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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschichtungsschlitten für eine Beschichtungseinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich.
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Bei allgemein bekannten Verfahren zur Herstellung von Strukturen aus einem Laserbelichtungsverfahren werden poröse Laserbettstrukturen, so genannte LPBF-Strukturen (Laser Powder Bed Fusion), dadurch hergestellt, dass das Pulver nach dem Auftragen auf einen Arbeitsbereich mit einer Lippe oder Bürste auf einer vordefinierten Arbeitsebene abgezogen wird.
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Die flexible Lippe oder Bürste wird verwendet, um den Prozess im weiteren Verlauf nicht oder möglichst wenig zu beeinträchtigen, insbesondere um die durch das Laserbelichten entstandenen Strukturen beim weiteren Abstreifen des Pulvers zu schonen. Bekannte Anlagen zum Herstellen von LPBF-Strukturen weisen bisweilen einen absenkbaren Arbeitsbereich und einen Beschichtungsschlitten auf, mit welchem das LPBF-Pulver auf den Arbeitsbereich aufgebracht wird, sodass von zwei Seiten her beschichtet werden kann. Ein Beschichtungsschlitten kann an jeder Seite eine Metallklinge aufweisen und eine davon zum Abstreifen hinter dem Schlitten nutzen und dabei hinter sich herziehen. Bei Anwendung zweier Metallklingen muss diese sehr genau auf einer Ebene ausgerichtet werden, um in beide Richtungen eine ausreichend gute Beschichtung zu ermöglichen und so eine ausreichend präzise Oberfläche des Pulvers bilden zu können.
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Das Beschichtungsverfahren kann derart erfolgen, dass in dem Schlitten eine Menge des Laserschmelzmaterials bereitgestellt werden kann, welche für das Ausbilden zweier Schichten auf dem Arbeitsbereich ausreichen kann. Mit anderen Worten kann der Schlitten in einer Hinbewegung über den Arbeitsbereich bewegt werden und dabei das Laserschmelzmaterial aufbringen, danach kann ein Belichten erfolgen, dann kann der Arbeitsbereich abgesenkt werden, und danach kann ein Rückbewegen des Beschichtungsschlittens erfolgen, und eine weitere Schicht des Laserschmelzmaterials auf dem Arbeitsbereich aufgebracht werden. Bei einem so genannten materialsparenden Verfahren kann anfangs nur die Menge für 1.5 Schichten in den Beschichtungsschlitten enthalten sein und bei der Rückbewegung die Schicht nur über dem halben Arbeitsbereich erzeugt werden. Bei der Einrichtung von Metallklingen muss meist auf Ebenheit geachtet werden und dies mit einer sehr engen Toleranz. Da eine Bürste keine definierte Kante aufweist, an der sie ausgerichtet werden kann und eine Lippe nachgiebig ist und nach dem Einrichten noch eine gewisse Welligkeit aufweisen kann, kann des Ausrichten von zwei dieser Beschichtungswerkzeugen an einem Beschichtungsschlitten sehr erschwert sein. Daher wird üblicherweise nur die linke Beschichterseite bestückt. Dies kann dazu führen, dass das überschüssige Pulver (Laserschmelzmaterial), was für die Sicherstellung der Beschichtung mitgeführt werden muss, nicht für die Auffüllung von Konsolidierungsstellen genutzt werden kann und ungenutzt in den Auffangbehälter (Pulverauffangbehälter) nach dem Beschichten abgeführt wird. Bei den Konsolidierungsstellen kann es sich um Zwischenbereiche von Strukturen handeln, welche bei einem Belichtungsprozess mit einem Laser an und/oder zwischen den erzeugten Strukturen entstehen können und von einer vorbestimmten Ebenheit der Strukturen abweichen können. Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.
