DE102021108342A1 - Device for a selective, laser-assisted beam melting process - Google Patents

Device for a selective, laser-assisted beam melting process Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) für ein selektives, lasergestütztes Strahlschmelzverfahren zur schichtweisen Herstellung eines Werkstücks (5), bei welcher der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht (26, 27) auf einer Bauplatte (10) aufgebracht und mittels Laserstrahl (4) lokal vollständig umgeschmolzen und nach der Erstarrung eine feste Schicht (26, 27) bildet, wonach anschließend die Bauplatte (10) um mindestens den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und neues Pulver (6) auf die Bauplatte (10) aufgetragen wird, wobei die der Bodenseite des Werkstücks (5) zugewandte Oberseite (18) der Bauplatte (10) aus einer laserschmelzfesten Schicht besteht, die eine Verkrallungsstruktur (17) für die Fixierung der Bodenseite (29) des Werkstücks (5) auf der Bauplatte (10) bildet.Device (1) for a selective, laser-assisted beam melting process for the layered production of a workpiece (5), in which the material to be processed is applied in powder form in a thin layer (26, 27) to a building board (10) and locally by means of a laser beam (4). completely remelted and, after solidification, forms a solid layer (26, 27), after which the building board (10) is then lowered by at least the amount of one layer thickness and new powder (6) is applied to the building board (10), the bottom side of the The top side (18) of the building board (10) facing the workpiece (5) consists of a laser-melting-resistant layer which forms a clawing structure (17) for fixing the bottom side (29) of the workpiece (5) on the building board (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein selektives, lasergestütztes Strahlschmelzverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for a selective, laser-assisted beam melting process according to the preamble of patent claim 1.

Eine bevorzugte Anwendung eines lasergestützten Strahlschmelzverfahrens liegt im Laserschmelzen oder Lasersintern eines Pulvermaterials, wie es Gegenstand der eigenen Patentanmeldung DE 10 2019 105 223 A1 ist.A preferred application of a laser-assisted beam melting process is in laser melting or laser sintering of a powder material, as is the subject of our patent application DE 10 2019 105 223 A1 is.

Die diesbezügliche Offenbarung soll von der Offenbarung der vorliegenden Erfindungsbeschreibung umfasst sein.The relevant disclosure should be encompassed by the disclosure of the present invention description.

Eine gattungsbildende Vorrichtung für ein selektives, lasergestütztes Strahlschmelzverfahren ist beispielsweise Gegenstand der DE 10 2018 112 381 A1 , bei welcher der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf einer Bauplatte aufgebracht wird und der pulverförmige Werkstoff mittels Laserstrahlung schichtweise lokal vollständig umgeschmolzen wird und nach seiner Erstarrung eine feste Materialschicht bildet.A generic device for a selective, laser-assisted beam melting process is, for example, the subject of DE 10 2018 112 381 A1 , in which the material to be processed is applied in powder form in a thin layer on a building board and the powdered material is locally completely remelted layer by layer by means of laser radiation and forms a solid layer of material after it has solidified.

Anschließend wird die Bauplatte um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind. Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver gereinigt, nach Bedarf bearbeitet oder sofort verwendet.The building board is then lowered by the amount of one layer thickness and powder is applied again. This cycle is repeated until all layers have been remelted. The finished component is cleaned of excess powder, processed as required or used immediately.

Die für den Aufbau des Bauteils typischen Schichtstärken bewegen sich für alle Materialien im Bereich zwischen 15 bis 50 Mikrometer.The layer thicknesses that are typical for the structure of the component are between 15 and 50 micrometers for all materials.

Um die Kontaminierung des Werkstoffs mit Sauerstoff zu vermeiden, findet der Prozess unter Schutzgasatmosphäre mit Argon oder Stickstoff statt.In order to avoid contamination of the material with oxygen, the process takes place in a protective gas atmosphere with argon or nitrogen.

Allerdings wird es als Nachteil empfunden, dass bei der selektiven, schichtweisen Anfertigung von Werkstücken Stützstrukturen verwendet werden müssen, die das Werkstück auf der Bauplatte fixieren, um eine unerwünschte Bewegung des Werkstücks während des Laserschmelzverfahrens zu vermeiden.However, it is felt to be a disadvantage that in the selective, layered production of workpieces, support structures have to be used that fix the workpiece on the building board in order to avoid unwanted movement of the workpiece during the laser melting process.

