DE102021108175A1

DE102021108175A1 - Verfahren und Vorrichtung zur schichtweisen additiven Herstellung von wenigstens einem Bauteil

Info

Publication number: DE102021108175A1
Application number: DE102021108175.0A
Authority: DE
Inventors: Jan Sehrt
Original assignee: Ruhr Universitaet Bochum
Current assignee: Ruhr Universitaet Bochum
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20220314532A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtweisen additiven Herstellung von wenigstens einem Bauteil (11), bei welchem mehrfach wiederholend eine Pulverbettschicht aus einem schmelzbaren Pulvermaterial (7) über einer Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) eines Baubehälters (2) erzeugt wird, und das Pulvermaterial (7) der Pulverbettschicht zur Herstellung einer Schicht des Bauteils (11) mittels eines Energiestrahls (12) in einer das Bauteil (11) in der herzustellenden Schicht repräsentierenden Querschnittsfläche aufgeschmolzen wird, insbesondere wobei sich das Pulvermaterial (7) untereinander und mit unter der zu fertigenden Schicht bestehenden Schichten verbindet, und die Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c), insbesondere nach jeder gefertigten Schicht, im Baubehälter (2) abgesenkt wird, wobei das teilerstellte Bauteil (11), insbesondere mehrfach, in einer von der Absenkung abweichenden Richtung bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schichtweisen additiven Herstellung von wenigstens einem Bauteil, bei welchem mehrfach wiederholend eine Pulverbettschicht aus einem schmelzbaren Pulvermaterial über einer Bauplattform eines Baubehälters erzeugt wird, und das Pulvermaterial der Pulverbettschicht zur Herstellung einer Schicht des Bauteils mittels eines Energiestrahls, in einer das Bauteil in der herzustellenden Schicht repräsentierenden Querschnittsfläche, aufgeschmolzen wird. Weiterhin wird bei diesem Verfahren die Bauplattform, insbesondere nach jeder gefertigten Schicht, im Baubehälter abgesenkt, insbesondere um ein Maß, dass der Höhe einer erstellten Pulverbettschicht entspricht.
Insbesondere ist es bei diesem Verfahren vorgesehen, dass sich das Pulvermaterial beim Aufschmelzen untereinander und mit unter der zu fertigenden Schicht bestehenden Schichten verbindet. Es kann sich so insgesamt ein Bauteil ergeben, das nach Beendigung der Herstellung aus einer Vielzahl verbundener Schichten gebildet ist. Ein solches Verfahren wird häufig auch einfach als pulverbettbasiertes 3D-Drucken bezeichnet. Ebenso wird statt einer additiven Herstellung von einer generativen Herstellung gesprochen.
Bei diesem bislang im Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt die Herstellung jeder einzelnen Schicht des Bauteils immer in demselben Herstellungsniveau. Dieses Herstellungsniveau entspricht dem Auftragsniveau des Pulverbettes, also dem Bereich in welchem die Pulverbettschicht über bzw. oberhalb der Bauplattform aufgetragen wird.
Im bekannten Stand der Technik und auch bei der Erfindung bedeckt zum Verfahrensbeginn die erzeugte Pulverbettschicht nur die Bauplattform. Nach Herstellung einer ersten Schicht und aller anderen Schichten eines Bauteils bedeckt die Pulverbettschicht nach dem Auftragen auch alle vorherigen Pulverbettschichten über / oberhalb der Bauplattform und das bis zu diesem Zeitpunkt teilerstellte Bauteil. Das teilerstellte Bauteil ist in diesen Fällen über der sich schichtweise absenkenden Bauplattform angeordnet und vom Pulvermaterial des Pulverbettes aller bisher aufgetragenen Pulverbettschichten umgeben also darin eingebettet.
Als Bauteil wird allgemein dasjenige geometrische Konstrukt verstanden, welches das Resultat dieses Herstellungsverfahrens ist. Sofern das Herstellungsverfahren noch nicht abgeschlossen ist, wird in dieser Beschreibung von einem teilerstellten Bauteil gesprochen. Das hergestellte Bauteil kann unmittelbar das in Nutzung zu nehmende Bauteil sein. Es ist aber häufig der Fall, dass das hergestellte Bauteil nicht direkt dem zu nutzenden Bauteil entspricht. Z.B. kann eine Nachbehandlung des hergestellten Bauteiles vorgesehen sein, um das zu nutzende Bauteil zu erhalten. Dies ist z.B. nötig, wenn das hergestellte Bauteil Hilfsstrukturen aufweist, die für die Verfahrensdurchführung nötig sind und entfernt werden müssen, um das zu nutzende Bauteil zu erhalten. Auch können andere Behandlungsschritte vorgesehen sein, wie z.B. die Nachbearbeitung der Oberfläche des hergestellten Bauteils.
Im Stand der Technik ist es auch bekannt, mehrere Bauteile bei der Verfahrensdurchführung gleichzeitig herzustellen. Die Erfindung kann hiervon ebenso Gebrauch machen.
Um ein solches Verfahren durchzuführen ist es bekannt, eine Vorrichtung zur schichtweisen additiven Herstellung von wenigstens einem Bauteil einzusetzen, die einen Baubehälter mit einer Bauplattform umfasst, welche im Baubehälter absenkbar ist, vorzugsweise stufenweise absenkbar ist. Der Baubehälter umschließt mit seiner absenkbaren Bauplattform das gesamte Pulverbett in allen Verfahrensphasen und ist nach oben offen für den Auftrag bzw. die Erstellung von Pulverbettschichten.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Pulvervorrat mit einer Auftragsvorrichtung, wobei mittels der Auftragsvorrichtung aus dem Pulver des Pulvervorrats im Baubehälter über / oberhalb der Bauplattform schichtweise ein Pulverbett erzeugbar ist.
Die Auftragsvorrichtung kann vorzugsweise durch ein Auftragsrakel ausgebildet sein, welches Pulver in einer vorzugsweise linearen reversierenden Auftragsbewegung vor sich her und über den Baubehälter und dessen Bauplattform sowie ggfs. über schon vorhandenes Pulverbett und das darin eingebettete teilerstellte Bauteil hinweg schiebt. Nach Überfahren des Baubehälters kann überschüssiges Pulver in einem Auffangbehälter neben dem Baubehälter aufgefangen werden für eine weitere Nutzung.
