DE202019106061U1 - Powder conveyor system and system for the production of a three-dimensional workpiece - Google Patents

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Abstract

Pulverfördersystem (30) zum Einsatz in einer Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks (18) mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei das Pulverfördersystem (30) umfasst:- eine Förderleitung (32),- eine in der Förderleitung (32) angeordnete Fördereinrichtung (38), die dazu eingerichtet ist, in einem stromaufwärts der Fördereinrichtung (38) angeordneten ersten Abschnitt (32a) der Förderleitung (32) einen ersten Druck (P1) zu erzeugen, der geringer ist als ein zweiter Druck (P2) in einem stromabwärts der Fördereinrichtung (38) angeordneten zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32),- einen stromabwärts der Fördereinrichtung (38) in dem zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32) angeordneten Ausgleichsbehälter (44), wobei der Ausgleichsbehälter (44) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil eines den zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32) durchströmenden Mediums aufzunehmen, so dass sich in einem stromabwärts des Ausgleichsbehälters (44) angeordneten dritten Abschnitt (32c) der Förderleitung (32) ein dritter Druck (P3) einstellt, der geringer ist als der zweite Druck (P2) in dem zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32), und.- ein Steuerventil (48), das dazu eingerichtet ist, die Zufuhr eines den zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32) durchströmenden Mediums in den Ausgleichsbehälter (44) derart zu steuern, dass sich der dritte Druck (P3) in dem dritten Abschnitt (32c) der Förderleitung (32) einem gewünschten Sollwert annähert.Powder conveying system (30) for use in a system (100) for producing a three-dimensional workpiece (18) using a generative layer construction method, the powder conveying system (30) comprising: - a conveying line (32), - a conveying device arranged in the conveying line (32) (38), which is designed to generate a first pressure (P1) in a first section (32a) of the conveyor line (32) arranged upstream of the conveyor (38), which is lower than a second pressure (P2) in a downstream of the conveying device (38) arranged second section (32b) of the conveying line (32), - an expansion tank (44) arranged downstream of the conveying device (38) in the second section (32b) of the conveying line (32), the equalizing tank (44) being added to this is set up to receive at least a part of a medium flowing through the second section (32b) of the delivery line (32), so that it is located in a downstream of the outlet third section (32c) of the conveying line (32) arranged in the equal container (44) sets a third pressure (P3) which is lower than the second pressure (P2) in the second section (32b) of the conveying line (32), and Control valve (48), which is designed to control the supply of a medium flowing through the second section (32b) of the delivery line (32) into the expansion tank (44) such that the third pressure (P3) in the third section (32c ) the delivery line (32) approximates a desired setpoint.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pulverfördersystem, das zum Einsatz in einer Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens geeignet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine mit einem derartigen Pulverfördersystem ausgestattete Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks.The invention relates to a powder conveyor system which is suitable for use in a system for producing a three-dimensional workpiece using a generative layer construction method. Furthermore, the invention relates to a system equipped with such a powder conveying system for producing a three-dimensional workpiece.

Bei generativen Schichtbauverfahren zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke, insbesondere dem sogenannten Pulverbettschmelzen, wird ein Rohstoffpulver schichtweise auf einen Träger aufgetragen und in Abhängigkeit der gewünschten Geometrie des zu erstellenden Werkstücks ortselektiv mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Laserstrahlung, oder mit Teilchenstrahlung beaufschlagt. Die in die Pulverschicht eindringende Strahlung bewirkt eine Erwärmung und folglich eine Verschmelzung oder Versinterung der Rohstoffpulverpartikel. Anschließend werden sukzessiv weitere Rohstoffpulverschichten auf die bereits strahlungsbehandelte Schicht auf dem Träger aufgebracht, bis das Werkstück die gewünschte Form und Größe hat. Das Rohstoffpulver kann Keramik-, Metall- oder Kunststoffmaterialien, aber auch Materialgemische hieraus umfassen. Generative Schichtbauverfahren und insbesondere Pulverbettschmelzverfahren können beispielsweise 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.In generative layer construction methods for producing three-dimensional workpieces, in particular so-called powder bed melting, a raw material powder is applied in layers to a carrier and, depending on the desired geometry of the workpiece to be produced, is subjected to location-selective electromagnetic radiation, for example laser radiation, or particle radiation. The radiation penetrating into the powder layer causes heating and consequently a fusion or sintering of the raw material powder particles. Subsequently, further layers of raw material powder are successively applied to the already radiation-treated layer on the carrier until the workpiece has the desired shape and size. The raw material powder can comprise ceramic, metal or plastic materials, but also material mixtures thereof. Generative layer construction processes and in particular powder bed melting processes can be used for example for the production of prototypes, tools, spare parts or medical prostheses, such as dental or orthopedic prostheses, as well as for the repair of components on the basis of CAD data.

Eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke durch Pulverbettschmelzen ist beispielsweise in der EP 3 023 227 B1 beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Prozesskammer, in der ein Träger und eine Pulverauftragsvorrichtung zum Auftragen eines Rohstoffpulvers auf den Träger untergebracht sind. Die Prozesskammer ist mit einem Pulvereinlass zum Zuführen von Rohstoffpulver zu der Pulverauftragsvorrichtung und einem Pulverauslass zum Abführen von überschüssigem Rohstoffpulver aus der Prozesskammer versehen. Eine Pulverkreislaufleitung, in der eine Fördereinrichtung zum Fördern des Rohmaterialpulvers durch die Pulverkreislaufleitung angeordnet ist, verbindet den Pulverauslass der Prozesskammer mit dem Pulvereinlass der Prozesskammer.A device for producing three-dimensional workpieces by powder bed melting is, for example, in US Pat EP 3 023 227 B1 described. The device comprises a process chamber in which a carrier and a powder application device for applying a raw material powder are accommodated on the carrier. The process chamber is provided with a powder inlet for supplying raw material powder to the powder application device and a powder outlet for removing excess raw material powder from the process chamber. A powder circuit line, in which a conveying device for conveying the raw material powder through the powder circuit line is arranged, connects the powder outlet of the process chamber to the powder inlet of the process chamber.

Ferner sind in der EP 3 165 303 B1 oder der EP 3 167 984 B1 zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke durch Pulverbettschmelzen geeignete Auspacksysteme offenbart, die dazu dienen, die fertigen Werkstücke aus einer Prozesskammer der Vorrichtung zu entnehmen. Die Auspacksysteme umfassen jeweils ein Saugsystem, das dazu dient, das ausgepackte Werkstück von überschüssigem Rohstoffpulver zu befreien.Furthermore, in the EP 3 165 303 B1 or the EP 3 167 984 B1 Unpacking systems suitable for use in a device for producing three-dimensional workpieces by powder bed melting are disclosed, which serve to remove the finished workpieces from a process chamber of the device. The unpacking systems each include a suction system that is used to free the unpacked workpiece from excess raw material powder.

Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, ein insbesondere zum Einsatz in einer Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens geeignetes Pulverfördersystem anzugeben, das zuverlässig und effizient betreibbar ist. Ferner ist die Erfindung auf die Aufgabe gerichtet, eine mit einem derartigen Pulverkreislauf ausgestattete Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks bereitzustellen.The object of the invention is to provide a powder conveying system which is particularly suitable for use in a system for producing a three-dimensional workpiece with the aid of a generative layer construction method and which can be operated reliably and efficiently. Furthermore, the invention is directed to the task of providing a system equipped with such a powder circuit for producing a three-dimensional workpiece.

Diese Aufgabe wird durch ein Pulverfördersystem gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß Anspruch 13 gelöst.This object is achieved by a powder conveyor system according to claim 1 and by a system for producing a three-dimensional workpiece according to claim 13.

Ein Pulverfördersystem umfasst eine Förderleitung. Bei der Förderleitung handelt es sich insbesondere um eine Förderleitung, die dazu geeignet ist, zumindest abschnittsweise von einem Medium durchströmt zu werden, das ein Pulver enthält. Bei dem Pulver kann es sich beispielsweise um ein Pulver oder ein Pulvergemisch aus Metall, einer Metalllegierung, Keramik oder Kunststoff handeln. Vorzugsweise ist das durch die Förderleitung zu fördernde Pulver zur Verarbeitung in einer Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch ein generatives Schichtbauverfahren, insbesondere Pulverbettschmelzen geeignet und kann beispielsweise Partikelgrößen im Bereich < 100 µm aufweisen. Die Förderleitung besteht vorzugsweise aus einem Material, beispielsweise Metall oder einem geeigneten Kunststoffmaterial, das ausreichend widerstandsfähig gegen die abrasive Beanspruchung des Materials der Förderleitung durch das durch die Förderleitung zu fördernde Pulver ist.A powder delivery system includes a delivery line. The delivery line is, in particular, a delivery line which is suitable for being flowed through at least in sections by a medium which contains a powder. The powder can be, for example, a powder or a powder mixture of metal, a metal alloy, ceramic or plastic. The powder to be conveyed by the conveying line is preferably suitable for processing in a system for producing a three-dimensional workpiece by means of a generative layer construction method, in particular powder bed melting, and can for example have particle sizes in the range <100 μm. The conveying line preferably consists of a material, for example metal or a suitable plastic material, which is sufficiently resistant to the abrasive stress on the material of the conveying line by the powder to be conveyed by the conveying line.

