DE202013009787U1

DE202013009787U1 - Anlage mit einer Werkstückerzeugungssektion

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Publication number: DE202013009787U1
Application number: DE202013009787U
Authority: DE
Original assignee: SLM Solutions Group AG
Current assignee: SLM Solutions Group AG
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2013-12-16
Anticipated expiration: 2023-11-30

Abstract

Anlage (10) mit – einer Werkstückerzeugungssektion (12) zur Herstellung von Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, die eine Bestrahlungseinrichtung (14) sowie eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbare Prozesskammer (16) mit einem Träger (18) zur Aufnahme eines Rohstoffpulvers sowie eines durch ein generatives Schichtbauverfahren aus dem Rohstoffpulver hergestellten Werkstücks (20) umfasst, wobei der Träger (18) mit zunehmender Bauhöhe eines auf dem Träger (18) erzeugten Werkstücks (20) relativ zu der Prozesskammer (16) in eine Baukammer (22) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Baukammer (22) im gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichteten Zustand aus einer Betriebsposition, in der eine auf den Träger (18) aufgebrachte Rohstoffpulverschicht mittels der Bestrahlungseinrichtung (14) mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung beaufschlagbar ist, in eine Wechselposition außerhalb der Werkstückerzeugungssektion (12) überführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage, die eine Werkstückerzeugungssektion zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Pulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, insbesondere eine nach einem Laserschmelz- oder Lasersinterverfahren arbeitende Werkstückerzeugungssektion umfasst.
Das selektive Laserschmelzen oder Lasersintern ist ein generatives Schichtbauverfahren, durch das pulverförmige, insbesondere metallische und/oder keramische Rohstoffe zu komplex geformten dreidimensionalen Werkstücken verarbeitet werden können. Hierzu wird eine Rohstoffpulverschicht auf einen Träger aufgebracht und in Abhängigkeit der gewünschten Geometrie des zu erstellenden Werkstücks ortselektiv mit Laserstrahlung beaufschlagt. Die in die Pulverschicht eindringende Laserstrahlung bewirkt eine Erwärmung und folglich eine Verschmelzung oder Versinterung der Rohstoffpulverpartikel. Anschließend werden sukzessiv weitere Rohstoffpulverschichten auf die bereits laserbehandelte Schicht auf dem Träger aufgebracht bis das Werkstück die gewünschte Form und Größe hat. Selektives Laserschmelzen oder Lasersintern kann insbesondere zur Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, Ersatzteilen oder medizinischen Prothesen, wie zum Beispiel zahnärztlichen oder orthopädischen Prothesen, sowie zur Reparatur von Bauteilen anhand von CAD-Daten eingesetzt werden.
Eine aus der EP 1 793 979 B1 bekannte Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus pulverförmigen Rohstoffen durch selektives Laserschmelzen umfasst einen unter einer Schutzgasatmosphäre gehaltenen Prozessraum, in dem eine Mehrzahl von Trägern für die herzustellenden Formkörper angeordnet ist. Eine Pulverschicht-Präparierungseinrichtung dient dazu, Rohstoffpulverschichten auf die Träger aufzubringen, die anschließend ortselektiv mit Laserstrahlung beaufschlagt werden. Eine Pulverrückgewinnungseinrichtung zur Rückgewinnung von nicht verbrauchtem Rohstoffpulver aus dem Prozessraum umfasst einen in den Prozessraum ragenden Saugrüssel, der über eine Schutzgasableitung mit einer Saugpumpe in Verbindung steht. Während des Bauprozesses, das heißt während des Auftragens der Rohstoffpulverschichten und während des Beaufschlagens der Rohstoffpulverschichten mit Laserstrahlung, dient der Saugrüssel ausschließlich als Leitungselement eines Schutzgaskreislaufs und zur Absaugung von Prozessrauch. Bei einer Unterbrechung oder am Ende des Bauprozesses kann der Saugrüssel jedoch von einer Bedienungsperson an aus dem Prozessraum zu entfernendes Pulver herangeführt werden, um Pulver aus dem Prozessraum in die Schutzgasableitung zu saugen. Das aus dem Prozessraum abgesaugte Pulver wird mittels zweier in der Schutzgasableitung angeordneter Filter aufgefangen und einem Sieb zugeführt. Nach dem Passieren des Siebs wird das aus dem Prozessraum abgesaugte Pulver in einem Auffangbehälter gesammelt.
Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, eine Anlage mit einer Werkstückerzeugungssektion zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Pulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung bereitzustellen, die zur Herstellung größerer Stückzahlen von Werkstücken geeignet ist und eine effiziente und sichere Nachbehandlung von in einer Baukammer der Werkstückerzeugungssektion verarbeitetem Rohstoffpulver ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Anlage umfasst eine Werkstückerzeugungssektion zur Herstellung von Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, die eine Bestrahlungseinrichtung sowie eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbare Prozesskammer mit einem Träger zur Aufnahme eines Rohstoffpulvers sowie eines durch ein generatives Schichtbauverfahren aus dem Rohstoffpulver hergestellten Werkstücks umfasst.
Die Bestrahlungseinrichtung dient dazu, eine auf den Träger aufgebrachte Rohstoffpulverschicht ortselektiv mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, insbesondere Laserstrahlung zu beaufschlagen und kann eine Strahlungsquelle, vorzugsweise einen fokussierten Laser umfassen. Der durch die Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung verursachte Wärmeeintrag in die Rohstoffpulverschicht bewirkt, dass die einzelnen Partikel des Rohstoffpulvers in der Rohstoffpulverschicht miteinander verschmelzen bzw. versintern und dadurch ein schichtweiser Werkstückaufbau erfolgt. Vorzugsweise umfasst die Bestrahlungseinrichtung eine optische Einheit, die mit optischen Elementen, wie z. B. einer Objektlinse, insbesondere einer f-theta Linse und einer Scaneinheit ausgestattet sein kann. Die Scaneinheit kann beispielsweise diffraktive optische Elemente und einen Ablenkspiegel umfassen.
Die gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbare Prozesskammer kann, falls gewünscht oder erforderlich, d. h. beispielsweise in Abhängigkeit des in der Prozesskammer verarbeiteten Rohstoffpulvers unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck verringerten oder erhöhten Druck und/oder unter einer Schutzgasatmosphäre gehalten werden. Hierzu kann die Prozesskammer einen geeigneten Anschluss aufweisen, der mit einer Schutzgasquelle, einer Unterdruckquelle und/oder einer Überdruckquelle verbindbar ist. Das Rohstoffpulver kann ein Kunststoffpulver, ein keramisches Pulver, ein metallisches Pulver und/oder ein beliebiges anderes Pulver mit einer beliebigen geeigneten Korngröße bzw. Korngrößenverteilung sein. Vorzugsweise werden Pulver mit Korngrößen < 200 μm verarbeitet. Zum schichtweisen Aufbringen des Rohstoffpulvers auf den Träger kann die Werkstückerzeugungssektion mit einer geeigneten Pulverauftragvorrichtung ausgestattet sein.