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In der
DE 43 26 986 C1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch schichtweises Auftragen und Verfestigen eines pulverförmigen Materials beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Nutzung zweier Beschichtertypen als Abstreifeinrichtung an einem Beschichtungsschlitten zu realisieren und damit ein Beschichten eines Arbeitsbereichs mit einem Laserschmelzmaterial zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Beschichtungsschlitten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch ein Verfahren zum Betreiben einer Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- - ein Beschichtungsschlitten für eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich, umfassend ein Materialbehältnis, welches eine obere Öffnung und eine untere Öffnung umfasst, und in welches eine vorbestimmte Menge des Laserschmelzmaterials über die obere Öffnung einfüllbar ist und wobei das Laserschmelzmaterial durch die untere Öffnung auf den Arbeitsbereich aufbringbar ist; eine erste Abstreifeinrichtung, welche an einer ersten lateralen Seite des Materialbehältnisses angeordnet ist und sich über eine erste Höhe von der unteren Öffnung und vom Materialbehältnis wegerstreckt, wobei die erste Höhe senkrecht zur unteren Öffnung verläuft; eine zweite Abstreifeinrichtung, welche an einer zweiten lateralen Seite des Materialbehältnisses angeordnet ist und sich über eine zweite Höhe von der unteren Öffnung und vom Materialbehältnis wegerstreckt, wobei die zweite Höhe senkrecht zur unteren Öffnung verläuft; wobei die erste laterale Seite der zweiten lateralen Seite entlang einer selben Richtung gegenüberliegt und die erste Höhe um einen vorbestimmten Höhenversatz größer ist als die zweite Höhe
- - eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich, umfassend einen absenkbaren Arbeitsbereich; einen erfindungsgemäßen Beschichtungsschlitten; eine Führungsstruktur, an welcher der Beschichtungsschlitten befestigt ist und entlang welcher der Beschichtungsschlitten über den absenkbaren Arbeitsbereich bewegbar ist; eine Aktuatoreinrichtung, die derart ausgebildet und angeordnet ist, um den Beschichtungsschlitten entlang der Führungsstruktur zu bewegen; und eine Fülleinrichtung, die derart ausgebildet und angeordnet ist, um das Laserschmelzmaterial in das Materialbehältnis einzufüllen, und
- - ein Verfahren zum Betreiben einer Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich, insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung, umfassend ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung; ein Einstellen einer ersten Beschichtungsebene auf dem Arbeitsbereich durch ein Positionieren des Beschichtungsschlittens derart, dass die erste Höhe der ersten Beschichtungsebene entspricht; ein Einstellen eines vorbestimmten Höhenversatzes mit der zweiten Abstreifeinrichtung, relativ zur ersten Abstreifeinrichtung; ein Bewegen des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich in einer Richtung einer Hinbewegung und dabei Aufbringen des Laserschmelzmaterials auf den Arbeitsbereich und dabei Abstreifen des Laserschmelzmaterials mit der ersten Abstreifeinrichtung; und ein Bewegen des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich in einer Richtung einer Zurückbewegung und dabei Abstreifen des Laserschmelzmaterials mit der zweiten Abstreifeinrichtung.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Der Beschichtungsschlitten für eine Beschichtungseinrichtung kann in der Beschichtungseinrichtung mit einem zugehörigen Verfahren zum Beschichten genutzt werden.
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Das Laserschmelzmaterial kann ein Pulver sein, mit welchen Strukturen durch ein Laserbelichten, etwa ein Lasersintern, und/oder als ein 3D-Druckverfahren erzeugt werden können.
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Bei dem Arbeitsbereich kann es sich um eine Unterlage, etwa um eine Bauplattform für das Ausformen von Strukturen aus Laserschmelz- oder Laserbelichtungsverfahren handeln.
