes, the multidimensional structure can be built up step by step on the substrate platform.
In einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt eines Aufbrechens von Anhaftungen einzelner Pulverkörner zueinander und/oder zu einer bereits mit der Anlage behandelten Pulverschicht durch eine Anregungseinheit während des Auftragens des Pulvers, sodass die Auftragseinheit eine glatte Pulverschicht auf die Substratplattform und/oder auf die vorherige Pulverschicht auftragen kann, umfassen.In a further embodiment, the method according to the invention can include a further step of breaking up adhesions of individual powder grains to one another and/or to a powder layer already treated with the system by means of an excitation unit during the application of the powder, so that the application unit applies a smooth powder layer to the substrate platform and/or can be applied to the previous layer of powder.
In einer vorteilhaften Ausführungsform können die oben genannten Schritte wiederholt werden, bis die mehrdimensionale Struktur fertig hergestellt ist.In an advantageous embodiment, the above steps can be repeated until the multi-dimensional structure is finished.
Die voranstehenden Ausführungsformen können in einer beliebigen Reihenfolge auch abweichend von den Anspruchsrückbezügen kumulativ oder einzeln miteinander kombiniert werden.The above embodiments can be combined with one another individually or cumulatively in any order, also deviating from the references to the claims.
Figurenlistecharacter list
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1 a) Schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäße Anlage mit Pulversystem, Auftragseinheit und Steuereinheit; und b) Detaillierte Ansicht von a);1 a) Schematic representation of an embodiment of the system according to the invention with powder system, application unit and control unit; and b) Detailed view of a); -
2 Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auftragseinheit mit Anregungseinheit;2 An embodiment of an application unit according to the invention with an excitation unit; -
3 Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;3 An embodiment of a method according to the invention; -
4 Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und4 An embodiment of the method according to the invention; and -
5 a) Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pulversystems und b) Erfindungsgemäßer Anlage.5 a) An embodiment of a powder system according to the invention and b) system according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.The embodiments shown here are only examples of the present invention and should therefore not be understood in a restrictive manner. Alternative embodiments contemplated by those skilled in the art are equally encompassed within the scope of the present invention.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- erfindungsgemäße Anlagesystem according to the invention
- 1515
- Auftragsebeneorder level
- 1616
- Substratplattformsubstrate platform
- 2020
- Auftragseinheitorder unit
- 2121
- Glättewerkzeugsmooth tool
- 2222
- Dämpfungseinheitdamping unit
- 2323
- Halterholder
- 2424
- Glättewerkzeughaltersmoothing tool holder
- 2525
- Auftragsrichtungdirection of application
- 3030
- Pulverpowder
- 3333
- Pulvervorratpowder supply
- 3434
- überschüssiges Pulverexcess powder
- 3535
- Pulversystempowder system
- 3636
- erster Pulverbehälterfirst powder container
- 3737
- fahrbare Pulverfördereinheitmobile powder feed unit
- 3838
- Überlaufbehälteroverflow tank
- 3939
- zweiter Pulverbehältersecond powder container
- 4040
- Anregungseinheitexcitation unit
- 5050
- Steuereinheitcontrol unit
- 100100
- erfindungsgemäßes Verfahreninventive method
- 110...170110...170
- Schritte nach einem erfindungsgemäßen VerfahrenSteps according to a method according to the invention
Claims (11)
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