Die Arbeitshöhe des Auftragsrakels während seiner Bewegung ist immer identisch. Die Unterkante des Auftragsrakels bewegt sich somit in einer immer identischen Ebene. Die Höhe der unteren Kante des Auftragsrakels bestimmt somit die Höhe der jeweils erstellten Pulverbettschicht über der Bauplattform bzw. über dem bestehenden Pulverbett und dem teilerstellen Bauteil. Hierdurch ergibt sich, dass die Pulverbettschicht immer in demselben Auftragsniveau aufgetragen wird, insbesondere also zwischen der oberen Ebene der vorherigen Pulverbettschicht und der Unterkante des Auftragsrakels. Die Höhe der Pulverbettschicht ergibt sich durch das Maß der Absenkung der Bauplattform bevor die nächste / neue Pulverbettschicht erstellt wird. Dies ist auch bei der Erfindung vorgesehen.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin wenigstens eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Energiestrahls, wobei mit dem Energiestrahl das Pulver des Pulverbettes bzw. der erstellten Pulverbettschicht im Baubehälter lokal schmelzbar ist. Dafür wird der erzeugte Energiestrahl gesteuert anhand von Steuerungsdaten, welche schichtweise das herzustellende Bauteil repräsentieren, über die Pulverbettschicht geführt. Am jeweiligen Auftreffort erfolgt die Aufschmelzung. Hierdurch wird in der herzustellenden Schicht das Pulver an den Orten geschmolzen, die in der Querschnittsfläche, die das Bauteil in der herzustellenden Schicht hat, liegen.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, als Strahlerzeugungsquelle einen Laser zu nutzen, so dass der Energiestrahl durch den erzeugten und auf die Pulverbettschicht gerichteten Laserstrahl gebildet wird. Ebenso ist es möglich einen Elektronenstrahl zu nutzen, der durch eine Elektronenquelle erzeugt ist. In einem solchen Fall erfolgt die Verfahrensdurchführung unter Druckbedingungen unterhalb des umgebenden Atmosphärendruckes, insbesondere also im Vakuum.
Die Erfindung kann als Pulvermaterial vorzugsweise ein Metallpulver oder Kunststoffpulver oder Keramikpulver einsetzen. Das damit erfindungsgemäß durchgeführte pulverbettbasierte Schmelzverfahren ist vorzugsweise das in DIN EN ISO/ASTM 52900 definierte pulverbettbasierte Schmelzen [engl. Powder Bed Fusion (PBF)] mittels Laserstrahlen [engl. Laser Beam (LB)] von Metallen [engl. Metals (M)] -PBF-LB/M oder Kunststoffen [engl. Polymers (P)] - PBF-LB/P, oder mittels Elektronenstrahl [engl. Electron Beam (EB)] - PBF-EB/M.
Die bisherigen Verfahren weisen die Probleme auf, dass nach dem Schmelzen des Pulvers der erzeugten Pulverbettschicht, was bislang im Auftragsniveau der Pulverbettschicht erfolgt, an dem geschmolzenen Pulver noch Pulverrückstände aus dem umgebenden Pulverbett anhaften können. Hierdurch ergibt sich eine hohe Oberflächenrauigkeit und auch eine Maßungenauigkeit des hergestellten Bauteils.
Weiterhin können Konturüberhöhungen in den Randbereichen der belichteten Konturen / Querschnittsflächen am Übergang zum Pulverbett entstehen, insbesondere aufgrund ungleichmäßiger Temperaturverhältnisse zwischen dem teilerstellten Bauteil und dem umgebenden Pulverbett, welches üblicherweise eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die verschmolzenen Bauteilbereiche.
Durch die geringere Wärmeleitfähigkeit des Pulvers wird das Schmelzebad in den Übergangsbereichen zum Pulverbett länger aufrechterhalten und kann loses Pulver aufnehmen, was eine randnahe Volumenvergrößerung und hierdurch die genannte Konturerhöhung bewirken kann. Es kann auch vorkommen, dass solche Konturerhöhungen gegen die Bewegungsrichtung eines Auftragsrakels aufwachsen und somit dessen Überfahrt über das teilerstellte Bauteil behindern, trotz der vorherigen Absenkung des teilerstellten Bauteils vor dem Auftrag einer neuen Pulverbettschicht. Eine Konturerhöhung kann derart hoch sein, dass das Auftragsrakel mit dieser kollidieren kann, was in einer Beschädigung des Bauteils, der Vorrichtung und in einem Verfahrensabbruch resultieren kann.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die vorgenannten Probleme zumindest reduziert, vorzugsweise eliminiert werden.
Die Aufgabe wird im Verfahren dadurch gelöst, dass das teilerstellte Bauteil, insbesondere mehrfach, in einer von der Absenkung abweichenden Richtung bewegt wird.
In der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass diese eine Einrichtung umfasst, mit der ein im Pulverbett teilerstelltes Bauteil in einer von der Absenkung abweichenden Richtung bewegbar ist, insbesondere die also eingerichtet ist während der Verfahrensdurchführung eine Bewegung mit einer von der Absenkung abweichenden Richtung durchzuführen.
Vorzugsweise soll dabei vorgesehen sein, dass durch die erfindungsgemäße Bewegung das teilerstellte Bauteil relativ zu dem umgebenden Pulverbett bewegt wird oder zumindest abweichend von einer Höhenrichtung relativ zu Komponenten der Vorrichtung außerhalb des Baubehälters umpositioniert wird, insbesondere relativ zum Auftragsrakel.
Eine solche Bewegung des teilerstellten Bauteils mittels einer Einrichtung der Vorrichtung kann z.B. vorgesehen sein zeitlich vor einer Erstellung einer neuen Pulverbettschicht, insbesondere um Kollisionen zwischen dem teilerstellten Bauteil und einem Auftragsrakel zu verhindern oder in der Auswirkung zu reduzieren oder auch zeitlich nach der Erstellung der Pulverbettschicht, vorzugsweise vor dem Abfahren der zu schmelzenden Querschnittsfläche mittels des Energiestrahls, insbesondere um die Schmelzqualität zu verbessern. Die Bewegung kann auch vorgesehen sein, um nach einem Schmelzvorgang eine Nachbehandlung des teilerstellten Bauteils vorzunehmen, obwohl es dem Pulverbett noch nicht vollständig entnommen wurde.
Wesentlich ist es für die Erfindung, dass die Einrichtung Bewegungsrichtungen erschließt, die nicht der nach unten gerichteten Absenkrichtung der Bauplattform entsprechen. Insbesondere können so erfindungsgemäß Bewegungen vollzogen werden, die mit bisherigen Vorrichtungen im Betrieb nicht erschlossen sind.
In einer bevorzugten Ausführung kann es die Erfindung vorsehen, dass das teilerstellte Bauteil um eine zur Absenkrichtung parallelen Achse, insbesondere um eine vertikale Achse gedreht wird. Insbesondere kann eine solche Bewegung vorgesehen sein, nachdem der Schmelzvorgang einer Schicht des Bauteils mittels des Energiestrahles stattgefunden hat und bevor eine neue Pulverbettschicht erstellt wird. Dabei kann die Bewegung vor oder nach oder während der Absenkbewegung der Bauplattform durchgeführt werden, die vor der Erstellung der neuen Pulverbettschicht vorgesehen ist.
Die Erfindung kann vorsehen, dass diese Drehbewegung in einer möglichen Ausführung mittels der Bauplattform selbst ausgeführt wird, welche auch die Absenkbewegung vollzieht. Vorzugsweise ist die Bauplattform hierfür eine im horizontalen Querschnitt kreisförmige Platte, die im Baubehälter zusätzlich zu ihrer Absenkbarkeit drehbar gelagert ist.