Der Träger ist mit zunehmender Bauhöhe eines auf dem Träger erzeugten Werkstücks relativ zu der Prozesskammer in eine Baukammer verschiebbar. Vorzugsweise ist der Träger in vertikaler Richtung nach unten in eine unterhalb der Prozesskammer angeordnete Baukammer absenkbar. Insbesondere ist die Baukammer in einem Bereich der Werkstückerzeugungssektion angeordnet, der, wie die Prozesskammer selbst, gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbar und, beispielsweise über einen entsprechenden Anschluss, mit einer Schutzgasquelle, einer Unterdruckquelle und/oder einer Überdruckquelle verbindbar ist. Dadurch kann in dem Bereich der Werkstückerzeugungssektion und folglich der Baukammer eine Atmosphäre eingestellt werden, die der in der Prozesskammer vorherrschenden Atmosphäre entspricht. Die Form der Baukammer ist vorzugweise an die Form des Trägers angepasst. Beispielsweise kann eine zum Zusammenwirken mit einem kreisförmigen Träger ausgebildete Baukammer kreiszylindrisch geformt sein.
Die Baukammer ist im gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichteten Zustand aus einer Betriebsposition, in der eine auf den Träger aufgebrachte Rohstoffpulverschicht mittels der Bestrahlungseinrichtung mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung beaufschlagbar ist, in eine Wechselposition außerhalb der Werkstückerzeugungssektion überführbar. Dadurch kann eine in der Werkstückerzeugungssektion in der Baukammer aufgebaute Schutzgasatmosphäre und/oder ein in der Werkstückerzeugungssektion in der Baukammer erzeugter gegenüber der Umgebungsatmosphäre verringerter oder erhöhter Druck auch dann aufrecht erhalten werden, wenn die Baukammer aus der Werkstückerzeugungssektion entnommen und in ihre Wechselposition außerhalb der Werkstückerzeugungssektion überführt wird.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass in der Baukammer vorhandenes, nicht für die Werkstückerzeugung verbrauchtes Rohstoffpulver und das in der Baukammer aufgenommene, durch ein generatives Schichtbauverfahren erzeugte Werkstück bei der Entnahme der Baukammer aus der Werkstückerzeugungssektion unerwünschten chemischen Reaktionen, beispielsweise Oxidationsreaktionen ausgesetzt werden. Folglich kann die Baukammer unmittelbar nach der Fertigstellung des zu erzeugenden Werkstücks aus der Werkstückerzeugungssektion entnommen werden, da das Werkstück und das nicht verbrauchte Rohstoffpulver in der gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichteten Baukammer auch außerhalb der Werkstückerzeugungssektion auf eine Temperatur abgekühlt werden können, bei der unerwünschte chemische Reaktionen, wie zum Beispiel Oxidationsreaktionen in sehr viel geringerem Ausmaß auftreten. Die Werkstückerzeugungssektion kann dann ohne Zeitverlust mit einer Ersatzbaukammer bestückt und zur Erzeugung eines neuen Werkstücks eingesetzt werden. Dadurch wird ein besonders effizienter Betrieb der Anlage ermöglicht.
Im Betrieb der Werkstückerzeugungssektion, d. h. solange sich die Baukammer in ihrer Betriebsposition befindet, in der eine auf den Träger aufgebrachte Rohstoffpulverschicht mittels der Bestrahlungseinrichtung mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung beaufschlagbar ist, ist die Baukammer im Bereich ihrer Oberseite offen, um eine Verschiebung des Trägers in die Baukammer zu ermöglichen. Um eine Entnahme der Baukammer aus der Werkstückerzeugungssektion in einem abgedichteten Zustand zu ermöglichen, ist die Anlage daher vorzugsweise mit einem Deckel ausgestattet, der dazu eingerichtet ist, die Baukammer abdichtend zu verschließen, bevor die Baukammer aus ihrer Betriebsposition in ihre Wechselposition überführt wird.
Ferner kann die Anlage eine Deckelpositionieranordnung umfassen, die in der Werkstückerzeugungssektion vorgesehen und dazu eingerichtet ist, den Deckel über eine Oberseite der Baukammer zu schieben, um die Baukammer abdichtend zu verschließen, bevor die Baukammer aus ihrer Betriebsposition in ihre Wechselposition überführt wird. Beispielsweise kann die Deckelpositionieranordnung dazu eingerichtet sein, den Deckel aus einer Position seitlich der Baukammer durch eine Dichtung auf die Oberseite der Baukammer zu fahren. Der Betrieb der Deckelpositionieranordnung kann durch eine Steuereinheit der Werkstückerzeugungssektion gesteuert werden.
Die Anlage umfasst vorzugsweise ferner eine Fördereinrichtung zur Überführung der Baukammer zwischen ihrer Betriebsposition und ihrer Wechselposition. Die Fördereinrichtung kann beispielsweise ein Förderband oder dergleichen umfassen, auf das die Baukammer aufgesetzt und aus der Werkstückerzeugungssektion herausgefahren werden kann. Der Betrieb der Fördereinrichtung kann ebenfalls durch eine Steuereinheit der Werkstückerzeugungssektion gesteuert werden.
Eine Anlage, die mit einer oben beschriebenen Werkstückerzeugungssektion, bei der eine Baukammer in einem gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichteten Zustand aus der Werkstückerzeugungssektion entnehmbar ist, aber auch mit einer herkömmlichen Werkstückerzeugungssektion, d. h. einer Werkstückerzeugungssektion, bei der die Baukammer lediglich in einem ”offenen” Zustand aus der Werkstückerzeugungssektion entnehmbar ist, ausgestattet sein kann, umfasst eine Nachbehandlungssektion. Die Nachbehandlungssektion ist dazu eingerichtet, eine Baukammer zur Aufnahme eines in einer Werkstückerzeugungssektion durch Beaufschlagung von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung erzeugten Werkstücks in einer Wechselstation aufzunehmen. Eine Baukammer, die aus ihrer Betriebsposition in der Werkstückerzeugungssektion entnommen wird, ist dann, sobald sie sich in ihrer Wechselposition befindet, in der Wechselstation der Nachbehandlungssektion angeordnet. Ferner kann eine in die Wechselstation der Nachbehandlungssektion gesetzte Ersatzbaukammer, beispielsweise mittels der Fördereinrichtung der Werkstückerzeugungssektion, in die Werkstückerzeugungssektion eingefahren und dort für einen neuen Bauprozess, d. h. zur Erzeugung eines neuen Werkstücks genutzt werden.
Die Nachbehandlungssektion umfasst ferner eine Entnahmestation zur Entnahme eines in der Werkstückerzeugungssektion in der Baukammer erzeugten Werkstücks aus der Baukammer. Eine mit einer Entnahmestation ausgestattete Nachbehandlungssektion steigert die Betriebseffizienz der der Nachbehandlungssektion vorgeschalteten Werkstückerzeugungssektion, da in der Entnahmestation der Nachbehandlungssektion das in der Baukammer erzeugte Werkstück aus der Baukammer entnommen werden kann, während in der Wechselstation der Nachbehandlungssektion bereits eine Ersatzbaukammer platziert wird. Die Ersatzbaukammer kann dann ohne Zeitverlust in ihre Betriebsposition in der Werkstückerzeugungsposition überführt und dort zur Herstellung eines neuen Werkstücks genutzt werden.
Die Nachbehandlungssektion kann in Form eines vollautomatischen oder in Form einer halbautomatischen Systems ausgeführt sein und eine Transportvorrichtung zum Transportieren der Baukammer zwischen verschiedenen Stationen der Nachbehandlungssektion umfassen. In einer halbautomatischen Ausführungsform der Nachbehandlungssektion kann die Transportvorrichtung beispielsweise einen Hubwagen umfassen, der manuell bedienbar und dazu nutzbar sein kann, eine Baukammer, aus der Wechselstation in die Entnahmestation der Nachbehandlungssektion zu überführen. Ebenso kann der Hubwagen dazu genutzt werden, eine Ersatzbaukammer, beispielsweise aus der Entnahmestation oder von einem Ort innerhalb oder außerhalb der Anlage, zur Wechselstation der Nachbehandlungssektion zu transportieren.