Solche Stützstrukturen sind bei dünnwandigen Bauteilen notwendig, um einen etwaigen Verzug durch die durch den Prozess eingebrachte Wärme des Fertigbauteils zu vermeiden.Such support structures are necessary for thin-walled components in order to avoid any distortion caused by the heat generated by the process in the finished component.

Solche Stütz- oder Anwendungsstrukturen haben die weitere Funktion, während des Prozesses, vor allem während des Wischvorganges, das aufgedruckte Werkstück (Bauteil) auf der Bauplatte zu fixieren, damit durch den Wischer, der einzelne Schichten von Metall aufträgt, kein Verschieben des Werkstücks erfolgt.Such support or application structures have the additional function of fixing the printed workpiece (component) on the building board during the process, especially during the wiping process, so that the workpiece cannot be displaced by the wiper, which applies individual layers of metal.

Stützstrukturen sind generell dazu da, eine Verbindung zwischen gedrucktem Bauteil und Bauplattform herzustellen.Support structures are generally there to create a connection between the printed component and the construction platform.

Diese Stützstrukturen müssen nach abgeschlossenen 3-D-Druck aufwendig entfernt werden, was die Werkstücke, speziell in einer Serie, verteuert.These support structures have to be removed after the 3D printing is complete, which makes the workpieces more expensive, especially in a series.

Des Weiteren wird durch Verwendung von Stützstrukturen bei höher kohlenstoffhaltigen Stellen im Werkstück einem Verzug des Werkstücks entgegengewirkt.Furthermore, the use of support structures in places in the workpiece with a higher carbon content counteracts distortion of the workpiece.

Wenn der Druck abgeschlossen ist und das Restpulver aus dem Druckbauraum entfernt ist, wird die Bauplatte samt gedrucktem Werkstück und den Stützstrukturen entnommen. Anschließend wird in einem sehr aufwändigen Trennvorgang (durch Drahterodieren, Schneiden, Sägen, Fräsen, Lasern, usw.) die Stützstruktur von der Bauplatte entfernt. Um die Bauplatte wieder druckfähig für den nächsten Druckjob zu machen, muss diese eben geschliffen werden. Es ist auf jeden Fall nach dem Trennvorgang ein Nachbearbeiten der Bauplatte zur Sicherstellung einer absoluten Ebenheit notwendig.When the print is complete and the residual powder has been removed from the print space, the build plate is removed along with the printed workpiece and the support structures. The support structure is then removed from the building board in a very complex separation process (by wire EDM, cutting, sawing, milling, lasering, etc.). In order to make the building board printable again for the next print job, it has to be sanded flat. In any case, post-processing of the building board is necessary after the separation process to ensure absolute evenness.

Der Erfindung liegt deshalb, ausgehend von der DE 10 2018 112 389 A1 , die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für ein selektives, lasergestütztes Strahlschmelzverfahren so weiterzubilden, dass Stützstrukturen weitgehend vermieden werden können und dass eine besonders einfache Entnahme des fertig gestellten Werkstücks von der Bauplatte, ohne wesentliche Nachbearbeitung der Bauplatte, möglich ist.The invention is therefore based on the DE 10 2018 112 389 A1 , the task of developing a device for a selective, laser-assisted beam melting process in such a way that supporting structures can be largely avoided and that a particularly simple removal of the finished workpiece from the building board is possible without substantial post-processing of the building board.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.The invention is characterized by the technical teaching of claim 1 in order to solve the task at hand.

Vorteil der erfindungsgemäßen technischen Lehre ist die einfache Entnahme des gedruckten Bauteils aus dem Druckerbauraum ohne aufwendiges Trennen von Stützstruktur und Werkstück und Bauplatte.The advantage of the technical teaching according to the invention is the simple removal of the printed component from the printer installation space without the time-consuming separation of the support structure and the workpiece and construction board.

Ein besonderer Vorteil der technischen Lehre, nach Anspruch 1, ist, dass die Stützstrukturen mindestens teilweise oder sogar vollständig dann entfallen können, wenn eine Verkrallungsstruktur auf der Oberseite der Bauplatte in Richtung auf die darauf haftende Bodenseite des Werkstücks vorgesehen wird.A particular advantage of the technical teaching, according to claim 1, is that the support structures can be omitted at least partially or even completely if a clawing structure is provided on the upper side of the building board in the direction of the bottom side of the workpiece adhering thereto.