Alternativ kann auch der Baubehälter insgesamt unabhängig von seinem horizontalen Querschnitt oder dem horizontalen Querschnitt der Bauplattform, der vorzugsweise aber ebenso kreisförmig sein kann, gedreht werden. Die Bauplattform oder der gesamten Baubehälter kann vorzugsweise mit einem Antrieb, insbesondere mit einem Motor, vorzugsweise mit einem Schrittmotor, in eine Drehbewegung versetzt werden, insbesondere die aber endet, bevor eine Pulverbettschicht aufgetragen wird oder eine Schichtherstellung durch Pulverschmelzen erfolgt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung wird somit in dieser Ausführung gebildet durch den gesamten Baubehälter oder die gesamte Bauplattform, die einen Antrieb aufweist, mit dem die Bauplattform insgesamt um eine zur Absenkrichtung parallelen Rotationsachse drehbar ist.
In diesem Fall kann sich das teilerstellte Bauteil zusammen mit dem auf der Bauplattform aufstehenden Pulverbett drehen, insbesondere relativ zur Baubehälterwand, oder auch zusammen mit dieser, insbesondere aber zumindest relativ zu Komponenten der Vorrichtung außerhalb des Baubehälters, wie z.B. dem Auftragsrakel.
Eine andere mögliche bevorzugte Ausführung der Vorrichtung kann auch vorsehen, dass die Einrichtung zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Bewegung wenigstens einen Bauteilträger umfasst, der an/in einer Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform angeordnet und relativ zu dieser bewegbar ist.
Die Erfindung kann sodann vorsehen, dass wenigstens ein Bauteil auf, über bzw. oberhalb eines solchen Bauteilträgers hergestellt wird, nicht aber über den einen solchen Bauteilträger umgebenden Bereichen der Bauplattform bzw. der Bauteilträgeraufnahme. So wird die relative Bewegbarkeit des teilerstellten Bauteils gegenüber der im Herstellungsverfahren absenkbaren, insbesondere ausschließlich nur absenkbaren Bauplattform bzw. zumindest gegenüber deren Bauteilträgeraufnahme erreicht.
Um eine Drehung des teilerstellen Bauteils bei einer Verfahrensdurchführung zu bewirken, kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Bauteilträger relativ zur Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform drehbar ist um eine zur Absenkrichtung parallelen Drehachse, insbesondere vertikalen Drehachse. Z.B. kann der Bauteilträger in einer drehbaren Lagerung an oder in der Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform befestigt sein und mittels eines Antriebs, z.B. Motors, vorzugsweise Schrittmotors relativ zur Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform gedreht werden. Die Bauteilträgeraufnahme ist in dieser Ausführung vorzugsweise selbst nicht drehbar, sondern nur absenkbar.
Vorzugsweise ist der Bauteilträger also bei dieser Ausführungsform oder auch bei nachfolgend beschriebenen Ausführungen als eine Platte ausgebildet mit kreisrundem Horizontalquerschnitt, die in einer Ausnehmung der Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform drehbar einliegt.
Verfahrensgemäß kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Bauteil auf einem Bauteilträger der Bauplattform hergestellt wird und das teilerstellte Bauteil mittels des Bauteilträgers um eine zur Absenkrichtung parallelen Achse, insbesondere einer vertikalen Achse, relativ zur Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform gedreht wird, insbesondere mehrfach während der Gesamtherstellung eines Bauteils.
In dieser Art der konstruktiven Ausbildung der Bauplattform mit einer Bauteilträgeraufnahme und wenigstens einem darin / daran angeordneten Bauteilträger kann es vorzugsweise auch vorgesehen sein, dass der Bauteilträger entgegen der Absenkrichtung und in der Absenkrichtung linear relativ zur Bauteilträgeraufnahme bewegbar ist, insbesondere reversierend. Hierfür kann der Bauteilträger in einer vertikalen Linearlagerung an/in der Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform angeordnet sein.
Vorzugsweise kann der Bauteilträger dabei in eine Position stellbar sein, in welcher seine Oberfläche, auf/über welcher ein Bauteil herstellbar ist, in derselben Ebene liegt, wie die umgebende Oberfläche der Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform und in wenigstens eine weitere Position stellbar sein, in welcher diese Oberfläche des Bauteilträgers gegenüber der umgebenden Oberfläche der Bauteilträgeraufnahme angehoben ist, insbesondere um ein Vielfaches n des Maßes, um das die Bauteilplattform stufenweise absenkbar ist, vorzugsweise wobei gilt n > 0.5, vorzugsweise n < 10. Das genannte Vielfache kann, muss aber nicht ganzzahlig sein.
Sofern ein Bauteilträger nur anhebbar und nicht rotierbar in der Bauteilträgeraufnahme angeordnet ist, ist der horizontale Querschnitt des Bauteilträgers und der Ausnehmung in der Bauteilträgeraufnahme konstruktiv nicht beschränkt, kann also auch mehreckig sein.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass der Bauteilpräger gleichzeitig in einer vertikale Linearlagerung und einer drehbaren Lagerung an/in der Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform angeordnet ist. Der Bauteilträger kann somit während einer Verfahrensdurchführung, insbesondere je nach Anforderung, gedreht werden und/oder gegenüber der Bauteilträgeraufnahme vertikal angehoben und auch wieder abgesenkt werden.
Vorzugsweise wird in den Ausführungen mit wenigstens einem Bauteilträger die Bauplattform insgesamt gebildet durch eine Bauteilträgeraufnahme mit wenigstens einen darin oder daran angeordneten Bauteilträger, insbesondere der jeweils in/an einer dem Bauteilträger zugeordneten Ausnehmung in der Bauteilträgeraufnahme angeordnet ist.
Bei einer Absenkbewegung zum Zweck des Pulverauftrags werden somit der Bauteilträger und die Bauteilträgeraufnahme gleichzeitig abgesenkt. Der Bauteilträger und die Bauteilträgeraufnahme sind so zueinander orientiert, dass in zumindest einer möglichen Position die Oberflächen von Bauteilträger und umgebender Bauteilträgeraufnahme der Bauplattform in derselben Ebene fluchtend liegen. Diese Position kann eine Ursprungsposition für den Bauteilträger bilden. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass ein Bauteilträger nur um ein Maß gegenüber der Bauteilträgeraufnahme angehoben werden kann, das kleiner ist als seine Höhe in der Anheberichtung. So wird verhindert, das Pulver unter einen Bauteilträger gelangen kann.
Die Bauplattform kann in diesen Ausführungen verstanden werden als eine Konstruktion mit doppeltem Boden, die insgesamt absenkbar ist und deren Böden relativ zueinander bewegbar sind.