In einer vollautomatischen Ausführungsform der Nachbehandlungssektion kann die Transportvorrichtung jedoch auch eine vollautomatisch, beispielsweise unter der Steuerung einer Steuereinheit der Nachbehandlungssektion arbeitende Transportvorrichtung sein. Insbesondere kann die Transportvorrichtung einen Greifer umfassen, der dazu eingerichtet ist, die Baukammer zu greifen und so zwischen den verschiedenen Stationen der Nachbehandlungssektion zu bewegen. Der Greifer kann entlang einer Verfahreinrichtung, die bei beispielsweise in Form eines Schienensystems oder dergleichen ausgebildet sein kann, verfahrbar sein.
Die Nachbehandlungssektion kann ferner eine der Wechselstationen nachgeordnete Parkstation umfassen. Der Aufenthalt der Baukammer in der Parkstation kann dazu genutzt werden, die Baukammer, d. h. das in der Baukammer erzeugte Werkstück sowie unverbrauchtes Rohstoffpulver auf eine gewünschte Temperatur abzukühlen. Sobald die Baukammer die Parkstation erreicht hat, ist die Wechselstation zur Aufnahme einer Ersatzbaukammer frei, die dann unmittelbar in ihre Betriebsposition in der Werkstückerzeugungssektion überführt werden kann. Die Parkstation kann beispielsweise seitlich benachbart zu der Wechselstation angeordnet sein. Es ist jedoch auch denkbar, die Parkstation oberhalb der Wechselstation anzuordnen.
Die Nachbehandlungssektion kann ferner einen Baukammeraufsatz umfassen, der dazu eingerichtet, abdichtend mit der Baukammer verbunden zu werden. Beispielsweise kann der Baukammeraufsatz mit der Baukammer verbunden werden, während sich die Baukammer in der Parkstation befindet. Der Baukammeraufsatz kann beispielsweise mit dem Greifer der Transportvorrichtung verbunden sein. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, den Baukammeraufsatz, beispielsweise im Bereich der Parkstation der Nachbehandlungssektion mittels einer separat ausgebildeten Transportvorrichtung beweglich anzuordnen.
Der Baukammeraufsatz umfasst vorzugsweise einen Anschluss zur Verbindung des Baukammeraufsatzes mit einer Schutzgasquelle, einer Unterdruckquelle und/oder einer Überdruckquelle verbunden sein. Durch diese Ausgestaltung des Baukammeraufsatzes kann in einem Innenraum des Baukammeraufsatzes, sobald er abdichtend mit der Baukammer verbunden ist, eine Atmosphäre erzeugt werden, die der Atmosphäre in der Baukammer entspricht. Beispielsweise kann innerhalb des Baukammeraufsatzes eine Schutzgasatmosphäre erzeugt werden, die der in der Baukammer vorherrschenden Schutzgasatmosphäre entspricht. Der die Baukammer abdichtend verschließende Deckel kann dann problemlos geöffnet werden, sobald der Baukammeraufsatz auf die Baukammer aufgesetzt ist, ohne dass an dem in der Baukammer vorhandenen Werkstück oder an in der Baukammer vorhandenem nicht verbrauchten Rohstoffpulver unerwünschte chemische Reaktionen, wie zum Beispiel Oxidationsreaktionen eintreten.
Ferner umfasst der Baukammeraufsatz vorzugsweise einen Rohstoffpulverauslass. Über den Rohstoffpulverauslass kann aus der Baukammer in den Baukammeraufsatz überführtes Rohstoffpulver abgeführt werden. Der Rohstoffpulverauslass ist vorzugsweise mittels eines Sperrventils verschließbar. Bei geöffnetem Sperrventil kann dann Rohstoffpulver aus dem Baukammeraufsatz abgelassen werden, wohingegen bei verschlossenem Sperrventil die Rohstoffpulverabfuhr aus dem Baukammeraufsatz unterbunden wird. Das Sperrventil ist vorzugsweise so gestaltet, dass es in geschlossenem Zustand auch eine Abdichtung des Baukammeraufsatzes gegenüber der Umgebungsatmosphäre gewährleistet.
Um eine abdichtende Verbindung des Baukammeraufsatzes mit der Baukammer zu gewährleisten, ist die Form des Baukammeraufsatzes vorzugsweise an die Form der Baukammer angepasst. Darüber hinaus kann/können die Baukammer und/oder der Baukammeraufsatz mit entsprechenden Dichtelementen versehen sein, die für eine Abdichtung gegenüber der Umgebungsatmosphäre sorgen, sobald der Baukammeraufsatz mit der Baukammer verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Baukammeraufsatztrichter förmlich ausgebildet. Die Form des Trichters ist vorzugsweise an die Form der Baukammer angepasst. Wenn die Baukammer zumindest in einem zur Verbindung mit dem Baukammeraufsatz vorgesehenen Bereich im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet ist, ist der Baukammeraufsatz vorzugsweise in Form eines Trichters mit einer kreisförmigen Grundfläche ausgebildet. Ebenso kann ein trichterförmig ausgebildeter Baukammeraufsatz jedoch auch eine quadratische, rechteckige, oder sonstige Grundfläche aufweisen, wenn die Form der Baukammer dies erfordert.
Grundsätzlich ist es denkbar, den Baukammeraufsatz im Bereich einer Unterseite der Baukammer mit der Baukammer zu verbinden, um nicht verbrauchtes Rohstoffpulver aus der Baukammer schwerkraftgetrieben in den Baukammeraufsatz abzulassen. Bei einer derartigen Ausbildung kann die Baukammer einen im Bereich ihrer Unterseite angeordneten Pulverauslass aufweisen, der beispielsweise mittels eines geeigneten Ventils geöffnet wird, sobald der Baukammeraufsatz mit der Baukammer verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage wird der Baukammeraufsatz jedoch im Bereich einer Oberseite der Baukammer mit der Baukammer verbunden. Die Nachbehandlungssektion umfasst dann vorzugsweise eine Rotationsstation mit einer Rotationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Baukammer derart zu drehen, dass in der Baukammer vorhandenes Rohstoffpulver schwerkraftgetrieben aus der Baukammer entnehmbar ist. Beispielsweise kann die Rotationseinrichtung die Baukammer, sobald diese mit dem Baukammeraufsatz verbunden ist, um 180° drehen. Nicht verbrauchtes, in der Baukammer vorhandenes Rohstoffpulver fällt dann allein aufgrund der Schwerkraft aus der Baukammer in den Baukammeraufsatz. Dadurch wird eine besonders gründliche Reinigung der Baukammer von nicht verbrauchtem Rohstoffpulver ermöglicht. Die Rotationseinrichtung kann integriert mit dem Greifer der Transportvorrichtung ausgebildet sein.
Die Rotationsstation kann der Parkstation nachgeordnet sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Baukammer mit dem Baukammeraufsatz verbunden wird, während sie in der Parkstation angeordnet ist. Die Rotationsstation kann sich seitlich benachbart von der Parkstation befinden. Alternativ dazu, kann die Rotationsstation jedoch auch seitlich in einem Abstand von der Parkstation angeordnet sein, wobei dieser Abstand vorzugsweise so gewählt ist, dass zwischen der Parkstation und der Rotationsstation eine weitere Station der Nachbehandlungssektion, beispielsweise die Entnahmestation, Platz findet.