In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser technischen Idee wird es bevorzugt, wenn mindestens die Oberseite der Bauplatte aus einer laserschmelzfesten Schicht, bevorzugt aus einer Keramikplatte gebildet ist, in deren Oberseite die Verkrallungsstruktur angeordnet ist. Die Verwendung einer Keramikplatte hat den Vorteil, einer besonders schmelzfesten und glatten Oberfläche. Der Begriff „Keramik“ umfasst eine Vielzahl anorganischer nichtmetallischer Werkstoffe, die grob in die Typen Irdengut, Steingut, Steinzeug, Porzellan und Sondermassen unterteilt werden können. Allgemeinsprachlich dient Keramik auch als Oberbegriff für die geformten und gebrannten Produkte, die als Bauteile oder Werkzeuge verwendet werden.In a preferred embodiment of this technical idea, it is preferred if at least the upper side of the building board is formed from a layer that is resistant to laser melting, preferably from a ceramic plate, in the upper side of which the clawing structure is arranged. The use of a ceramic plate has the advantage of a particularly melt-resistant and smooth surface. The term "ceramic" includes a variety of inorganic non-metallic materials that can be roughly divided into the types of earthenware, earthenware, stoneware, porcelain and special masses. In common parlance, ceramics also serve as a generic term for the shaped and fired products that are used as components or tools.

Man unterscheidet unter anderem Tonkeramik und Glaskeramik. In dieser Beschreibung spielt die technische Keramik eine bedeutende Rolle, zu der auch die Verbundkeramik zählt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die erfindungsgemäße Keramikplatte aus einer technischen Keramik, insbesondere einer Verbundkeramik.A distinction is made between clay ceramics and glass ceramics. In this description, technical ceramics play an important role, which also includes composite ceramics. According to a preferred embodiment, the ceramic plate according to the invention consists of a technical ceramic, in particular a composite ceramic.

In einer anderen Ausgestaltung kann jedoch auch eine Glaskeramik-Platte verwendet werden, wie sie bei Herdplatten elektrischer Herde gebräuchlich ist. Darunter werden Glaskeramiken verstanden, welche eine hohe Durchlässigkeit für Wärmestrahlung, eine geringe Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufgrund des geringen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Sie besitzen eine glatte, porenfreie Oberfläche. Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung einer solchen Glaskeramikplatte die Verkrallungsstruktur in die vorher glatte Oberfläche einegracht.In another embodiment, however, a glass ceramic plate can also be used, as is customary in the case of hotplates in electric stoves. This includes glass ceramics that have high permeability to thermal radiation, low thermal conductivity and high thermal shock resistance due to the low coefficient of expansion. They have a smooth, non-porous surface. According to the invention, during the production of such a glass-ceramic plate, the clawing structure is engraved into the previously smooth surface.

Bei der Verwendung eines Verbundkeramik-Werkstoffes wird eine wärmedurchlässige und nicht zu dicke Keramikschicht auf die Bauplatte aufgebracht. Die Schichtdicken liegen bevorzugt im Bereich zwischen 2 - 30 mm. Diese Schicht oder Platte ist mit kleinsten Löchern versehen, die in ihrem Durchmesser von 1,5 mm bis zu 0,05 mm klein sein können.When using a composite ceramic material, a heat-permeable ceramic layer that is not too thick is applied to the building board. The layer thicknesses are preferably in the range between 2-30 mm. This layer or plate is provided with tiny holes, which can be as small as 1.5 mm to 0.05 mm in diameter.

In einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die beim Brennen eines beschichteten Tonkörpers entstehenden (natürlichen) Poren die erfindungsgemäße Verkrallungsstruktur bilden.In another embodiment, it can be provided that the (natural) pores created during firing of a coated clay body form the claw structure according to the invention.

Es kann auch vorgesehen werden, eine Glaskeramikplatte oder eine Verbundkeramikplatte entweder vor deren Härtungsprozess oder auch nachträglich - nach deren Fertigstellung - mit porenartigen Ausnehmungen an der Oberfläche zu versehen.Provision can also be made for a glass ceramic plate or a composite ceramic plate to be provided with pore-like recesses on the surface either before its hardening process or also subsequently--after its completion.