An oder in einer Bauplattform können mehr als nur ein Bauteilträger vorgesehen sein, insbesondere wenigstens zwei. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass diese unabhängig voneinander bewegt werden können. Ebenso ist es möglich, dass ein Antrieb für eine Bewegungsrichtung mehrere Bauteilträger gleichzeitig in Bewegung versetzt, insbesondere alle Bauteilträger gleichzeitig in Bewegung versetzt. Hierfür können die Bauteilträger untereinander kinematisch gekoppelt sein.
Bei der Durchführung einer Drehung des teilerstellten Bauteils um eine vertikale Achse ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Drehung um einen vorbestimmten Winkelbereich um die vertikale Achse durchgeführt, insbesondere wobei der Winkelbereich kleiner ist als 360 Grad. Der vorbestimmte Winkelbereich kann beispielsweise, auf bei der Verfahrensdurchführung zur Verfügung stehenden Daten, gegeben sein oder berechenbar sein.
Wie eingangs erwähnt, kann es beim pulverbettbasierten Schmelzen zu einer Konturerhöhung am teilerstellten Bauteil kommen.
Das Verfahren kann vorsehen, dass vor der Durchführung der Erstellung der Pulverbettschicht mittels eines Auftragsrakels ein vorbestimmter Bauteilbereich des teilerstellten Bauteils aus einer dem Auftragsrakel bei seiner Bewegung zugewandten Richtung herausgedreht wird, insbesondere in eine vom Auftragsrakel abgewandte Richtung.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass ein Bereich, der entgegen der Rakelbewegung am teilerstellten Bauteil hergestellt ist, insbesondere also dem Auftragsrakel bei seiner Bewegung zugewandt ist, aus dieser Richtung herausgedreht wird. So kann erzielt werden, dass das Auftragsrakel nach der Drehung die Konturerhöhung überfahren kann, selbst wenn eine Berührung nicht verhindert ist.
Die Erfindung kann vorsehen, dass mögliche Positionen von Konturerhöhungen anhand der Konstruktionsdaten und/oder der Herstellungsparameter, wie z.B. der Wärmeleitfähigkeit des Pulverbettes und des Bauteils vorausberechnet werden, insbesondere für jede herzustellende Schicht. So kann vor jeder Erstellung einer Pulverbettschicht anhand der berechneten Positionen festgelegt werden, ob das Bauteil gedreht wird und wenn ja um welchen Winkel. Es kann somit eine Drehung nach jeder hergestellten Schicht oder auch nur nach Herstellung einiger bestimmter Schichten erfolgen, nämlich vorzugsweise nur nach solchen, die wenigstens eine dem Auftragsrakel entgegen gerichtete Konturerhöhung aufweisen.
Insbesondere in Verbindung mit der Drehung des teilerstellen Bauteils, grundsätzlich aber auch in Verbindung mit nachfolgenden Ausführungen kann es die Erfindung vorsehen, dass um das herzustellende Bauteil im Pulverbett eine kreiszylindrische Wandung hergestellt wird, deren Mittenachse mit der Drehachse zusammenfällt, insbesondere wenn das herzustellenden Bauteil selbst nicht rotationssymmetrisch ist. Diese Wandung wird vorzugsweise zusammen mit einem Bauteil auf dessen Bauteilträger erstellt, insbesondere am radial äußersten Bereich des Bauteilträgers.
Dies bietet den Vorteil, dass die Wandung eine Barriere bildet zwischen einem mit dem teilerstellten Bauteil mitgedrehten Pulverbettanteil, nämlich radial innerhalb der Wandung und einem im Baubehälter nicht gedrehten Pulverbettanteil, nämlich radial außerhalb der Wandung. So bleibt das Pulverbett radial innen von der Wandung, welches das teilerstellte Bauteil direkt umgibt relativ zu diesem in Ruhe und evtl. drehungsbedingte Pulverkompaktierungen können verhindert werden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Wandung über die gesamte Höhe des herzustellenden Bauteils miterstellt wird. Es ist aber ebenso möglich, die Wandung nur über eine untere Teilhöhe des Bauteiles zu fertigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise vorsehen, dass wenigstens ein Bauteil auf dem genannten Bauteilträger der Bauplattform hergestellt wird und das teilerstellte Bauteil mittels des Bauteilträgers relativ zur Bauplattform entgegen der Absenkrichtung angehoben wird.
Es besteht so die Möglichkeit das teilerstellte Bauteil durch vertikale Bewegung des Bauteilträgers gegenüber der Bauteilträgeraufnahme über die obere Ebene des Pulverbettes anzuheben und vorzugsweise auch wieder abzusenken bis in oder unter diese Ebene. Hiermit können mehrere Ziele verfolgt werden.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Anheben des Bauteilträgers nach dem Erzeugen einer Pulverbettschicht über dem teilerstellten Bauteil erfolgt. Es wird sodann durch das Anheben das auf dem teilhergestellten Bauteil aufliegende Pulver über das Auftragsniveau der Pulverbettschicht angehoben, insbesondere also über das Höhenniveau des umgebenden Pulverbettes außerhalb des teilerstellten Bauteils. Anschließend erfolgt sodann die Herstellung einer Schicht des Bauteils in diesem angehobenen Zustand.
Das vorgenannte Anheben kann vorzugsweise noch kombiniert werden mit der Durchführung einer Vibrationsbewegung. Eine solche Vibrationsbewegung kann für ein vorbestimmtes Zeitintervall durchgeführt werden, vorzugsweise nach dem Anheben, insbesondere mit einer Vibrationsamplitude, die kleiner ist als das Maß der Anhebung oder auch diesem entspricht. Je nach verwendetem Ausgangspulver und dessen Eigenschaften wie Fließverhalten und Agglomeration können durch eine solche Vibration des teilerstellten Bauteils leicht überstehende Pulverbereiche aus dem Bearbeitungsniveau gefördert werden.
Nach dem Anheben wird somit nur das Pulver mit der darunterliegenden Schicht des teilerstellten Bauteils verschmolzen, welches auf dem angehobenen teilerstellten Bauteil aufliegt, insbesondere welches innerhalb der äußersten Kontur des teilerstellten Bauteils aufliegt. Da das umgebende Pulverbett in der Höhe zurücksteht, werden weniger oder vorzugsweise keine Pulveranteile in die äußeren Randbereiche der Schmelze in der herzustellenden Bauteilschicht eingetragen. Die Bauteilrauigkeit zumindest am außenliegenden Flächenbereich kann somit signifikant reduziert werden.
Die Erfindung kann vorsehen, dass, insbesondere zusätzlich zur Anhebung aber auch alternativ zur Anhebung, mittels einer Absaugvorrichtung in einem vorbestimmten Abstand um die geschmolzene Kontur der vorherigen Schicht herum, insbesondere außen und/oder innen von der Kontur der Querschnittsfläche, vorzugsweise somit an allen möglichen Seiten der Kontur, Pulver abgesaugt wird, insbesondere zumindest aus der unmittelbar zuvor erstellten Pulverbettschicht, ggfs. auch aus weiter vorherigen Pulverbettschichten. Es kann vorgesehen sein, dass sich hierdurch eine rinnenförmige Pulverbettvertiefung, vorzugsweise allseitig um die geschmolzene Kontur der vorherigen Bauteilschicht ergibt, insbesondere in welche seitlich an die Kontur angrenzendes Pulver hineinrieseln kann. So bleibt nur direkt auf der vorherigen geschmolzenen Querschnittsfläche aufliegendes Pulver für die Verschmelzung übrig.