In der Förderleitung ist eine Fördereinrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet ist, in einem stromaufwärts der Fördereinrichtung angeordneten ersten Abschnitt der Förderleitung einen ersten Druck zu erzeugen, der geringer ist als ein zweiter Druck in einem stromabwärts der Fördereinrichtung angeordneten zweiten Abschnitt der Förderleitung. Die Begriffe „stromaufwärts“ bzw. „stromabwärts“ beziehen sich im Kontext dieser Anmeldung durchgängig auf die Strömungsrichtung des mittels der Fördereinrichtung durch die Förderleitung geförderten Mediums in der Förderleitung. A conveyor device is arranged in the conveyor line and is configured to generate a first pressure in a first section of the conveyor line arranged upstream of the conveyor device, which pressure is lower than a second pressure in a second section of the conveyor line arranged downstream of the conveyor device. In the context of this application, the terms “upstream” and “downstream” consistently refer to the direction of flow of the medium in the delivery line conveyed through the delivery line by means of the delivery device.

Ferner umfasst das Pulverfördersystem einen stromabwärts der Fördereinrichtung in dem zweiten Abschnitt der Förderleitung angeordneten Ausgleichsbehälter. Der Ausgleichsbehälter ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil eines den zweiten Abschnitt der Förderleitung durchströmenden Mediums aufzunehmen, so dass sich in einem stromabwärts des Ausgleichsbehälters angeordneten dritten Abschnitt der Förderleitung ein dritter Druck einstellt, der geringer ist als der zweite Druck in dem zweiten Abschnitt der Förderleitung. Im Betrieb des Pulverfördersystems kann somit zumindest ein Teil des den zweiten Abschnitt der Förderleitung durchströmenden Mediums aus der Förderleitung in den Ausgleichsbehälter abgezweigt werden, statt unmittelbar in den dritten Abschnitt der Förderleitung geleitet zu werden.Furthermore, the powder delivery system comprises an expansion tank arranged downstream of the delivery device in the second section of the delivery line. The expansion tank is set up to receive at least part of a medium flowing through the second section of the delivery line, so that it is in a A third pressure of the delivery line arranged downstream of the expansion tank sets a third pressure which is lower than the second pressure in the second section of the delivery line. During operation of the powder delivery system, at least part of the medium flowing through the second section of the delivery line can thus be branched out of the delivery line into the expansion tank instead of being led directly into the third section of the delivery line.

Der Ausgleichsbehälter ermöglicht somit eine Verringerung der Druckdifferenz, die sich im Betrieb des Pulverfördersystems zwischen einem mit dem ersten Abschnitt verbundenen ersten Ende der Förderleitung und einem mit dem dritten Abschnitt verbundenen zweiten Ende der Förderleitung einstellt. Dadurch können starke Druckschwankungen innerhalb der Förderleitung, die den Betrieb des Pulverfördersystems stören könnten, reduziert werden. Das Pulverfördersystem ist daher besonders zuverlässig betreibbar. Des Weiteren ermöglicht die Vermeidung übermäßiger Druckschwankungen in der Förderleitung eine Erhöhung der Förderleistung der Fördereinrichtung, so dass das Pulverfördersystem auch besonders effizient arbeitet.The expansion tank thus enables a reduction in the pressure difference that occurs during operation of the powder delivery system between a first end of the delivery line connected to the first section and a second end of the delivery line connected to the third section. As a result, strong pressure fluctuations within the delivery line, which could disrupt the operation of the powder delivery system, can be reduced. The powder conveyor system can therefore be operated particularly reliably. Furthermore, the avoidance of excessive pressure fluctuations in the delivery line enables the delivery capacity of the delivery device to be increased, so that the powder delivery system also works particularly efficiently.

Das Pulverfördersystem umfasst ferner ein Steuerventil, das dazu eingerichtet ist, die Zufuhr eines den zweiten Abschnitt der Förderleitung durchströmenden Mediums in den Ausgleichsbehälter derart zu steuern, dass sich der dritte Druck in dem dritten Abschnitt der Förderleitung einem gewünschten Sollwert annähert. Mithilfe des Steuerventils ist folglich eine Anpassung des dritten Drucks in dem dritten Abschnitt der Förderleitung an einen gewünschten Sollwert möglich. Beispielsweise kann der dritte Druck in dem dritten Abschnitt der Förderleitung mit Hilfe des Steuerventils auf einen Sollwert eingestellt werden, der dem Druck in einem mit dem Pulverfördersystem verbundenen System, beispielsweise einem Auspacksystem einer Anlage zur Erzeugung eines dreidimensionalen Werkstücks entspricht.The powder delivery system further comprises a control valve which is set up to control the supply of a medium flowing through the second section of the delivery line into the expansion tank in such a way that the third pressure in the third section of the delivery line approaches a desired target value. With the aid of the control valve, it is consequently possible to adapt the third pressure in the third section of the delivery line to a desired setpoint. For example, the third pressure in the third section of the conveying line can be set with the help of the control valve to a setpoint value which corresponds to the pressure in a system connected to the powder conveying system, for example an unpacking system of a system for producing a three-dimensional workpiece.