Auf die unter Schutzgas-Atmosphäre eingeschlossene Bauplatte, die mit der Keramikschicht beschichtet oder belegt ist, wird nun begonnen, aufzudrucken. Die Schichtdicken bewegen sich normalerweise zwischen 20 und 150 µm. Bei den ersten zwei bis drei Schichten, je eingestellter Schichtdicke, handelt es sich um die notwendige Verbindungsschicht zwischen dem nachher zu fertigenden Werkstück und der Keramikplatte. Die kleinen Löcher, wie oben beschrieben, dienen zum Verkrallen des gelaserten Pulvers mit der Keramikschicht. Je nach Druck-Job gibt es unterschiedliche Lochabstände, Lochdurchmesser und Lochtiefen. Nach abgeschlossenem Druckjob und Entnahme des Restpulvers ist ohne großen Kraftaufwand auch die Entnahme des Werkstücks aus dem Bauraum möglich. Bei richtiger Konfiguration sind kein Schleifen oder eine anderweitige Nachbearbeitung der Bauplatte notwendig und es kann sofort wieder mit einem neuen Druck begonnen werden.Printing is now started on the building board, which is enclosed under a protective gas atmosphere and is coated or covered with the ceramic layer. The layer thicknesses normally vary between 20 and 150 µm. The first two to three layers, depending on the layer thickness set, are the necessary connecting layer between the workpiece to be manufactured later and the ceramic plate. The small holes, as described above, are used to claw the lasered powder into the ceramic layer. Depending on the print job, there are different hole spacings, hole diameters and hole depths. Once the print job has been completed and the residual powder has been removed, the workpiece can also be removed from the build space without great effort. With the right configuration, no sanding or other post-processing of the build plate is necessary and you can start a new print immediately.

Demnach besteht die erfindungsgemäße Verkrallungsstruktur in einer ersten Ausführungsform aus einer Vielzahl von halboffenen Ausnehmungen in der laserschmelzfesten Schicht, die bevorzugt aus einer Keramikplatte gebildet ist.Accordingly, in a first embodiment, the clawing structure according to the invention consists of a multiplicity of half-open recesses in the laser-melting-resistant layer, which is preferably formed from a ceramic plate.

Es ist jedoch nicht lösungsnotwendig, dass die laserschmelzfeste Schicht aus einer Keramikplatte gebildet wird, weil in anderen Ausführungsformen vorgesehen sein kann, dass die laserschmelzfeste Schicht aus einer perforierten Kunststoff- oder Glasplatte (z.B. der oben erwähnten Glaskeramikplatte) gebildet ist, deren Oberseite die Verkrallungsstruktur bildet.However, it is not necessary for the solution that the laser-melting-resistant layer is formed from a ceramic plate, because in other embodiments it can be provided that the laser-melting-resistant layer is formed from a perforated plastic or glass plate (e.g. the glass ceramic plate mentioned above), the upper side of which forms the claw structure .

Grundvoraussetzung für eine derartige Verkrallungsstruktur ist demnach die Anordnung einer laserschmelzfesten Schicht auf der Oberseite der Bauplatte, wobei als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Keramikplatte, eine Glasplatte oder eine laserschmelzfeste Kunststoffplatte verwendet wird.The basic prerequisite for such a clawing structure is therefore the arrangement of a laser-melting-resistant layer on the upper side of the building board, with a ceramic plate, a glass plate or a laser-melting-resistant plastic plate being used as a preferred exemplary embodiment.

Es ist ebenso möglich, auf der Bauplatte eine Mehrschicht-Konstruktion aus laserschmelzfesten Schichten vorzusehen, wobei die Verkrallungsstruktur bevorzugt aus einer gitterartigen Lochstruktur gebildet wird.It is also possible to provide a multi-layer construction of laser-melt-resistant layers on the building board, with the clawing structure preferably being formed from a lattice-like hole structure.

Eine solche Lochstruktur kann aus beliebig geformten, bevorzugt zylindrischen Sacklöchern bestehen oder auch als die laserschmelzfeste Schicht durchdringende Durchgangsbohrungen.Such a hole structure can consist of arbitrarily shaped, preferably cylindrical, blind holes or also as through-holes penetrating the laser-melt-resistant layer.