So kann die Bauteilrauigkeit auch an anderen als äußeren Flächenbereichen, vorzugsweise an allen Flächenbereichen reduziert werden.
Die Erfindung kann vorzugsweise in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen Anheben vor dem Schmelzen vorsehen, dass das Anheben um ein Maß erfolgt, welches mindestens 50% der Auftragsstärke der Pulverbettschicht entspricht. Vorzugsweise kann die Anhebung um wenigstens 100%, weiter bevorzugt um wenigstens 500%, weiter bevorzugt um wenigstens 1000%, weiter bevorzugt um wenigstens 1500%, weiter bevorzugt um wenigstens 2000% der Auftragsstärke der Pulverbettschicht erfolgen, insbesondere kann eine Anhebung um nicht mehr als 2500% vorgesehen sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Fokusparameter, insbesondere die Fokuslage des Energiestrahles vor dem Verschmelzen an die angehobene Position des Pulvers angepasst wird.
Die Erfindung kann vorsehen, dass das vorbeschriebene Anheben bei jeder herzustellenden Schicht, insbesondere außer der ersten erfolgt oder auch nur bei einer Teilanzahl aller herzustellenden Schichten erfolgt. Es können somit auch abwechselnd bestimmte Anzahlen von Schichten im angehobenen Zustand des Bauteilträgers und des teilerstellten Bauteils erfolgen und bestimmte Anzahlen von Schichten in üblicher Weise direkt nach der Pulverbettschichterstellung hergestellt werden. Die Erfindung kann vorsehen bei jeder Schicht anhand von gespeicherten Entscheidungskriterien, zum Beispiel der im Schichtbereich benötigten Oberflächengüte zu entscheiden, ob eine Anhebung vor dem Verschmelzen erfolgt oder nicht. So kann es beispielsweise an einem herzustellenden Bauteil Bereiche geben, in denen eine hohe Oberflächengüte gefordert ist und andere Bereiche, in denen das nicht der Fall ist.
Nach einem Verschmelzen mit vorheriger Anhebung ist es vorgesehen, den Bauteilträger und das teilerstellte Bauteil wieder abzusenken, insbesondere in die vor dem Anheben vorliegende vorherige Position, um die nächste Pulverbettschicht nach erneutem Absenken der Bauplattform aufzutragen.
In Verbindung mit dem Anheben vor dem Verschmelzen, aber auch unabhängig davon kann es die Erfindung vorsehen, dass ein Anheben des Bauteilträgers und des teilerstellten Bauteils nach Herstellung einer vorbestimmten Anzahl N von Schichten des Bauteils erfolgt, z.B. um ein Maß, das mindestens der Dicke der Schichten dieser vorbestimmten Anzahl N entspricht. Diese bestimmte Anzahl N der Schichten kann in üblicher Weise ohne Anhebung und/oder in der erfindungsgemäßen Weise mit Anhebung vor dem Verschmelzen erfolgen. Die Anzahl N kann z.B. zwischen 1 und 20 liegen. Vorzugsweise kann N größer als 2, weiter bevorzugt größer als 5 sein.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Maß der Anhebung in diesem Fall gewählt ist zu N x M, wobei N die vorbestimmte Anzahl von Schichten ist und M ein Faktor größer gleich 1 ist. Dabei kann M eine reelle Zahl sein. Vorzugsweise ist M gewählt zu M>=1.5, bevorzugt M>=2.
Es kann ebenso vorgesehen sein, das Maß der Anhebung in Abhängigkeit des Fokusdurchmessers des Energiestrahles zu wählen, den der Energiestrahl auf der zu behandelnden Bauteiloberfläche hat. Vorzugsweise wird das Maß der Anhebung so gewählt, dass es mindestens 2-mal größer ist, vorzugsweise mindestens 4-mal größer ist, weiter bevorzugt wenigstens 8-mal größer ist als der Fokusdurchmesser. Als Fokusdurchmesser wird dabei vorzugsweise der Durchmesser am Ort des Fokus verstanden, bei dem die Intensitätsverteilung des Energiestrahls ausgehend vom Maximum auf 1/e² abgefallen ist. Alternativ kann auch die Halbwertsbreite der Intensitätsverteilung als Durchmessermaß herangezogen werden.
Vorzugsweise bezieht sich dabei die Anhebung um das genannte Maß auf das Niveau des umgebenden Pulverbettes. Wenn also die letzte Schicht dieser vorbestimmten Anzahl in angehobener Position erstellt wurde, muss diese Anhebung nicht zunächst rückgängig gemacht werden, sondern die bestehende Anhebung kann um die vorbestimmte Anzahl minus 1 erhöht werden und entspricht danach insgesamt einer Anhebung um die vorbestimmte Anzahl über dem umgebenden Pulverbett.
Die Erfindung kann dann vorsehen, dass nach einem solchen Anheben die über das Niveau des umgebenden Pulverbettes hinausstehenden Bereiche des teilerstellten Bauteils, insbesondere die vom teilerstellten Bauteil nach außen weisenden Bereiche, einer Behandlung unterzogen werden.
Eine solche Behandlung kann z.B. durch Bestrahlung mit einem Energiestrahl erfolgen, insbesondere demselben wie zuvor beim Schmelzen, es kann aber auch ein anderer Energiestrahl verwendet werden.
Mit der Behandlung kann vorzugsweise eine Oberflächenglättung erzeugt werden. Ebenso kann eine oder mehrere der folgenden Behandlungen erzielt werden: Vergüten, Härten, Gravieren, Verglasen, Strukturieren, Beschriften, Oberflächenabtragung (Ablation), Schneiden, Bohren, Ätzen.
Bei einer Behandlung kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der die Behandlung durchführende Energiestrahl in einem kleineren Winkel zur Pulverbettoberfläche geführt wird, als der die Schichtherstellung bewirkende Energiestrahl. Da der Energiestrahl bei der Behandlung auf seitliche Bereiche des teilerstellten Bauteils wirken soll, wird so eine bessere Energieabsorption erreicht.
Weiterhin kann der Energiestrahl für die Behandlung andere Strahlparameter aufweisen als der die Schicht erzeugende Energiestrahl, vorzugsweise hinsichtlich Wellenlänge und / oder Leistung und / oder Fokusdurchmesser und -lage. Die Strahlquelle kann somit vorzugsweise eine andere sein als beim Schmelzen.