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Beim Bewegen des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich kann das Laserschmelzmaterial vorteilhaft durch die untere Öffnung hindurchtreten und auf den Arbeitsbereich aufgebracht werden, vorteilhaft in Dicke zumindest einer Arbeitsschicht. Das Materialbehältnis kann vertikale Seitenwände umfassen, an deren äußeren Seite die erste Abstreifeinrichtung, und dieser gegenüber an einer anderen Außenseite des Materialbehältnisses, eine zweite Abstreifeinrichtung befestigt sein kann. Eine oder beide der Abstreifeinrichtungen kann/können sich parallel zu den Seitenwänden und in Fortsatz dieser von dem Materialbehältnis nach unten wegerstrecken, entsprechend um die erste Höhe oder um die zweite Höhe. Dabei kann eine oder beide der Abstreifeinrichtungen sich jedoch auch unter einem bestimmten Winkel von dieser parallelen Richtung zu den Seitenwänden weggeneigt erstrecken, entweder nach außen oder nach innen hin relativ zur unteren Öffnung, dabei kann jedoch die Projektion der Länge der ersten Abstreifeinrichtung in die Richtung parallel zu den Seitenwänden gleich der ersten Höhe sein und die Projektion der Länge der zweiten Abstreifeinrichtung in die Richtung parallel zu den Seitenwänden gleich der zweiten Höhe sein.
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Bei der Führungsstruktur kann es sich beispielsweise um eine Führungsschiene handeln, welche den Beschichtungsschlitten parallel über den Arbeitsbereich entlangführen kann, wobei alternativ zur Schiene auch andere Führungsstrukturen genutzt werden können.
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Die Fülleinrichtung kann eine Dosiereinrichtung umfassen, mit welcher eine vorbestimmte Menge des Laserschmelzmaterials in das Materialbehältnis des Belichtungsschlittens eingefüllt werden kann, beispielsweise ein Pulver für das Beschichten von zwei Arbeitsebenen, also für eine Hinbewegung und für eine Zurückbewegung über den Arbeitsbereich. Alternativ dazu kann auch nur die 1.5-fache Menge der Arbeitswege des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich beim Hin- und Rückbewegen eingefüllt werden.
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Des Weiteren kann ein Auffangbehälter vorhanden sein, insbesondere als Teil der Beschichtungseinrichtung, um nach einer Hin- und/oder Rückbewegung des Beschichtungsschlittens das überschüssige Laserschmelzmaterial durch die untere Öffnung auffangen zu können, um dieses weiter verwerten zu können.
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Nach einem Abstreifen des Laserschmelzmaterials bei einer Hinbewegung kann mit der ersten Höhe eine ersten Beschichtungsebene definiert (erzeugt) werden. Diese kann durch die flexible erste Abstreifeinrichtung geringe Höhenvariationen über die Ausdehnung des Arbeitsbereichs aufweisen, das Laserschmelzmaterial also derart angeordnet und eine erste Oberfläche als erste Beschichtungsebene erzeugt werden. Danach kann ein Laserbelichtungsschritt erfolgen und eine Schicht der Materialstrukturen erzeugt werden. Durch eine thermische Einwirkung können diese dann geringfügig aus der ersten Beschichtungsebene vertikal herausstehen. Durch die thermische Einwirkung können die Strukturen dann auch Zwischenräume und/oder Unebenheiten aufweisen, welche als Konsolidierungsstellen bezeichnet werden können.
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Bei der Rückbewegung des Beschichtungsschlittens kann dann erneut eine Schicht des Laserschmelzmaterials auf den Arbeitsbereich aufgebracht werden, welcher vorher abgesenkt werden kann, vorteilhaft um eine Arbeitsebene, und bei der Rückbewegung kann das Laserschmelzmaterial dann durch die zweite Abstreifeinrichtung dann klar definiert und erzeugt werden und eine genau definierte Oberfläche erzeugt werden. Bei der Rückbewegung können vorteilhaft auch die Konsolidierungsstellen aufgefüllt werden und eine neue zu belichtende und glatte Ebene präzise erzeugt werden. Dies kann vorteilhaft mit der Anwendung einer Metallklinge als zweite Abstreifeinrichtung erfolgen. Dies kann erzielt werden, da die zweite Abstreifeinrichtung eine scharfe und unflexible Metallklinge umfassen kann, welche klar einen scharfen Rand / Oberfläche bei der Rückbewegung erzeugen kann. Eine Welligkeit der Oberfläche beim Rückbewegen kann vorteilhaft vermieden werden oder die Wahrscheinlichkeit dazu verringert werden. Es kann jedoch bei der Rückbewegung auch auf das Absenken des Arbeitsbereichs (davor) verzichtet werden und es kann auch auf ein Aufbringen des Laserschmelzmaterials bei der Rückbewegung verzichtet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Beschichtungsschlittens weist die erste Abstreifeinrichtung eine flexible Lippe oder eine Bürste auf.