In einer halbautomatischen Ausführungsform der Nachbehandlungssektion kann die Entnahmestation eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbare Handhabungskammer umfassen, die einen Anschluss zur Verbindung der Handhabungskammer mit einer Schutzgasquelle, einer Überdruckquelle und/oder einer Unterdruckquelle sowie einen Rohstoffpulverauslass umfasst. Dadurch kann in der Handhabungskammer eine Atmosphäre erzeugt werden, die der Atmosphäre in der Baukammer entspricht. Folglich kann die Baukammer aus der Wechselstation entnommen und direkt in die Handhabungskammer der Entnahmestation eingesetzt werden. Sobald in der Handhabungskammer die gewünschte Atmosphäre aufgebaut ist, kann der Deckel der Baukammer geöffnet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass das in der Baukammer aufgenommene Werkstück oder nicht verbrauchtes Rohstoffpulver unerwünschten chemischen Reaktionen mit der Außenatmosphäre ausgesetzt wird.
Ferner umfasst die Handhabungskammer vorzugsweise einen Rohstoffpulverauslass. Über den Rohstoffpulverauslass kann aus der Baukammer in die Handhabungskammer überführtes Rohstoffpulver abgeführt werden. Der Rohstoffpulverauslass ist vorzugsweise mittels eines Sperrventils verschließbar. Bei geöffnetem Sperrventil kann dann Rohstoffpulver aus der Handhabungskammer abgelassen werden, wohingegen bei verschlossenem Sperrventil die Rohstoffpulverabfuhr aus der B Handhabungskammer unterbunden wird. Das Sperrventil ist vorzugsweise so gestaltet, dass es in geschlossenem Zustand auch eine Abdichtung der Handhabungskammer gegenüber der Umgebungsatmosphäre gewährleistet.
In einer vollautomatischen Ausführungsform der Nachbehandlungssektion ist die Entnahmestation vorzugswiese dagegen nicht mit einer Handhabungskammer ausgestattet, sondern der Rotationsstation nachgeordnet. Die Entnahmestation kann beispielsweise seitlich benachbart zu der Rotationsstation angeordnet sein. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, die Entnahmestation zwischen der Rotationsstation und der Parkstation unterhalb der Rotationsstation und der Parkstation anzuordnen. Eine derartige Anordnung der Entnahmestation ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Parkstation oberhalb der Wechselstation positioniert ist. Sobald in der Entnahmestation das Werkstück aus der Baukammer entnommen wurde, ist die Baukammer wieder einsatzbereit und kann an die Wechselstation zurückgeführt und von dort wieder in die Werkstückerzeugungssektion eingezogen werden.
Die in der Entnahmestation einer halbautomatischen Ausführungsform der Nachbehandlungssektion vorgesehene Handhabungskammer kann eine Handschuheingriffsvorrichtung sowie einen Motor umfasst. Der Motor ist vorzugsweise dazu eingerichtet, mit dem Träger antreibend verbunden zu werden, um den Träger relativ zu der Baukammer zu verschieben, wenn die Baukammer in der Handhabungskammer angeordnet ist. Insbesondere kann der Träger durch den Motor in der Baukammer sukzessive nach oben versetzt werden. Dadurch tritt durch die nach Abnehmen des Deckels offene Oberseite der Baukammer Rohstoffpulver aus der Baukammer in die Handhabungskammer aus. Das Rohstoffpulver kann dann manuell mit Hilfe der Handschuheingriffsvorrichtung in Richtung des Pulverauslasses der Handhabungskammer gelenkt werden.
Die Nachbehandlungssektion kann ferner eine Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung umfassen, die mit der Entnahmestation oder der Rotationsstation verbindbar ist. In der Entnahmestation oder der Rotationsstation aus der Baukammer abgeführtes Rohstoffpulver kann dann unmittelbar der Rohstoffrückgewinnungseinrichtung zugeführt werden. Die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung kann eine Kreislaufleitung umfassen, deren erstes Ende mit der Baukammer verbindbar ist, um Rohstoffpulver aus der Baukammer abzuführen. Insbesondere ist das erste Ende der Kreislaufleitung über den Rohstoffpulverauslass des Baukammeraufsatzes oder den Rohstoffpulverauslass der Handhabungskammer mit der Baukammer verbindbar. Um das nicht verbrauchte in der Baukammer vorhandene Rohstoffpulver aus der Baukammer in die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung zu überführen, ist es dann lediglich erforderlich, das Sperrventil des Baukammeraufsatzes oder der Handhabungskammer zu öffnen. Ein zweites Ende der Kreislaufleitungen ist vorzugsweise mit einem Rohstoffpulvereinlass der Werkstückerzeugungssektion verbunden. Dadurch kann Rohstoffpulver im Kreislauf in die Werkstückerzeugungssektion zurückgeführt werden.
Die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung kann ein Rohstoffpulveraufbereitungssystem zur Aufbereitung von aus der Baukammer abgeführtem Rohstoffpulver umfassen. Das Rohstoffpulveraufbereitungssystem kann eine Siebanlage und/oder eine Rohstoffpulvertrennvorrichtung zur Trennung unterschiedlicher Rohstoffpulvermaterialen umfassen. Die Siebanlage und/oder die Rohstoffpulvertrennvorrichtung kann/können mit einem Abfallbehälter verbunden sein, in denen durch die Siebanlage und/oder die Rohstoffpulvertrennvorrichtung von dem aus der Baukammer abgeführten Rohstoffpulver abgetrenntes Abfallmaterial aufgenommen werden kann. Für die Siebanlage und die Rohstoffpulvertrennvorrichtung kann jeweils ein getrennter Abfallbehälter vorgesehen sein. Alternativ dazu können die Siebanlage und die Rohstoffpulvertrennvorrichtungen jedoch auch mit einem gemeinsamen Abfallbehälter verbunden sein. Das von der Siebanlage abgetrennte Abfallmaterial ist vorzugsweise Grobgut, das beispielsweise durch die Laserbehandlung in der Baukammer erzeugte Verklebungen umfasst. Das von der Rohstoffpulvertrennvorrichtung erzeugte Abfallmaterial kann Verunreinigungen des Rohstoffpulvers, aber auch Rohstoffpulvermaterialen umfassen, die nicht länger in die Werkstückerzeugungssektion der Anlage zurückgeführt werden sollen.
Die Anlage kann ferner eine Frischpulverleitung umfassen, die in die Kreislaufleitung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung oder einen in der Kreislaufleitung angeordneten Sammelbehälter mündet. Vorzugsweise mündet die Frischpulverleitung stromaufwärts des Rohstoffpulveraufbereitungssystems in die Kreislaufleitung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung. Dadurch wird gewährleistet, dass auch in die Kreislaufleitung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung zugeführtes Frischpulver zunächst eine Siebanlage und/oder eine Rohstoffpulvertrennvorrichtung des Rohstoffpulveraufbereitungssystems durchläuft, bevor es der Werkstückerzeugungssektion zugeführt wird. Der Begriff ”stromaufwärts” bezieht sich hier auf eine Förderrichtung des Rohstoffpulvers in der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung.