Weiter bevorzugt kann bei der Behandlung die Strahlungsquelle des die Behandlung durchführenden Energiestrahles oder der Energiestrahl um das teilerstellte Bauteil herumgeführt werden oder das teilerstellte Bauteil wird relativ zur Strahlungsquelle oder zumindest dessen Energiestrahl rotiert, insbesondere mittels des Bauteilträgers.
Für alle möglichen Ausführungsformen des Anhebens kann es vorgesehen sein, dass nach einer Anhebung und vor einer Erstellung einer neuen Pulverbettschicht der Bauteilträger relativ zur Bauteilträgeraufnahme abgesenkt wird, insbesondere mindestens um den Betrag der vorherigen Anhebung, insbesondere bis in die Ursprungsposition.
Besonders bevorzugt können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren rotationssymmetrische Bauteile und /oder sich in Baurichtung nach oben verjüngende Bauteile gefertigt werden.
Eine bevorzugte Ausführung wird anhand der nachfolgenden 1 erläutert:

Die 1 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst einen Baubehälter 2 mit einer Baubehälterwandung 3. Im Baubehälter 2 ist innerhalb der Baubehälterwandung 3 eine Bauplattform 4 angeordnet. Diese ist durch einen schematisch angedeuteten Antrieb 4d in bekannter Weise in vertikaler Richtung nach unten bei der Herstellung eines Bauteiles 11 schrittweise absenkbar, insbesondere um ein Maß, dass der Auftragsstärke einer Pulverbettschicht entspricht.

Die Bauplattform 4 umfasst in der hier gezeigten Ausführung eine Bauteilträgeraufnahme 4a, 4b aus zwei übereinanderliegenden Platten 4a und 4b.
Die Bauteilträgeraufnahme 4a, 4b weist hier in der oberen Platte 4b wenigstens eine Ausnehmung auf, in der jeweils ein Bauteilträger 4c angeordnet ist. Der jeweilige Bauteilträger 4c ist hier relativ zur Bauteilträgeraufnahme 4a, 4b sowohl drehbar um die vertikale Achse 4f als auch entgegen der Absenkrichtung anhebbar, insbesondere anschließend auch wieder absenkbar.
Die Bauteilträgeraufnahme 4a, 4b kann erfindungsgemäß auch aus nur einem einzigen plattenförmigen Element ausgebildet sein, das absenkbar ist.
Die Ausbildung aus zwei Platten 4a, 4b bietet zwei Vorteile.
Zum Einen gestattet dies vorzugsweise, dass die Einheit aus oberer Platte 4a und Bauteilträger 4c aus dem Baubehälter 3 entnommen werden kann.
Zum Anderen ergibt sich auch die Möglichkeit der Nachrüstung bestehender Vorrichtungen mit einer nur absenkbaren Bauplattform. So kann eine erfindungsgemäße Bauplattform 4 aus den Elementen 4a, 4b, 4c, gebildet werden aus einer Bauplattform des Standes der Technik, die hier nur der Platte 4a entspräche und die durch eine Platte 4b mit Ausnehmungen und darin angeordneten wenigstens einen Bauteilträger 4c ergänzt wird.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bauteilträger 4c eine bestimmte Höhe haben, so dass diese bei einer Bewegung mit ihrer Unterfläche nicht über die Oberfläche der umgebenden Bauteilträgeraufnahme 4a, 4b gelangen. So wird verhindert, dass Pulver unter die Bauteilträger 4c gelangt. Die Höhe ist in diesem Beispiel geringer als die Dicke der Platte 4b, kann aber je nach Konstruktion auch anders ausgebildet sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass Bauteilträger 4c und die diesen aufnehmende Ausnehmung aneinander gedichtet sind, um Pulvereintrag in die Ausnehmung zu verhindern. Dies kann z.B. durch zwischen Ausnehmung und Bauteilträger wirkende Dichtelemente oder durch ein den Pulvereintrag verhinderndes Spaltmaß erfolgen.
Durch Antriebe 4e kann jeder Bauteilträger 4c in dieser Ausführung sowohl um eine vertikale Achse 4f rotiert werden als auch in vertikaler Richtung angehoben und auch wieder abgesenkt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass an wenigstens einem Bauteilträger 4c nur die Drehbarkeit oder an wenigstens einem Bauteilträger 4c nur die vertikale Anhebbarkeit und Absenkbarkeit realisiert ist.
Die Antriebe 4e sind hier unter der Bauplattform 4 dargestellt. Es ist bei allen möglichen Ausführungen der Erfindung, insbesondere bei hier nicht gezeigten Ausführungen, ebenso möglich, dass der Antrieb eines jeweiligen Bauteilträgers oder der Antrieb aller Bauteilträger innerhalb der vertikalen Dicke der Bauplattform, insbesondere von deren Bauteilträgeraufnahme realisiert ist.
Die Bewegung der Bauteilträger 4c erfolgt jeweils relativ zu der in der aktuellen Position feststehenden Bauteilträgeraufnahme 4a, 4b. Diese wird vorzugsweise nur vor dem jeweiligen Auftragen einer Pulverbettschicht in vertikaler Richtung nach unten abgesenkt. Lediglich am Ende einer Herstellung kann es vorgesehen sein, die Bauplattform 4 mit all ihren Elementen 4a, 4b, 4c wieder anzuheben.
Neben dem Baubehälter 2 ist ein Pulvervorrat angeordnet. Hier kann das Pulver 7 alternativ in einem Vorratsbehälter 6a unter einem Auftragsrakel 8 angeordnet sein, aus dem Pulver 7 in die Arbeitshöhe des Auftragsrakels 8 angehoben wird oder in einem Vorratsbehälter 6b über dem Auftragsrakel 8, aus dem heraus Pulver 7 vor das Auftragsrakel 8 herabgelassen wird.
Das Auftragsrakel 8 kann durch eine Bewegung entlang des Pfeiles 9 das vor dem Auftragsrakel 8 befindliche Pulver 7 über den Baubehälter 2 hinwegschieben, so dass sich über / oberhalb der Bauplattform 4 und der damit realisierten Bauteilträgeraufnahme 4a,b, mit Bauteilträger 4c, insbesondere auf einem schon bestehenden Pulverbett 10 und einem darin liegenden teilerstellten Bauteil 11 eine neue Pulverbettschicht ergibt.
Überschüssiges Pulver 7 wird in einem Auffangbehälter 5 gesammelt. Hiernach bewegt sich das Auftragsrakel 8 wieder in seine Ausgangsposition zurück.
Das Auftragsrakel 8 arbeitet immer in der derselben Höhenlage, so dass die Oberfläche einer neuen Pulverbettschicht unmittelbar nach deren Erstellung immer in derselben Auftragsebene 8a liegt.
Die 1 zeigt links ein sich vorzugsweise nach oben verjüngendes Bauteil 11, das über dem linken Bauteilträger 4c hergestellt wird. Rechts ist ein Bauteil 11 dargestellt, dass über Stützstrukturen am rechten Bauteilträger 4c hergestellt wird.