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Mit der Anwendung einer Bürste oder Lippe können bereits erzeugte Strukturen, welche beispielsweise durch thermische Beeinflussung aus der aktuellen oberen Beschichtungsebene herausragen oder bis zu dieser reichen, vorteilhaft geschont werden, wenn der Beschichtungsschlitten über diese fährt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Beschichtungsschlittens weist die zweite Abstreifeinrichtung eine biegefeste Metallklinge auf.
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Durch die rigide Metallklinge kann eine klare Oberfläche bei der Beschichtung präzise erzeugt werden. Dabei können auch Konsolidierungsstellen aufgefüllt werden, wenn das Laserschmelzmaterial über diesen beschichtet wird und abgestreift wird. Somit kann die Genauigkeit beim Herstellen der Strukturen verbessert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Beschichtungsschlittens weist das Materialbehältnis laterale Seitenwände auf, und die obere Öffnung und/oder die untere Öffnung erstreckt sich zumindest bereichsweise bis zu den lateralen Seitenwänden.
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Durch eine derart ausreichend große Öffnung kann ein ausreichend schnelles Einfüllen und Ausleeren (beim Beschichten) des Laserschmelzmaterials ermöglicht werden, vorteilhaft um den Beschichtungsschlitten innerhalb einer vorgegebenen Zeit befüllen zu können und für ein schnelles Beschichten diesen schnell über den Arbeitsbereich bewegen zu können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Beschichtungsschlittens ist die erste Abstreifeinrichtung und/oder die zweite Abstreifeinrichtung zur Einstellung eines vorbestimmten Höhenversatzes höhenverstellbar an dem Materialbehältnis angeordnet.
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Die erste Abstreifeinrichtung kann eine erste Arbeitsebene definieren, die nach einem Hinbewegen erzeugt werden kann. Der Höhenversatz der zweiten Abstreifeinrichtung kann derart ausgelegt sein, etwa 5 - 10 µm, dass Strukturen, die nach einem ersten Belichtungsprozess an der ersten Arbeitsebene entstehen können, vorteilhaft beim Rückführen des Schlittens nicht von der zweiten Abstreifeinrichtung berührt werden und über diesen eine klare und präzise zweite Arbeitsebene erzeugt werden kann. Dies kann auch dann der Fall sein, wenn die Strukturen durch die Herstellung beim Belichten unter thermischen Einfluss eine bestimmte Höhenvariation erfahren und sich vertikal aus der ersten Arbeitsebene heraus erstrecken können. Diese vertikale Höhenvariation kann durch den Höhenversatz oder durch den Höhenversatz zusammen mit dem Absenken des Arbeitsbereichs bei einem erneuten Beschichtungsschritt kompensiert werden, oder größer sein als die Höhenvariation.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beschichtungseinrichtung umfasst die erste Abstreifeinrichtung eine flexible Lippe oder eine Bürste und die zweite Abstreifeinrichtung umfasst eine biegefeste Metallklinge und der Beschichtungsschlitten ist derart an der Führungsstruktur befestigt, dass sich die Metallklinge in Richtung einer Hinbewegung des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich am Beschichtungsschlitten befindet und die flexible Lippe oder Bürste in Richtung einer Zurückbewegung des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich am Beschichtungsschlitten befindet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beschichtungseinrichtung ist der absenkbare Arbeitsbereich nach einem Beschichten des Arbeitsbereichs mit dem Laserschmelzmaterial mit dem Beschichtungsschlitten um zumindest eine Arbeitsebene absenkbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Laserbelichten des Laserschmelzmaterials zwischen der Hinbewegung und der Zurückbewegung und/oder nach der Zurückbewegung.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 ein Beschichtungsverfahren mit einem Pulverbett mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung in einer Ausgangslage;
- 2 ein Beschichtungsverfahren aus der 1 nach einem ersten Beschichtungsschritt;
- 3 ein Beschichtungsverfahren aus der 2 nach einem Absenken des Arbeitsbereichs;
- 4 ein Beschichtungsverfahren aus der 3 nach einem zweiten Beschichtungsschritt;
- 5 ein Beschichtungsverfahren ähnlich der 2 mit einer geringeren Füllung von Laserschmelzmaterial;
- 6 ein Beschichtungsverfahren aus der 5 nach einem zweiten Beschichtungsschritt mit einer geringeren Menge von Laserschmelzmaterial;
- 7 einen Beschichtungsschlitten gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
- 8 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Betreiben einer Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt ein Beschichtungsverfahren mit einem Pulverbett mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung in einer Ausgangslage.