Ferner kann eine überlaufleitung vorgesehen sein, deren erstes Ende mit einem Rohstoffpulverüberlauf der Werkstückerzeugungssektion verbunden ist und die in die Kreislaufleitung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung oder einen in der Kreislaufleitung angeordneten Sammelbehälter mündet. Vorzugsweise mündet die Überlaufleitung stromaufwärts des Rohstoffpulveraufbereitungssystems in die Kreislaufleitung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung oder dem Sammelbehälter. Dadurch wird gewährleistet, dass über die Überlaufleitung aus der Werkstückerzeugungssektion abgeführtes Rohstoffpulver zunächst das Rohstoffpulveraufbereitungssystem durchläuft, bevor es wieder in die Werkstückerzeugungssektion zurückgeführt wird. Der Begriff ”stromaufwärts” bezieht sich hier ebenfalls auf eine Förderrichtung des Rohstoffpulvers in der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung einen Anschluss zur Verbindung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung mit einer Schutzgasquelle, einer überdruckquelle und/oder einer Unterdruckquelle. Ferner sind die Komponenten der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtungen vorzugsweise gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichtet. In der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung, d. h. in allen Komponenten der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung, kann dann eine Atmosphäre erzeugt und aufrechterhalten werden, die der Atmosphäre in der Baukammer in der Werkstückerzeugungssektion entspricht. Dadurch können in der Anlage auch Rohstoffpulver verarbeitet werden, die beispielsweise oxidationsempfindlich sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen
1 eine erste Ausführungsform einer Anlage mit einer Werkstückerzeugungssektion zur Herstellung von Werkstücken durch Aufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung sowie einer vollautomatischen Nachbehandlungssektion zeigt,
2 eine weitere Ausführungsform einer Anlage mit einer Werkstückerzeugungssektion zur Herstellung von Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung und einer vollautomatischen Nachbehandlungssektion zeigt und
3 eine Ausführungsform einer Anlage mit einer Werkstückerzeugungssektion zur Herstellung von Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung und einer halbautomatischen Nachbehandlungssektion zeigt.
In den 1 und 2 gezeigte Anlagen 10 umfassen jeweils eine Werkstückerzeugungssektion 12 zur Herstellung von Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung. Die Werkstückerzeugungssektion 12 umfasst eine Bestrahlungseinrichtung 14 sowie eine Prozesskammer 16. Die Prozesskammer 16 ist, ebenso wie ein die Prozesskammer 16 umgebender Bereich der Werkstückerzeugungssektion 12 gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbar und mit entsprechenden Anschlüssen versehen, über die die Prozesskammer 16 und der sie umgebende Bereich der Werkstückerzeugungssektion 12 mit einer Schutzgasquelle, einer Unterdruckquelle und/oder einer Überdruckquelle verbunden werden kann. In der Prozesskammer 16 ist ein Träger 18 angeordnet, der dazu dient, Rohstoffpulver sowie ein durch ein generatives Schichtbauverfahren aus dem Rohstoffpulver hergestelltes Werkstück 20 aufzunehmen.
Der Träger 18 ist relativ zu der Prozesskammer 16 in vertikaler Richtung nach unten in eine Baukammer 22 verschiebbar. Die Form der Baukammer 22 ist an die Form des Trägers 18 angepasst. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Träger 18 kreisförmig ausgebildet. Entsprechend hat die Baukammer 22 eine kreiszylindrische Form. Im Betrieb der Werkstückerzeugungssektion 12, d. h. solange sich die Baukammer 22 in ihrer Betriebsposition befindet, in der eine auf den Träger 18 aufgebrachte Rohstoffpulverschicht mittels der Bestrahlungseinrichtung 14 mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung beaufschlagbar ist, ist die Baukammer 22 im Bereich ihrer Oberseite offen, um eine Verschiebung des Trägers 18 in die Baukammer 22 zu ermöglichen.
Die Bestrahlungseinrichtung 14 umfasst eine Strahlungsquelle, vorzugsweise eine Laserquelle, sowie eine optische Einheit, die mit optischen Elementen sowie einer Scaneinheit ausgestattet ist. Wenn von der Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung 14 abgegebene elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung ortselektiv über eine auf den Träger 18 aufgebrachte Rohstoffpulverschicht geführt wird, bewirkt der dadurch in der Rohstoffpulverschicht verursachte Wärmeeintrag ein Verschmelzen bzw. Versintern einzelner Rohstoffpartikel, wodurch ein schichtweiser Aufbau des Werkstücks 20 erfolgt. Die schichtweise Aufbringung des Rohstoffpulvers auf den Träger 18 erfolgt mittels einer geeigneten Pulverauftragsvorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt).
Nach Beendigung eines Bauprozesses zur Erzeugung eines Werkstücks 20 in der Werkstückerzeugungssektion 12 wird die Baukammer 22 aus der Werkstückerzeugungssektion 12 entnommen. Hierzu wird die Baukammer 22 im Bereich ihrer Oberseite mit einem Deckel 24 verschlossen. Insbesondere wird der Deckel 24 mittels einer Deckelpositionieranordnung 25 aus einer Position seitlich der Baukammer 22 durch eine in den Figuren nicht näher veranschaulichte Dichtung auf die Oberseite der Baukammer 22 gefahren. Der Betrieb der Deckelpositionieranordnung 25 wird durch eine ebenfalls nicht näher veranschaulichte Steuereinheit der Werkstückerzeugungssektion 12 gesteuert.
Der Deckel 24 ist dazu geeignet, die Baukammer 22 gegenüber der Umgebungsatmosphäre abzudichten, so dass die Baukammer 22 im gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichteten Zustand aus ihrer Betriebsposition in eine Wechselposition außerhalb der Werkstückerzeugungssektion 12 überführbar ist. Die Überführung der Baukammer 22 aus ihrer Betriebsposition in ihre Wechselposition erfolgt mittels einer Fördereinrichtung 28, die ein Förderband umfasst und deren Betrieb durch die Steuereinheit der Werkstückerzeugungssektion 12 gesteuert wird.
Ferner umfasst die Anlage 10 eine Nachbehandlungssektion 30, deren Betrieb mittels einer Steuereinheit 31 gesteuert wird. Die Nachbehandlungssektion 30 dient dazu, die Baukammer 22 mit dem in der Werkstückerzeugungssektion 12 durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung erzeugten Werkstücks 20 in einer Wechselstation 32 aufzunehmen. Ferner umfasst die Nachbehandlungssektion 30 in den in den 1 und 2 gezeigten vollautomatischen Anlagen 10 eine der Wechselstationen 32 nachgeordnete Parkstation 34, eine der Parkstation 34 nachgeordnete Rotationsstation 36 sowie eine der Rotationsstation 36 nachgeordnete Entnahmestation 38.
Die Wechselstation 32, die Parkstation 34, die Rotationsstation 36 und die Entnahmestation 38 sind in der Anlage 10 gemäß 1 jeweils seitlich benachbart zueinander angeordnet. Im Gegensatz dazu ist in der Anlage 10 gemäß 2 die Parkstation 34 oberhalb der Wechselstation 32 positioniert. Ferner ist die Entnahmestation 38 nicht seitlich neben der Rotationsstation 36, sondern zwischen der Rotationsstation 36 und der Parkstation 34 unterhalb der Rotationsstation 36 und der Parkstation 34 angeordnet. Im Übrigen entsprechen die Struktur und die Funktionsweise der Anlage 10 gemäß 2 der Struktur und der Funktionsweise der in 1 dargestellten Anlage 10.