Beide Bauteile 11 sind in einer durch den Bauteilträger 4c angehobenen Position dargestellt, in welcher das auf der Querschnittsfläche der vorherigen Bauteilschicht aufliegende Pulver 7a der erstellten Pulverbettschicht über das umgebende Pulverbett 10 angehoben ist.
Anders als im Stand der Technik erfolgt somit die Herstellung einer Schicht mit Pulver 7a aus der erstellten Pulverbettschicht, welches über die Auftragsebene 8a, die das Auftragsrakel 8 vorgibt, angehoben ist. Die Herstellung der Bauteilschicht erfolgt hier in einem Herstellungsniveau, das über dem Auftragsniveau des Pulvers 7 liegt.
Am linken Bauteil 11 ist dargestellt, dass mittels des für den Schmelzvorgang genutzten ersten Energiestrahles 12, z.B. eines Laserstrahls nur das auf dem angehobenen teilerstellten Bauteil 11 aufliegende Pulver 7a geschmolzen wird und sich dieses untereinander und mit der darunterliegenden Schicht des Bauteiles 11 verbindet.
Die 1 verdeutlich, dass durch das Anheben die seitlichen Randbereiche 11a des Bauteiles 11, die an die herzustellende Schicht angrenzen, frei von Pulver sind. Es kann daher an dieser Stelle nicht mehr zu Pulveranhaftungen kommen, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Daher wird direkt bei der Schichtherstellung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Oberflächengüte, insbesondere eine geringere Rauigkeit erzielt.
Am linken Bauteil 11 ist ebenso verdeutlicht, dass die durch die Anhebung über die umgebende Pulverbettebene, insbesondere über das Auftragsniveau 8a hinausstehenden Flächenbereiche des Bauteils 11, insbesondere die seitlich außen liegenden Flächenbereiche 11a, mit einem weiteren Energiestrahl 13a behandelt werden können. Dieser beleuchtet das Bauteil 11 vorzugsweise in einem Winkel, der gegenüber der Pulverbettoberfläche geringer ist als der Winkel des schmelzenden Energiestrahles 12. Für die Behandlung kann die den Energiestrahl 13a erzeugende Energiequelle 13 oder nur dessen Strahl 13a um das Bauteil 11 herumgeführt werden, alternativ oder kumulativ wird das Bauteil 11 mit dem Bauteilträger 4c gedreht.
Die 1 zeigt weiterhin eine Absaugvorrichtung 14, hier im Wesentlichen dessen Absaugrohr, mit dem Pulver 7 zumindest aus der zuletzt aufgetragenen Pulverbettschicht, ggfs. auch aus dem älteren Pulverbett 10 abgesaugt werden kann. Die Absaugung erfolgt vorzugsweise nahe der bereits geschmolzenen Kontur der zuvor hergestellten Bauteilschicht. Hierdurch kann sich eine Rinne 7b im Pulverbett 10 nahe der obersten Bauteilquerschnittsfläche ergeben, in welche Pulver hinabrieseln kann und sich so vom Bauteil 11 entfernt. Auch dadurch können beim nachfolgenden Schmelzen seitliche Pulveranhaftungen verhindert werden.
Das Absaugen kann zusätzlich zum Anheben erfolgen, aber auch alternativ zu diesem.
Nach dem Anheben und Schmelzen oder nach dem Anheben und Behandeln der hierdurch freigelegten Flächenbereiche eines teilerstellten Bauteiles 11 wird dieses durch Absenken des Bauteilträgers 4c, insbesondere zurück in seine Ursprungsposition, wieder in eine Lage zurückgeführt, in welcher nach Absenken der Bauplattform 4 insgesamt der nächste Auftrag einer Pulverbettschicht erfolgen kann.
Die Drehbarkeit der Bauteilträger 4c kann auch ausschließlich oder in Kombination mit zuvor beschriebenem Anheben und Absenken genutzt werden, um Konturüberhöhungen am teilerstellten Bauteil 11 in eine für die Rakelbewegung ungefährliche Lage zu drehen, wie es zuvor beschrieben ist.
Die 1 zeigt weiterhin die Möglichkeit um ein Bauteil 11 zusätzlich zu diesem eine kreiszylindrische Wandung 15 herzustellen, über welche bei einer Drehung das zum Bauteil 11 nahe Pulverbett vom dem umgebenden Pulverbett entkoppelt werden kann.
Die 1 zeigt auch eine Ausführungsvariante, bei der die Bauplattform 4 insgesamt mittels des Antriebs 4d um die Achse 4g gedreht werden kann. Diese Ausführung kann zusätzlich zu der vorgenannten vorliegen. Die Möglichkeit der Drehung der gesamten Bauplattform 4 kann aber auch gegeben sein, wenn die Bauteilträgeraufnahme 4a,4b und die Bauteilträger 4c nicht an der Bauplattform 4 realisiert sind. Es entfällt hierdurch zwar die Anhebbarkeit, aber die mit der Drehung verbundenen Vorteile können ebenso erschlossen werden.