Statt der Anordnung von zylindrischen Sacklöchern oder Durchgangsbohrungen können auch Konuslöcher oder halb- oder viertelkugelige Profillöcher verwendet werden, die ebenfalls entweder als Sackausnehmungen oder als Durchgangsausnehmungen in der laserschmelzfesten Schicht angeordnet sind.Instead of the arrangement of cylindrical blind holes or through-holes, conical holes or hemispherical or quarter-spherical profile holes can also be used, which can also be used either as blind holes or as through holes ments are arranged in the laser melt-resistant layer.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Verkrallungsstruktur allein aus einer Porenstruktur der laserschmelzfesten Schicht besteht oder in Kombination mit der oben genannten gitterartigen Lochstruktur vorhanden ist.In another embodiment of the invention, it can be provided that the clawing structure consists solely of a pore structure of the laser-melt-resistant layer or is present in combination with the above-mentioned lattice-like hole structure.

Von besonderem Vorteil ist, dass sich die Verkrallungsstruktur unterhalb der Werkstück berührten Oberfläche der Bauplatte befindet, um so das fertiggestellte Werkstück leicht von der - ansonsten glatten - Bauplatte entnehmen zu können, ohne dass ein mechanischer Trennvorgang zwischen der Bodenseite des Werkstücks und der - ansonsten ebenen - Oberfläche der Bauplatte stattfinden muss.It is of particular advantage that the clawing structure is located below the surface of the building board in contact with the workpiece, so that the finished workpiece can be easily removed from the - otherwise smooth - building board without a mechanical separation process between the bottom side of the workpiece and the - otherwise flat - surface of the building board must take place.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject matter of the present invention results not only from the subject matter of the individual patent claims, but also from the combination of the individual patent claims with one another.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, könnten als erfindungswesentlich beansprucht werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Die Verwendung der Begriffe „wesentlich“ oder „erfindungsgemäß“ oder „erfindungswesentlich“ ist subjektiv und impliziert nicht, dass die so benannten Merkmale zwangsläufig Bestandteil eines oder mehrerer Patentansprüche sein müssen.All of the information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the three-dimensional configuration shown in the drawings, could be claimed as being essential to the invention, insofar as they are new compared to the prior art, either individually or in combination. The use of the terms "essential" or "in accordance with the invention" or "essential to the invention" is subjective and does not imply that the features so named must necessarily form part of one or more patent claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following, the invention is explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Further features and advantages of the invention that are essential to the invention emerge from the drawings and their description.

Es zeigen:

  • 1: Schematisierte Darstellung einer Vorrichtung für ein selektives, lasergestütztes Strahlschmelzverfahren.
  • 2: Die perspektivische Ansicht einer Bauplatte, die in 1 verwendet wird.
  • 3: Schnitt durch die obere Schicht der Bauplatte nach 2 mit der Anordnung eines Sacklochs.
  • 4: Eine gegenüber 3 abgewandelte Ausführungsform.
  • 5: Eine gegenüber 3 und 4 weitere abgewandelte Ausführungsform.
  • 6: Schematisiert im Schnitt die Darstellung der Verkrallungsstruktur zwischen der Bodenseite des Werkstücks und der Oberseite der Bauplatte.
Show it:
  • 1 : Schematic representation of a device for a selective, laser-assisted beam melting process.
  • 2 : The perspective view of a build plate used in 1 is used.
  • 3 : Section through the top layer of the build plate 2 with the arrangement of a blind hole.
  • 4 : One opposite 3 modified embodiment.
  • 5 : One opposite 3 and 4 further modified embodiment.
  • 6 : Schematic representation of the clawing structure between the bottom side of the workpiece and the top side of the building board in section.

In 1 ist schematisiert eine Strahlschmelz-Vorrichtung 1 dargestellt, bei der in einer abgeschlossenen und unter Schutzgasatmosphäre stehenden Kammer 2 ein Laser 3 angeordnet ist, der mit seinem Laserstrahl 4 ein Pulverbett 30 schichtweise aufschmilzt, welches auf einer heb- und senkbaren Bauplatte 10 angeordnet ist, um so schichtweise ein auf der Bauplatte 10 angeordnetes Werkstück 5 aufzuschmelzen.In 1 is a schematic representation of a beam melting device 1, in which a laser 3 is arranged in a closed chamber 2 in a protective gas atmosphere, which laser 3 melts a powder bed 30 in layers with its laser beam 4, which is arranged on a building plate 10 that can be raised and lowered in order to to melt a workpiece 5 arranged on the building board 10 in layers.