Um die Baukammer 22 zwischen den verschiedenen Stationen 32, 34, 36, 38 der Nachbehandlungssektion 30 zu überführen, ist die Nachbehandlungssektion 30 ferner mit einer Transportvorrichtung 40 versehen. Die Transportvorrichtung 40 umfasst einen in der 1 jeweils hinter der Baukammer 22 angeordneten und daher nicht erkennbaren Greifer 42, der dazu eingerichtet ist, die Baukammer zu greifen. Der Greifer 42 ist jedoch in der in 2 veranschaulichten Anlage 10 erkennbar. Mittels einer Verfahreinrichtung 44, die beispielsweise ein Schienensystem umfassen kann, ist der Greifer 42 zwischen den verschiedenen Stationen 32, 34, 36, 38 der Nachbehandlungssektion 30 bewegbar. Folglich kann der Greifer 42 eine in einer der Stationen 32, 34, 36, 38 der Nachbehandlungssektion 30 aufgenommene Baukammer 22 ergreifen und in eine andere Station 32, 34, 36, 38 setzen.
Im Betrieb der Nachbehandlungssektion 30 wird eine Baukammer 22, die aus der Werkstückerzeugungssektion 12 in die Wechselstation 32 der Nachbehandlungssektion 30 überführt worden ist, im nächsten Schritt von dem Greifer 42 der Transportvorrichtung 40 gegriffen und in die Parkstation 34 versetzt. Die Wechselstation 32 wird dadurch freigegeben, so dass eine sich beispielsweise in der Entnahmestation 38 der Nachbehandlungssektion 30 befindende Baukammer 22 mittels der Transportvorrichtung 40 an die Wechselstation 32 überführt und von dort wieder in die Werkstückerzeugungssektion 12 eingezogen werden kann. Mit anderen Worten, sobald eine aus der Werkstückerzeugungssektion 12 entnommene Baukammer 22 die Wechselstation 32 der Nachbehandlungssektion 33 verlassen hat, kann sofort eine Ersatzbaukammer in die Wechselstation 32 eingebracht und von dort mittels der Fördereinrichtung 28 der Werkstückerzeugungssektion 12 zugeführt werden. In der Werkstückerzeugungssektion 12 kann die Ersatzbaukammer dann sofort für einen neuen Bauprozess zur Erzeugung eines neuen Werkstücks 20 genutzt werden.
Die Zeit, während der sich die Baukammer 22 in der Parkstation 34 befindet, kann zum Abkühlen, des in der Baukammer 22 aufgenommenen Werkstücks 20 und/oder nicht verbrauchten Rohstoffpulvers genutzt werden. Sobald dieser Abkühlprozess abgeschlossen ist, wird die Baukammer 22 mit einem Baukammeraufsatz 46 verbunden. In der in 1 gezeigten Anlage 10 ist der Baukammeraufsatz 46 integriert mit dem Greifer 42 ausgebildet, d. h. der Baukammeraufsatz 46 wird gemeinsam mit dem Greifer 42 entlang der Verfahreinrichtung 44 bewegt. Es ist jedoch auch denkbar, den Baukammeraufsatz 46 separat von dem Greifer 42 auszuführen. Der Baukammeraufsatz 46 ist trichterförmig ausgebildet und wird in der Parkstation 34 der Nachbehandlungssektion 30 abdichtend auf eine Oberseite der Baukammer 22 aufgesetzt. Hierzu ist/sind der Baukammeraufsatz 46 und die Baukammer 22 mit entsprechenden Dichteelementen (in den Figuren nicht gezeigt) versehen, die eine abdichtende Verbindung des Baukammeraufsatzes 46 mit der Baukammer 22 ermöglichen.
Der trichterförmige Baukammeraufsatz 46 weist einen Anschluss 48 auf, über den der Baukammeraufsatz 46 mit einer Schutzgasquelle, beispielsweise einer Argonquelle oder einer Stickstoffquelle, einer Unterdruckquelle oder einer Überdruckquelle verbunden werden kann. Darüber hinaus ist der Baukammeraufsatz 46 mit einem Rohstoffpulverauslass 50 versehen. Der Rohstoffpulverauslass 50 ist im Bereich eines Trichterauslasses des Baukammeraufsatzes 46 angeordnet und mit einem in den Figuren nicht veranschaulichten Sperrventil verschließbar. Das Sperrventil ist so gestaltet, dass es nicht nur dazu in der Lage ist, Rohstoffpulver aus dem Baukammeraufsatz 46 auszulassen, bzw. in dem Baukammeraufsatz 46 zurückzuhalten, sondern auch dazu geeignet, einen Innenraum des Baukammeraufsatzes 46 gegenüber der Umgebungsatmosphäre abzudichten.
Sobald der Baukammeraufsatz 46 abdichtend mit der Baukammer 22 verbunden ist, kann in dem Innenraum des Baukammeraufsatzes 46 eine gewünschte Atmosphäre erzeugt werden. Insbesondere wird in dem Innenraum des Baukammeraufsatzes 46 eine gewünschte Atmosphäre erzeugt, die der Atmosphäre in der Baukammer 22 entspricht. Anschließend kann der die Baukammer 22 abdichtend verschließende Deckel 24 geöffnet werden, ohne dass das in der Baukammer vorhandenen Werkstück oder Rohstoffpulver der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird.
Nachdem der Baukammeraufsatz 46 in der Parkstation 34 mit der Baukammer 22 verbunden und der Deckel 24 der Baukammer 22 geöffnet worden ist, wird die Baukammer 22 mit dem damit verbundenen Baukammeraufsatz 46 in die Rotationsstation 36 transportiert. In der Rotationsstation 36 werden die Baukammer 22 und der Baukammeraufsatz 46 mittels einer integriert mit dem Greifer 42 der Transportvorrichtung 40 ausgebildeten Rotationseinrichtung 52 um 180° gedreht. Nicht verbrauchtes Rohstoffpulver fällt dann allein aufgrund der Schwerkraft aus der Baukammer 22 in den Baukammeraufsatz 42. Die Rotationsvorrichtung 52 ist in der Darstellung gemäß 1 jeweils hinter der Baukammer 22 angeordnet und daher nicht erkennbar. Die Rotationsvorrichtung 52 ist jedoch in 2 zu sehen.
Das in dem Baukammeraufsatz 46 aufgenommene Rohstoffpulver wird bei geöffnetem Sperrventil über den Rohstoffpulverauslass 50 des Baukammeraufsatz 46 einer Pulverrückgewinnungsvorrichtung 54 der Nachbehandlungssektion 30 zugeführt. Sobald der Pulverentnahmeprozess in der Rotationsstation 36 abgeschlossen ist und kein Rohstoffpulver mehr in der Baukammer 22 vorhanden ist, wird die Baukammer 22 mittels der Rotationseinrichtung 52 erneut um 180° gedreht, so dass die Baukammer 22 wieder unterhalb des Baukammeraufsatzes 46 positioniert ist. Anschließend wird die Baukammer 22 mit dem Baukammeraufsatz 46 aus der Rotationsstation 36 in die Entnahmestation 38 überführt.
In der Entnahmestation 38 wird der Baukammeraufsatz 46 von der Baukammer 22 gelöst. Anschließend kann das Werkstück 20 aus der Baukammer 22 entnommen werden. Hierzu wird der das Werkstück 20 aufnehmende Träger 18, angetrieben von einem nicht veranschaulichten Motor der Entnahmestation 38, in vertikaler Richtung nach oben gefahren, bis der Träger 18 eine obere Begrenzung der Baukammer 22 bildet. Das Werkstück 20 kann dann bequem entnommen werden. Sobald das Werkstück 20 von der Baukammer 20 getrennt ist, steht die Baukammer 22 als Ersatzbaukammer zur Verfügung, die in die Wechselstation 32 der Nachbehandlungssektion 30 eingebracht und von dort wieder die Werkstückerzeugungssektion 12 zurückgeführt werden kann.