Claims

Verfahren zur schichtweisen additiven Herstellung von wenigstens einem Bauteil (11), bei welchem mehrfach wiederholend a. eine Pulverbettschicht aus einem schmelzbaren Pulvermaterial (7) über einer Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) eines Baubehälters (2) erzeugt wird, und b. das Pulvermaterial (7) der Pulverbettschicht zur Herstellung einer Schicht des Bauteils (11) mittels eines Energiestrahls (12) in einer das Bauteil (11) in der herzustellenden Schicht repräsentierenden Querschnittsfläche aufgeschmolzen wird, insbesondere wobei sich das Pulvermaterial (7) untereinander und mit unter der zu fertigenden Schicht bestehenden Schichten verbindet, und c. die Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c), insbesondere nach jeder gefertigten Schicht, im Baubehälter (2) abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass d. das teilerstellte Bauteil (11), insbesondere mehrfach, in einer von der Absenkung abweichenden Richtung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilerstellte Bauteil (11) um eine zur Absenkrichtung parallelen Achse (4f), insbesondere um eine vertikale Achse (4f) gedreht wird, insbesondere um einen vorbestimmten Winkelbereich, insbesondere mittels der gesamten Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) oder dem gesamten Baubehälter (2).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bauteil (11) auf einem Bauteilträger (4c) der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) hergestellt wird und das teilerstellte Bauteil (11) mittels des Bauteilträgers (4c) um eine zur Absenkrichtung parallele Achse (4f), insbesondere eine vertikale Achse (4f), relativ zu einer Bauteilträgeraufnahme (4a, 4b) der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Erstellung der Pulverbettschicht mittels eines Auftragsrakels (8) ein vorbestimmter Bauteilbereich des teilerstellten Bauteils (11) aus einer dem Auftragsrakel (8) bei seiner Bewegung zugewandten Richtung herausgedreht wird, insbesondere in eine vom Auftragsrakel (8) abgewandte Richtung.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um das herzustellende Bauteil (11) im Pulverbett (10) eine kreiszylindrische Wandung (15) hergestellt wird, deren Mittenachse mit der Drehachse (4f) zusammenfällt, insbesondere wenn das herzustellenden Bauteil (11) selbst nicht rotationssymmetrisch ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein Bauteil (11) auf einem Bauteilträger (4c) der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) hergestellt wird und das teilerstellte Bauteil (11) mittels des Bauteilträgers (4c) relativ zu einer Bauteilträgeraufnahme (4a, 4b) der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) entgegen der Absenkrichtung angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben nach dem Erzeugen einer Pulverbettschicht über dem teilerstellten Bauteil (11) erfolgt, insbesondere wodurch das auf dem teilhergestellten Bauteil (11) aufliegende Pulver (7a) über das Auftragsniveau der Pulverbettschicht angehoben wird, und die Herstellung einer Schicht des Bauteils (11) im angehobenen Zustand erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben um ein Maß erfolgt, welches mindestens 50%, weiter bevorzugt mindestens 100%, weiter bevorzugt mindestens 500%, weiter bevorzugt mindestens 1000%, weiter bevorzugt mindestens 2500% der Auftragsstärke der Pulverbettschicht entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben nach Herstellung einer vorbestimmten Anzahl N von Schichten des Bauteils (11) um ein Maß erfolgt, dass mindestens der Gesamtdicke der Schichten dieser vorbestimmten Anzahl N entspricht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anheben die über das Niveau des umgebenden Pulverbettes (10) hinausstehenden Bereiche (11a) des teilerstellten Bauteils (11), insbesondere die vom teilerstellten Bauteil (11) nach außen weisenden Bereiche, einer Behandlung unterzogen werden, insbesondere durch Bestrahlung mit einem Energiestrahl (13a), vorzugsweise die Behandlung eine Oberflächenglättung erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der die Behandlung durchführende Energiestrahl (13a) in einem kleineren Winkel zur Pulverbettoberfläche geführt wird als der die Schichtherstellung bewirkende Energiestrahl (12), insbesondere der Energiestrahl (13a) andere Strahlparameter aufweist als der die Schicht erzeugende Energiestrahl (12), vorzugsweise hinsichtlich Wellenlänge und / oder Leistung und / oder Fokusdurchmesser und / oder Fokuslage.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Behandlung der Energiestrahl (13a) oder die Strahlungsquelle (13) des die Behandlung durchführenden Energiestrahles (13a) um das teilerstellte Bauteil (11) herumgeführt wird oder das teilerstellte Bauteil (11) relativ zum Energiestrahl (13a) rotiert wird, insbesondere mittels des Bauteilträgers (4c).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Anhebung und vor einer Erstellung einer Pulverbettschicht der Bauteilträger (4c) relativ zur Bauteilträgeraufnahme (4a, 4b) der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) abgesenkt wird, insbesondere mindestens um den Betrag der vorherigen Anhebung.
Verfahren zur schichtweisen additiven Herstellung von wenigstens einem Bauteil (11), insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem mehrfach wiederholend a. eine Pulverbettschicht aus einem schmelzbaren Pulvermaterial (7) über einer Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) eines Baubehälters (2) erzeugt wird, und b. das Pulvermaterial (7) der Pulverbettschicht zur Herstellung einer Schicht des Bauteils (11) mittels eines Energiestrahls (12) in einer das Bauteil (11) in der herzustellenden Schicht repräsentierenden Querschnittsfläche aufgeschmolzen wird, insbesondere wobei sich das Pulvermaterial (7) untereinander und mit unter der zu fertigenden Schicht bestehenden Schichten verbindet, und c. die Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c), insbesondere nach jeder gefertigten Schicht, im Baubehälter (1) abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass d. vor dem Verschmelzen des Pulvers (7) der erstellten Pulverbettschicht seitlich neben der Kontur der vorherigen Bauteilschicht liegendes Pulver (7) abgesaugt wird, insbesondere so, dass Pulver (7a) aus der Pulverbettschicht, das auf der Querschnittsfläche der vorherigen Bauteilschicht aufliegt vom umgebenen Pulverbett (10) durch eine Pulverbettvertiefung (7b) getrennt ist.
Vorrichtung zur schichtweisen additiven Herstellung von wenigstens einem Bauteil (11), umfassend a. einen Baubehälter (2) mit einer Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c), die im Baubehälter (2) absenkbar ist, vorzugsweise stufenweise absenkbar ist, b. einen Pulvervorrat (6a, 6b) mit einer Auftragsvorrichtung (8), insbesondere mit einem Auftragsrakel (8), wobei mittels der Auftragsvorrichtung (8) aus dem Pulver (7) des Pulvervorrats (6a, 6b) im Baubehälter (2) über der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) schichtweise ein Pulverbett (10) erzeugbar ist, c. wenigstens eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Energiestrahls (12), vorzugsweise eines Laserstrahls (12), insbesondere wobei mit dem Energiestrahl (12) das Pulver des Pulverbettes im Baubehälter (2) lokal schmelzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass d. sie eine Einrichtung (4c, 4d, 4e) umfasst, mit der ein im Pulverbett (10) teilerstelltes Bauteil (11) in einer von der Absenkung abweichenden Richtung bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung gebildet ist durch a. die gesamte Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c), die einen Antrieb (4d) aufweist, mit dem die gesamte Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c), insbesondere innerhalb des Baubehälters (2) oder zusammen mit diesem, um eine zur Absenkrichtung parallele Rotationsachse (4g) drehbar ist, oder b. wenigstens einen Bauteilträger (4c), der an/in einer Bauteilträgeraufnahme (4a, 4b) der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) angeordnet und relativ zu dieser bewegbar ist, insbesondere mit einem dem Bauteilträger (4c) zugeordneten Antrieb (4e).
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilträger (4c) relativ zur Bauteilträgeraufnahme (4a, 4b) der Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) a. drehbar ist um eine zur Absenkrichtung parallele Drehachse (4f), und/oder b. entgegen der Absenkrichtung und in der Absenkrichtung linear bewegbar ist, insbesondere reversierend.
Vorrichtung nach Anspruch 17 Alternative b, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilträger (4c) in eine Position, insbesondere Referenzposition, stellbar ist, in welcher seine Oberfläche, auf/über welcher ein Bauteil (11) herstellbar ist, in derselben Ebene liegt, wie die umgebende Oberfläche der Bauteilträgeraufnahme (4a, 4b) und in wenigstens eine weitere Position stellbar ist, in welcher diese Oberfläche des Bauteilträgers (4c) gegenüber der umgebenden Oberfläche der Bauteilträgeraufnahme (4a, 4b) angehoben ist, insbesondere um ein Vielfaches n des Maßes, um die die Bauplattform (4, 4a, 4b, 4c) stufenweise absenkbar ist, vorzugsweise wobei gilt n> 0.5, vorzugsweise n < 20.