Zu diesem Zweck wird aus dem Pulvervorrat 6 mit Hilfe eines in Pfeilrichtung 9 bewegten Wischers 7 das Pulver auf das Pulverbett 30 aufgeschichtet.For this purpose, the powder is layered onto the powder bed 30 from the powder supply 6 with the aid of a wiper 7 moved in the direction of the arrow 9 .

Der Laserstrahl 4 bildet somit eine schichtweise aufgeschmolzene Schmelzfläche 8, die, nach der Erstarrung, das profilierte Werkstück 5 ausbildet.The laser beam 4 thus forms a melting surface 8 which is melted on in layers and which, after solidification, forms the profiled workpiece 5 .

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Oberseite der Bauplatte 10 mit einer Keramikplatte 18 abgedeckt, deren Oberseite die erfindungsgemäße Verkrallungsstruktur 17 trägt.In the exemplary embodiment shown, the upper side of the building board 10 is covered with a ceramic plate 18, the upper side of which carries the claw structure 17 according to the invention.

Überschüssiges Pulver aus dem Pulverbett 30 wird vom Wischer 7 in Pfeilrichtung 9 als Restpulver 16 in den Pulverbehälter 15 gefördert.Excess powder from the powder bed 30 is conveyed by the wiper 7 in the direction of the arrow 9 as residual powder 16 into the powder container 15 .

Neues Pulver wird aus dem Pulvervorrat 6 durch Anheben der Hubvorrichtung 13 in Pfeilrichtung 14 bereitgestellt.New powder is made available from the powder supply 6 by raising the lifting device 13 in the direction of the arrow 14 .

Die Bauplatte 10 wird mit Hilfe der Hubvorrichtung 11 schrittweise in Pfeilrichtung 12 abgesenkt, um das aufzuschmelzende Werkstück 5 Schicht für Schicht anzufertigen.The building board 10 is gradually lowered in the direction of the arrow 12 with the aid of the lifting device 11 in order to prepare the workpiece 5 to be melted layer by layer.

Die 2 zeigt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Bauplatte 10, die an ihrer Oberseite mit einer Keramikplatte 18 abgedeckt ist, auf welcher die Verkrallungsstruktur 17 aufgebracht ist.the 2 FIG. 1 shows, as a preferred exemplary embodiment, a building board 10 which is covered on its upper side with a ceramic plate 18 on which the claw structure 17 is applied.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Verkrallungsstruktur 17 aus einer ein Gitternetz 20 bildenden Lochstruktur 19, wobei die Lochstruktur 19 wahlweise aus den in 3 dargestellten Sacklöchern 21 bestehen kann oder aus den in 4 dargestellten Konuslöchern 24 oder den in 5 dargestellten halb- oder viertelkugeligen Profillöchern 25.In the exemplary embodiment shown, the clawing structure 17 consists of a perforated structure 19 forming a grid 20, the perforated structure 19 optionally consisting of the in 3 blind holes 21 shown can consist or from the 4 shown cone holes 24 or in 5 illustrated hemispherical or quarter-spherical profile holes 25.

Der Durchmesser 31 der jeweiligen Löcher 21, 24, 25 sollte etwa halb so groß sein, wie die Lochtiefe 23 bezogen auf die Plattendicke 22.The diameter 31 of the respective holes 21, 24, 25 should be about half the size of the hole depth 23 in relation to the panel thickness 22.

Bei der Profilgebung und der Dimensionierung der Löcher 21, 24, 25 steht die leichte Entformbarkeit des Werkstücks von der Verkrallungsstruktur 17 im Vordergrund, was bedeutet, dass die Lochwandungen der Löcher 21 bis 25 auch konisch nach außen geöffnet sein können.In the profiling and the dimensioning of the holes 21, 24, 25, the ease of demolding the workpiece from the claw structure 17 is in the foreground, which means that the hole walls of the holes 21 to 25 can also be conically open to the outside.