Die Pulverrückgewinnungsvorrichtung 54 der Nachbehandlungssektion 30 umfasst eine Kreislaufleitung 56, deren erstes Ende über den Rohstoffpulverauslass 50 des Baukammeraufsatzes 46 mit der Baukammer 22 verbindbar ist, wenn sich die Baukammer 22 in der Rotationstation 36 befindet. Stromabwärts der Verbindung mit dem Rohstoffpulverauslass 50 des Baukammeraufsatzes 46 ist in der Kreislaufleitung 55 ein Sammelbehälter 56 zur Aufnahme des aus dem Baukammeraufsatz 46 abgeführten Rohstoffpulvers angeordnet. Stromabwärts des Sammelbehälters 56 ist in der Kreislaufleitung 55 ein Rohstoffpulveraufbereitungssystem 58 vorgesehen. Das Rohstoffpulveraufbereitungssystem 58 umfasst eine Siebanlage 60 zur Trennung unterschiedlicher Partikelgrößenfraktionen des dem Rohstoffpulveraufbereitungssystem 58 zugeführten Rohstoffpulvers. In der Siebanlage abgetrenntes Grobgut wird einem Abfallbehälter 60 zugeführt. Gutkorn wird dagegen in einem weiteren Sammelbehälter 64 geleitet. Neben der Siebanlage 60 kann das Rohstoffpulveraufbereitungssystem 58 auch eine Rohstoffpulvertrennvorrichtung zur Trennung unterschiedlicher Rohstoffpulvermaterialien umfassen. Stromabwärts des Rohstoffpulveraufbereitungssystems 58 führt die Kreislaufleitung 55 zu der Werkstückerzeugungssektion 12. An ihrem zweiten Ende ist die Kreislaufleitungen 55 mit einem Rohstoffpulvereinlass 66 der Werkstückerzeugungssektion 12 verbunden, so dass aus der Baukammer 22 abgeführtes Rohstoffpulver im Kreislauf in die Werkstückerzeugungssektion 12 zurückgeführt werden kann.
In der Nachbehandlungssektion 30 ist ferner eine Frischpulverleitung 68 vorgesehen, die in den in der Kreislaufleitung 55 der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung 54 angeordneten Sammelbehälter 56, der auch das aus der Baukammer 22 entnommene Rohstoffpulver auffängt, mündet. Die Frischpulverleitung 68 ist mit einer nicht gezeigten Frischpulverquelle verbunden. Durch die Zufuhr des Frischpulvers in den Sammelbehälter 56 wird sichergestellt, dass auch das Frischpulver zuerst das Rohstoffpulveraufbereitungssystem 58 passiert, bevor es der Werkstückerzeugungssektion 12 zugeführt wird.
Schließlich ist eine Überlaufleitung 70 vorhanden, deren erstes Ende mit einem Rohstoffpulverüberlauf 72 der Werkstückerzeugungssektion 12 verbunden ist. Die Überlaufleitung 70 mündet, ebenso wie die Frischpulverleitung 68, in den Sammelbehälter 56, so dass auch über die Überlaufleitung 70 aus der Werkstückerzeugungssektion 12 abgeführtes Rohstoffpulver zunächst das Rohstoffpulveraufbereitungssystem 58 durchläuft, bevor es wieder in die Werkstückerzeugungssektion 12 zurückgeführt wird.
Schließlich weist die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung 54 einen an der Kreislaufleitung 55 vorgesehenen Anschluss 74 zur Verbindung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung 54 mit einer Schutzgasquelle, einer Überdruckquelle und/oder einer Unterdruckquelle auf. Ferner sind alle Komponenten der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtungen 54 gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichtet. Dadurch kann in allen Komponenten der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung 54 eine Atmosphäre erzeugt und aufrechterhalten werden, die der Atmosphäre in der Baukammer 22 in der Werkstückerzeugungssektion 12 entspricht. Die Anlage 10 ermöglicht somit nicht nur eine vollautomatische Rohstoffpulverrückgewinnung und Bauteilentnahme, sondern stellt auch sicher, dass das Rohstoffpulver während der gesamten Nachbehandlung in einem geschlossen, d. h. einem gegenüber der Außenatmosphäre abgedichteten Kreislauf geführt wird.
Die in 3 veranschaulichte Anlage 10 ist mit der Werkstückerzeugungssektion 12 ausgestattet wie die Anordnungen gemäß der 1 und 2. Die in 3 gezeigte Anlage 10 unterscheidet sich von den Anordnungen gemäß der 1 und 2 jedoch dadurch, dass die Anlage 10 eine lediglich halbautomatisch arbeitende Nachbehandlungssektion 30 aufweist. Die Nachbehandlungssektion 30 der Anlage 10 gemäß 3 umfasst eine Wechselstation 32 sowie eine Entnahmestation 38. Auf eine Parkstation sowie eine Rotationsstation wird dagegen verzichtet. Aus der Wechselstation 32 ist eine aus der Werkstückerzeugungssektion 12 im gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichteten Zustand entnommene Baukammer 22 mittels einer Transportvorrichtung 40 in die Entnahmestation 38 überführbar, die einen manuell bedienbaren Hubwagen 76 umfasst.
Die Entnahmestation 38 umfasst eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbare Handhabungskammer 78, die einen Anschluss 80 zur Verbindung der Handhabungskammer mit einer Schutzgasquelle, einer Überdruckquelle und/oder einer Unterdruckquelle sowie einen Rohstoffpulverauslass umfasst. Dadurch kann auch in der Handhabungskammer 78 eine Atmosphäre erzeugt werden, die der Atmosphäre in der Baukammer 22 entspricht. Folglich kann die Baukammer 22, sobald sie in die Handhabungskammer 78 der Entnahmestation 38 eingesetzt ist und in der Handhabungskammer 78 die gewünschte Atmosphäre aufgebaut ist, durch Abnehmen des Deckel 24 geöffnet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass das in der Baukammer 22 aufgenommene Werkstück 20 oder nicht verbrauchtes Rohstoffpulver unerwünschten chemischen Reaktionen mit der Außenatmosphäre ausgesetzt wird.