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Die Beschichtungseinrichtung 1 zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials LS auf einen Arbeitsbereich AB umfasst einen absenkbaren Arbeitsbereich AB; einen erfindungsgemäßen Beschichtungsschlitten BS; eine Führungsstruktur (nicht gezeigt), an welcher der Beschichtungsschlitten BS befestigt ist und entlang welcher der Beschichtungsschlitten über den absenkbaren Arbeitsbereich bewegbar ist; eine Aktuatoreinrichtung, mit welcher der Beschichtungsschlitten BS entlang der Führungsstruktur bewegbar ist; und eine Fülleinrichtung (nicht gezeigt), mit welcher das Laserschmelzmaterial LS in das Materialbehältnis MB einfüllbar ist. Die Führungsstruktur kann eine Schiene oder eine Aufhängung oder andere Arten von Halterungen oder Stangen umfassen, entlang welcher der Beschichtungsschlitten BS bewegt werden kann. Der Arbeitsbereich AB kann in einen Maschinenrahmen eingefasst sein, welcher den Arbeitsbereich seitlich umgeben kann. Der Arbeitsbereich AB kann eine ebene Plattform umfassen, die mit einer senkrecht zu dieser Platte stehenden Stange vertikal (in Höhe) verschiebbar sein kann. Der Beschichtungsschlitten kann mit dem Laserschmelzmaterial aufgefüllt werden, wobei die Abfolge der 1 - 4 eine Hin- und Rückbeschichtung zeigt und der Beschichtungsschlitten anfangs Laserschmelzmaterial für zwei Schichten umfassen kann. Seitlich an dem Beschichtungsschlitten sind Abstreifeinrichtungen AS angeordnet, eine erste in der Richtung der Hinbewegung und eine zweite in der Richtung der Rückbewegung, wenn der Schlitten BS über den Arbeitsbereich AB bewegt wird. Anfangs wird der Arbeitsbereich AB gegenüber den Randbereichen des Maschinenrahmens, auf welchem sich der Beschichtungsschlitten BS am Anfang befinden kann, um eine Schichtdicke des aufzubringenden Laserschmelzmaterials abgesenkt.
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Die 2 zeigt ein Beschichtungsverfahren aus der 1 nach einem ersten Beschichtungsschritt.
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Nach der Ausgangssituation, wie in der 1 gezeigt, kann der Beschichtungsschlitten BS über den Arbeitsbereich AB in Richtung der Hinbewegung bis zum anderen Rand des Maschinenrahmens bewegt werden und dabei durch die untere Öffnung im Materialbehältnis MB das Laserschmelzmaterial LS auf den Arbeitsbereich AB aufbringen, vorteilhaft auch die Höhendifferenz zwischen Arbeitsbereich und dem Rand des Maschinenrahmens ausgleichen. Der Beschichtungsschlitten kann dann auf der rechten Seite des Maschinenrahmens zum Stehen kommen (2). Anschließend kann ein Belichtungsprozess zum Erzeugen der Strukturen mit dem Laser erfolgen.
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3 zeigt ein Beschichtungsverfahren aus der 2 nach einem Absenken des Arbeitsbereichs.
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Die 3 schließt an den Zustand der 2 an, wobei der Arbeitsbereich AB erneut um eine Schichtdicke abgesenkt werden kann.
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4 zeigt ein Beschichtungsverfahren aus der 3 nach einem zweiten Beschichtungsschritt.