Anstatt der Ausbildung von Sacklöchern 21, 24, 25 können auch Durchgangslöcher in der Keramikplatte 18 vorgesehen sein.Instead of forming blind holes 21, 24, 25, through-holes can also be provided in the ceramic plate 18.

Wie in der allgemeinen Beschreibung angegeben, wird eine Keramikplatte 18 wegen ihrer laserschmelzfesten Eigenschaft bevorzugt.As indicated in the general description, a ceramic plate 18 is preferred for its laser melt resistant property.

Anstatt einer solchen Keramikplatte können jedoch auch andere laserschmelzfeste Materialien verwendet werden, wie z. B. eine Glaskeramikplatte oder eine geeignete laserschmelzfeste Kunststoffplatte.Instead of such a ceramic plate, however, other laser melt-resistant materials can be used, such as. B. a glass ceramic plate or a suitable laser melt-resistant plastic plate.

Die anzubringenden Löcher oder Ausnehmungen 21, 24, 25, welche die Lochstrukturen 19 mit dem Gitternetz 20 bilden, können mit einem Laserstrahl oder einem Plasmastrahl oder mechanisch durch die kinetische Energie von Beschußkörpern (Sandstrahlen) in die Oberfläche der Keramikplatte 18 eingebracht werden.The holes or recesses 21, 24, 25 to be made, which form the hole structures 19 with the grid 20, can be introduced into the surface of the ceramic plate 18 with a laser beam or a plasma jet or mechanically by the kinetic energy of bombardment bodies (sandblasting).

Ebenso ist es möglich, die Verkrallungsstruktur 17 in der Keramikplatte 18 bei der Herstellung der Keramikplatte 18 vor deren Aushärtung einzubringen, wenn diese noch aus einem ungebrannten Tonmaterial besteht und erst nach dem Brennvorgang ihre laserschmelzfeste Oberfläche erhält.It is also possible to introduce the clawing structure 17 in the ceramic plate 18 during the manufacture of the ceramic plate 18 before it hardens, if this still consists of an unfired clay material and only receives its laser-melting-resistant surface after the firing process.

Die 6 zeigt, dass die Verkrallungsstruktur aus einem Schichtaufbau 26 der Materialschichten des Pulverbetts 30 gebildet wird, so dass ein schmelzfester und bruchsicherer Übergang zur Bodenseite 29 des im Schichtaufbau 27 aufgebauten Werkstücks 5 erfolgt.the 6 shows that the clawing structure is formed from a layered structure 26 of the material layers of the powder bed 30, so that there is a melt-resistant and unbreakable transition to the bottom side 29 of the workpiece 5 built up in the layered structure 27.

Die Bodenseite 29 des Werkstücks 5 kann somit leicht von der an sich glatten Oberseite 28 entformt werden, ohne dass es der aufwendigen Nachbearbeitung der Oberfläche der Bauplatte 10 und der Entfernung von ansonsten notwendiger Stützstrukturen kommen muss.The bottom side 29 of the workpiece 5 can thus be easily removed from the upper side 28, which is smooth per se, without the need for costly post-processing of the surface of the building board 10 and the removal of otherwise necessary support structures.

BezugszeichenlisteReference List

11
Strahlschmelz-Vorrichtungbeam melting device
22
Kammerchamber
33
Laserlaser
44
Laserstrahllaser beam
55
Werkstückworkpiece
66
Pulvervorratpowder supply
77
Wischerwiper
88th
Schmelzflächemelting surface
99
Pfeilrichtungarrow direction
1010
Bauplattebuild plate
1111
Hubvorrichtung (Mitte)lifting device (centre)
1212
Pfeilrichtungarrow direction
1313
Hubvorrichtung (rechts)lifting device (right)
1414
Pfeilrichtungarrow direction
1515
Pulverbehälterpowder container
1616
Restpulverresidual powder
1717
Verkrallungsstrukturclaw structure
1818
Keramikplatteceramic plate
1919
Lochstrukturhole structure
2020
Gitternetzgrid
2121
Sacklochblind hole
2222
Plattendickeplate thickness
2323
Lochtiefehole depth
2424
Konuslochcone hole
2525
Profillochprofile hole
2626
Schichtaufbau (innen)Layer structure (inside)
2727
Schichtaufbau (oben)Layer structure (top)
2828
Oberseite (von 18)Top (of 18)
2929
Bodenseite (von 5)bottom side (of 5)
3030
Pulverbettpowder bed
3131
Durchmesserdiameter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019105223 A1 [0002]DE 102019105223 A1 [0002]
  • DE 102018112381 A1 [0004]DE 102018112381 A1 [0004]
  • DE 102018112389 A1 [0015]DE 102018112389 A1 [0015]