Ferner umfasst die Handhabungskammer 78 einen Rohstoffpulverauslass 82, über den aus der Baukammer 22 in die Handhabungskammer 78 überführtes Rohstoffpulver in die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung 54 abgeführt werden kann. Der Rohstoffpulverauslass 82 ist mittels eines nicht gezeigten Sperrventils verschließbar. Die Handhabungskammer 78 ist in Form einer Glove-Box ausgeführt und umfasst eine Handschuheingriffsvorrichtung 84 durch die manuell in die Handhabungskammer 78 eingegriffen werden kann. Schließlich ist ein Motor 86 vorhanden, der dazu eingerichtet, mit dem Träger 18 antreibend verbunden zu werden, um den Träger 18 relativ zu der Baukammer 22 zu verschieben, wenn die Baukammer 22 in der Handhabungskammer 78 angeordnet ist. Insbesondere kann der Träger 18 durch den Motor 86 in der Baukammer 22 sukzessive nach oben versetzt werden. Dadurch tritt durch die nach Abnehmen des Deckels 24 offene Oberseite der Baukammer 22 Rohstoffpulver aus der Baukammer 22 in die Handhabungskammer 78 aus. Das Rohstoffpulver kann dann manuell mit Hilfe der Handschuheingriffsvorrichtung 84 in Richtung des Pulverauslasses 82 der Handhabungskammer 78 gelenkt und von dort in die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung 54 geleitet werden. Im Übrigen entsprechen die Struktur und die Funktionsweise der Anlage 10 gemäß 3 der Struktur und der Funktionsweise der in den 1 und 2 dargestellten Anlagen 10.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1793979 B1 [0003]

Claims

Anlage (10) mit – einer Werkstückerzeugungssektion (12) zur Herstellung von Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, die eine Bestrahlungseinrichtung (14) sowie eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbare Prozesskammer (16) mit einem Träger (18) zur Aufnahme eines Rohstoffpulvers sowie eines durch ein generatives Schichtbauverfahren aus dem Rohstoffpulver hergestellten Werkstücks (20) umfasst, wobei der Träger (18) mit zunehmender Bauhöhe eines auf dem Träger (18) erzeugten Werkstücks (20) relativ zu der Prozesskammer (16) in eine Baukammer (22) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Baukammer (22) im gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichteten Zustand aus einer Betriebsposition, in der eine auf den Träger (18) aufgebrachte Rohstoffpulverschicht mittels der Bestrahlungseinrichtung (14) mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung beaufschlagbar ist, in eine Wechselposition außerhalb der Werkstückerzeugungssektion (12) überführbar ist.
Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Deckel (24), der dazu eingerichtet ist, die Baukammer (22) abdichtend zu verschließen, bevor die Baukammer (22) aus ihrer Betriebsposition in ihre Wechselposition überführt wird.
Anlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Deckelpositionieranordnung (25), die in der Werkstückerzeugungssektion (12) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, den Deckel (24) vorzugsweise aus einer Position seitlich der Baukammer (22) über eine Oberseite der Baukammer (22) zu schieben, um die Baukammer (22) abdichtend zu verschließen, bevor die Baukammer (22) aus ihrer Betriebsposition in ihre Wechselposition überführt wird.
Anlage insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Nachbehandlungssektion (30), die dazu eingerichtet ist, eine Baukammer (22) zur Aufnahme eines in einer Werkstückerzeugungssektion (12) durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung erzeugten Werkstücks (20) in einer Wechselstation (32) aufzunehmen und die eine Entnahmestation (38) zur Entnahme eines in der Werkstückerzeugungssektion (12) in der Baukammer (22) erzeugten Werkstücks (20) aus der Baukammer (22) umfasst.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungssektion (30) eine Transportvorrichtung (40) zum Transportieren der Baukammer (22) zwischen verschiedenen Stationen (32, 34, 36, 38) der Nachbehandlungssektion (30) umfasst, wobei die Transportvorrichtung (40) einen Hubwagen (76) oder einen Greifer (42) umfasst, wobei der der Greifer (42) dazu eingerichtet ist, die Baukammer (22) zu greifen und entlang einer Verfahreinrichtung (44) verfahrbar ist.
Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungssektion (30) eine der Wechselstation (32) nachgeordnete Parkstation (34) umfasst, wobei die Parkstation (34) insbesondere entweder seitlich benachbart zu oder oberhalb der Wechselstation (32) angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungssektion (30) einen Baukammeraufsatz (46) umfasst, der dazu eingerichtet ist, abdichtend mit der Baukammer (22) verbunden zu werden und der einen Anschluss (48) zur Verbindung des Baukammeraufsatzes (46) mit einer Schutzgasquelle, einer Überdruckquelle und/oder einer Unterdruckquelle sowie einen Rohstoffpulverauslass (50) umfasst, wobei der Rohstoffpulverauslass (50) vorzugsweise mittels eines Sperrventils verschließbar ist.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Baukammeraufsatz (22) trichterförmig ausgebildet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungssektion (30) eine Rotationsstation (36) mit einer Rotationseinrichtung (52) umfasst, wobei die Rotationseinrichtung (52) dazu eingerichtet ist, die Baukammer (22) derart zu drehen, dass in der Baukammer (22) vorhandenes Rohstoffpulver schwerkraftgetrieben aus der Baukammer (22) entnehmbar ist, und wobei die Rotationsstation (36) vorzugsweise der Parkstation (34) nachgeordnet und insbesondere seitlich benachbart oder seitlich in einem Abstand von der Parkstation (34) angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmestation (38) eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbare Handhabungskammer (78) umfasst, die einen Anschluss (80) zur Verbindung der Handhabungskammer (78) mit einer Schutzgasquelle, einer Überdruckquelle und/oder einer Unterdruckquelle sowie einen Rohstoffpulverauslass (82) umfasst, wobei der Rohstoffpulverauslass (82) vorzugsweise mittels eines Sperrventils verschließbar ist, und/oder dass die Entnahmestation (38) der Rotationsstation (36) nachgeordnet und insbesondere seitlich benachbart zu der Rotationsstation (36) oder zwischen der Rotationsstation (36) und der Parkstation (34) unterhalb der Rotationsstation (36) und der Parkstation (34) angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungskammer (78) eine Handschuheingriffsvorrichtung (84) sowie einen Motor (86) umfasst, wobei der Motor (86) dazu eingerichtet ist, mit dem Träger (18) antreibend verbunden zu werden, um den Träger (18) relativ zu der Baukammer (22) zu verschieben, wenn die Baukammer (22) in der Handhabungskammer (78) angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungssektion (30) eine Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung (54) umfasst, die mit der Entnahmestation (38) oder der Rotationsstation (36) der Nachbehandlungssektion (30) verbindbar ist und eine Kreislaufleitung (55) umfasst, deren erstes Ende vorzugsweise über den Rohstoffpulverauslass (82) der Handhabungskammer (78) oder den Rohstoffpulverauslass (50) des Baukammeraufsatzes (46) mit der Baukammer (22) verbindbar ist, um Rohstoffpulver aus der Baukammer (22) abzuführen, und deren zweites Ende mit einem Rohstoffpulvereinlass (66) der Werkstückerzeugungssektion (12) verbunden ist, um Rohstoffpulver im Kreislauf in die Werkstückerzeugungssektion (12) zurückzuführen.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung (54) mit einem Rohstoffpulveraufbereitungssystem (58) zur Aufbereitung von aus der Baukammer (22) abgeführtem Rohstoffpulver ausgestattet ist, wobei das Rohstoffpulveraufbereitungssystem (58) eine Siebanlage (60) und/oder eine Rohstoffpulvertrennvorrichtung zur Trennung unterschiedlicher Rohstoffpulvermaterialien umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 13, gekennzeichnet durch eine Frischpulverleitung (68), die insbesondere stromaufwärts des Rohstoffpulveraufbereitungssystems (58) in die Kreislaufleitung (55) der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung (54) oder einen in der Kreislaufleitung (55) angeordneten Sammelbehälter (56) mündet, und/oder eine Überlaufleitung (70), deren erstes Ende mit einem Rohstoffpulverüberlauf (72) der Werkstückerzeugungssektion (12) verbunden ist und die insbesondere stromaufwärts des Rohstoffpulveraufbereitungssystems (58) in die Kreislaufleitung (55) der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung (54) oder einen in der Kreislaufleitung (55) angeordneten Sammelbehälter (56) mündet.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung (54) einen Anschluss (74) zur Verbindung der Rohstoffpulverrückgewinnungseinrichtung (54) mit einer Schutzgasquelle, einer Überdruckquelle und/oder einer Unterdruckquelle umfasst.