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Nach dem Absenken des Arbeitsbereichs AB in der 3, kann der Beschichtungsschlitten BS wieder über den Arbeitsbereich AB zurückbewegt werden, also in Richtung der Rückbewegung zurück zur Ausgangsposition auf dem Maschinenrahmen nach 1 bewegt werden, wobei die zweite Schicht des Laserschmelzmaterials aufgebracht werden kann. Dann kann ein erneuter Belichtungsschritt erfolgen.
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Auch nach der zweiten Beschichtung kann etwas Laserschmelzmaterial im Beschichtungsschlitten übrigbleiben, was sicherstellen kann, dass auch die zweite Schicht vollständig beschichtet wurde. Das überschüssige Laserschmelzmaterial kann in einen Auffangbehälter abgeführt werden (nicht gezeigt).
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5 zeigt ein Beschichtungsverfahren ähnlich der 2 mit einer geringeren Füllung von Laserschmelzmaterial.
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Die Abfolge von Verfahrensschritten nach den 5 und 6 ähnelt jener der 1 - 4, wobei anfangs eine geringere Menge des Laserschmelzmaterials in den Belichtungsschlitten eingefüllt wurde, beispielsweise für eine Beschichtung von 1.5 Schichten. Bei einem Verfahrensstand gemäß der 3, jedoch dann nur noch mit einer im Beschichtungsschlitten BS verbleibenden Menge für eine halbe Schicht von Laserschmelzmaterial LS, kann vor einer Rückbewegung des Beschichtungsschlittens BS der Arbeitsbereich AB wiederum um eine Schicht abgesenkt werden.
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6 zeigt ein Beschichtungsverfahren aus der 5 nach einem zweiten Beschichtungsschritt mit einer geringeren Menge von Laserschmelzmaterial.
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Nach dem Zustand der 5 kann der Beschichtungsschlitten BS wieder in Richtung der Rückbewegung über den abgesenkten Arbeitsbereich AB bewegt werden und diesen beschichten. In diesem Fall kann allerdings nur etwa bis zur Hälfte des Arbeitsbereichs beschichtet werden, und der Beschichtungsschlitten dann leer zur Ausgangsposition auf dem Maschinenrahmen zurückkehren. In der Mitte des Arbeitsbereichs AB kann die aufgebrachte Schicht des Laserschmelzmaterials dann eine Kante KT bilden.
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Dadurch kann das gesamte Laserschmelzmaterial LS aufgebraucht werden und der Schlitten muss am Ende des Verfahrens nicht zum Auffangen des Laserschmelzmaterials über einen Auffangbehälter geführt werden. Somit kann das teure Laserschmelzmaterial gespart werden, da es genauer ausgenutzt werden kann und die Verluste durch das Auffangen verringert werden können. In etwaigen Folgeschritten kann der Schlitten wieder mit der 1.5-fachen oder der 2-fachen Schichtenmenge befüllt werden.
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7 zeigt einen Beschichtungsschlitten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Der Beschichtungsschlitten BS für eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich, umfasst ein Materialbehältnis MB, welches eine obere Öffnung AO und eine untere Öffnung AU umfasst, und in welches eine vorbestimmte Menge des Laserschmelzmaterials LS über die obere Öffnung AO einfüllbar ist und wobei das Laserschmelzmaterial durch die untere Öffnung AU auf den Arbeitsbereich aufbringbar ist. Der Beschichtungsschlitten BS umfasst weiterhin eine erste Abstreifeinrichtung AS1, welche an einer ersten lateralen Seite MB1 des Materialbehältnisses MB angeordnet ist und sich über eine erste Höhe h1 von der unteren Öffnung AU und vom Materialbehältnis MB wegerstreckt, wobei die erste Höhe h1 senkrecht zur unteren Öffnung AU verläuft; eine zweite Abstreifeinrichtung AS2, welche an einer zweiten lateralen Seite MB2 des Materialbehältnisses MB angeordnet ist und sich über eine zweite Höhe h2 von der unteren Öffnung AU und vom Materialbehältnis MB wegerstreckt, wobei die zweite Höhe h2 senkrecht zur unteren Öffnung AU verläuft, wobei die erste lateralen Seite MB1 der zweiten lateralen Seite MB2 entlang einer selben Richtung gegenüberliegt und die erste Höhe h1 um einen vorbestimmten Höhenversatz dh größer ist als die zweite Höhe h2.