Claims (10)

Vorrichtung (1) für ein selektives, lasergestütztes Strahlschmelzverfahren zur schichtweisen Herstellung eines Werkstücks (5), bei welcher der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht (26, 27) auf einer Bauplatte (10) aufgebracht und mittels Laserstrahl (4) lokal vollständig umgeschmolzen und nach der Erstarrung eine feste Schicht (26, 27) bildet, wonach anschließend die Bauplatte (10) um mindestens den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und neues Pulver (6) auf die Bauplatte (10) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die der Bodenseite des Werkstücks (5) zugewandte Oberseite (18) der Bauplatte (10) aus einer laserschmelzfesten Schicht besteht, die eine Verkrallungsstruktur (17) für die Fixierung der Bodenseite (29) des Werkstücks (5) auf der Bauplatte (10) bildet.Device (1) for a selective, laser-assisted beam melting process for the layered production of a workpiece (5), in which the material to be processed is applied in powder form in a thin layer (26, 27) to a building board (10) and locally by means of a laser beam (4). completely remelted and forms a solid layer (26, 27) after solidification, after which the building board (10) is then lowered by at least the amount of one layer thickness and new powder (6) is applied to the building board (10), characterized in that the the top side (18) of the building board (10) facing the bottom side of the workpiece (5) consists of a layer which is resistant to laser melting and which forms a clawing structure (17) for fixing the bottom side (29) of the workpiece (5) on the building board (10). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die laserschmelzfeste Schicht aus einer Keramikplatte (18) gebildet ist, in deren Oberseite die Verkrallungsstruktur (17) angeordnet ist.device after claim 1 , characterized in that the laser-melting-resistant layer is formed from a ceramic plate (18), in the upper side of which the clawing structure (17) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkrallungsstruktur (17) aus einer gitterartigen Lochstruktur (19) besteht.device after claim 1 or 2 , characterized in that the clawing structure (17) consists of a grid-like hole structure (19). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochstruktur (19) aus einer Vielzahl von - ein Gitternetz (20) ausbildenden - halboffenen Ausnehmungen (21, 24, 25) in der laserschmelzfesten Schicht besteht.device after claim 3 , characterized in that the hole structure (19) consists of a large number of semi-open recesses (21, 24, 25) in the laser-melting-resistant layer, forming a lattice network (20). Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die halboffene Ausnehmung aus einem Sackloch (21) oder einem Konusloch (24) oder einem halb- oder viertelkugeligen Profilloch (25) besteht.device after claim 4 , characterized in that the semi-open recess consists of a blind hole (21) or a conical hole (24) or a hemispherical or quarter-spherical profile hole (25). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkrallungsstruktur (17) aus einer Porenstruktur der laserschmelzfesten Schicht besteht.Device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the claw structure (17) consists of a pore structure of the laser melt-resistant layer. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die halboffenen Ausnehmungen (21, 24, 25) als Sacköffnungen ausgebildet sind.Device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the half-open recesses (21, 24, 25) are designed as blind openings. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der halboffenen Ausnehmungen (21, 24, 25) im Bereich zwischen 1,5 bis 0,05 mm beträgt und dass die Tiefe der Ausnehmung etwa dem zweifachen des Durchmessers entspricht.Device according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the diameter of the half-open recesses (21, 24, 25) is in the range between 1.5 and 0.05 mm and that the depth of the recess corresponds to approximately twice the diameter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die laserschmelzfeste Schicht aus einer perforierten Kunststoff- oder Glasplatte gebildet ist, deren Oberseite (28) die Verkrallungsstruktur (17) bildet.Device according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the layer resistant to laser melting is formed from a perforated plastic or glass plate, the upper side (28) of which forms the claw structure (17). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verkrallungsstruktur (17) unterhalb der - ansonsten glatten - Oberseite (28) der laserschmelzfesten Schicht befindet.Device according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the clawing structure (17) is located below the—otherwise smooth—upper side (28) of the laser-melting-resistant layer.
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