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Die erste Abstreifeinrichtung AS1 kann eine flexible Lippe oder eine Bürste umfassen. Die zweite Abstreifeinrichtung AS2 kann eine biegefeste Metallklinge umfassen.
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Das Materialbehältnis MB kann laterale Seitenwände LW umfassen, und die obere Öffnung AO und/oder die untere Öffnung AU sich zumindest bereichsweise bis zu den lateralen Seitenwänden LW erstrecken. Des Weiteren kann die erste Abstreifeinrichtung AS1 und/oder die zweite Abstreifeinrichtung AS2 höhenverstellbar an dem Materialbehältnis MB angeordnet sein und dadurch der vorbestimmte Höhenversatz dh einstellbar sein. Die Unterseite der ersten Abstreifeinrichtung AS1 kann eine erste Arbeitsebene BEI definieren, die beim Abstreifen des Laserschmelzmaterials über dem Arbeitsbereich AB entstehen kann. Die Unterseite der zweiten Abstreifeinrichtung AS2 kann eine zweite Arbeitsebene BE2 definieren, die beim Abstreifen des Laserschmelzmaterials über dem Arbeitsbereich AB entstehen kann, die gegenüber der ersten Arbeitsebene BE1 um dh näher am Materialbehältnis MB liegen kann und das Laserschmelzmaterial durch die Metallklinge glatt auf dieser Höhe ausgeformt werden kann.
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Es kann somit an der ersten lateralen Seite MB1, welche die erste Pulverschicht legen kann, die bauteilschonende Lippe oder Bürste verbaut werden und auf die zu beschichtende Höhe der ersten Beschichtungsebene BEI eingerichtet sein. Auf der zweiten lateralen Seite MB2, welche zur Rückführung des überschüssigen Pulvers dienen kann, kann eine sehr präzise einstellbare Metallklinge verbaut werden. Der Höhenversatz kann minimal sein, etwa 5 - 10 µm. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die filigranen Bauteile, welche sich im zweiten Beschichtungsprozess (nahezu) auf Höhe der ersten Beschichtungsebene befinden können, nicht durch das Metallwerkzeug zerstört werden. Weiterhin ist der Abstand so einzustellen, dass ein Teil des überschüssigen Pulvers zurückgeführt werden kann.
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Durch einen derartigen Beschichtungsschlitten kann eine Nutzbarmachung des materialsparenden Beschichtungsprozesses erfolgen, etwa bei zweiseitigen Beschichtungssystemen. Somit kann auch ein bauteilschonendes Beschichtungssystem (Lippe/Bürste) für die Beschichtung der zu belichtenden Ebene mit der präzise einstellbaren Metallklinge für die maximale Ausnutzung des kostspieligen Laserschmelzmaterials (LPBF-Pulvers) kombiniert werden.
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8 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Betreiben einer Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen eines Laserschmelzmaterials auf einen Arbeitsbereich, erfolgt ein Bereitstellen S1 einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung; ein Einstellen S2 einer ersten Beschichtungsebene auf dem Arbeitsbereich durch ein Positionieren des Beschichtungsschlittens derart, dass die erste Höhe der ersten Beschichtungsebene entspricht; ein Einstellen S3 eines vorbestimmten Höhenversatzes mit der zweiten Abstreifeinrichtung, relativ zur ersten Abstreifeinrichtung; ein Bewegen S4 des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich in einer Richtung einer Hinbewegung und dabei Aufbringen des Laserschmelzmaterials auf den Arbeitsbereichs und dabei Abstreifen des Laserschmelzmaterials mit der ersten Abstreifeinrichtung; und ein Bewegen S5 des Beschichtungsschlittens über den Arbeitsbereich in einer Richtung einer Rückbewegung und dabei Abstreifen des Laserschmelzmaterials mit der zweiten Abstreifeinrichtung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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