Der dritte Druck in dem dritten Abschnitt der Förderleitung ist vorzugsweise höher als der erste Druck in dem ersten Abschnitt der Förderleitung. Der Wert des sich in dem dritten Abschnitt der Förderleitung einstellenden dritten Drucks liegt dementsprechend vorzugsweise zwischen dem Wert des ersten Drucks in dem ersten Abschnitt der Förderleitung dem Wert des zweiten Drucks in dem zweiten Abschnitt der Förderleitung.The third pressure in the third section of the delivery line is preferably higher than the first pressure in the first section of the delivery line. The value of the third pressure arising in the third section of the delivery line is accordingly preferably between the value of the first pressure in the first section of the delivery line and the value of the second pressure in the second section of the delivery line.

Der erste Druck ist vorzugsweise ein unterhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender negativer Druck. Der negative Druck in dem ersten Abschnitt der Förderleitung kann beispielsweise aus dem Strömungswiderstand des durch den ersten Abschnitt der Förderleitung geförderten pulverhaltigen Mediums und/oder Strömungsverlusten resultieren. Mit zunehmender Förderweite und zunehmendem Pulvermassenstrom durch den ersten Abschnitt der Förderleitung nehmen die Verluste durch die pneumatischen Widerstände zu. D.h., je mehr Pulver durch den ersten Abschnitt der Förderleitung gefördert wird, desto geringer, d.h. desto negativer ist der erste Druck in dem ersten Abschnitt der Förderleitung.The first pressure is preferably a negative pressure below atmospheric pressure at sea level. The negative pressure in the first section of the delivery line can result, for example, from the flow resistance of the powder-containing medium delivered through the first section of the delivery line and / or flow losses. With increasing delivery range and increasing powder mass flow through the first section of the delivery line, the losses due to the pneumatic resistances increase. That is, the more powder that is conveyed through the first section of the delivery line, the lower, i.e. the more negative the first pressure in the first section of the delivery line.

Der zweite Druck in dem zweiten Abschnitt der Förderleitung ist vorzugsweise ein oberhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender positiver Druck, der unmittelbar mit dem ersten Druck in dem ersten Abschnitt der Förderleitung zusammenhängt. Insbesondere ist der positive zweite Druck in dem zweiten Abschnitt der Förderleitung umso höher, je geringer, d.h. jeden negativer der erste Druck in dem ersten Abschnitt der Förderleitung ist.The second pressure in the second section of the delivery line is preferably a positive pressure above atmospheric pressure at sea level, which is directly related to the first pressure in the first section of the delivery line. In particular, the lower, i.e. the lower the positive second pressure in the second section of the delivery line. any negative is the first pressure in the first section of the delivery line.

Der dritte Druck, der im Betrieb der Fördereinrichtung mithilfe des Ausgleichsbehälters im dritten Abschnitt der Förderleitung eingestellt wird, ist vorzugsweise, ebenso wie der zweite Druck, ein oberhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender positiver Druck. Wie oben erläutert, ist der dritte Druck jedoch geringer als der zweite Druck, so dass der Ausgleichsbehälter verhindert, dass das mit dem dritten Abschnitt der Förderleitung verbundene zweite Ende der Förderleitung dem hohen positiven zweiten Druck ausgesetzt ist.The third pressure, which is set in the third section of the delivery line during operation of the conveying device with the aid of the expansion tank, is preferably, like the second pressure, a positive pressure which is above atmospheric pressure at sea level. However, as explained above, the third pressure is less than the second pressure, so that the expansion tank prevents the second end of the delivery line connected to the third section of the delivery line from being exposed to the high positive second pressure.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Pulverfördersystems ist der Ausgleichsbehälter ein Ausgleichsbehälter mit einem variablen Aufnahmevolumen. Dadurch wird es möglich, dass im Betrieb des Pulverfördersystems, je nach Bedarf, ein kleinerer oder ein größerer Anteil des den zweiten Abschnitt der Förderleitung durchströmenden Mediums in den Ausgleichsbehälter abgeleitet werden kann, um in dem dritten Abschnitt der Förderleitung die Einstellung eines gewünschten verringerten dritten Drucks zu ermöglichen.In a particularly preferred embodiment of the powder conveying system, the expansion tank is an expansion tank with a variable receiving volume. This makes it possible that during operation of the powder delivery system, depending on requirements, a smaller or a larger proportion of the medium flowing through the second section of the delivery line can be discharged into the expansion tank in order to set a desired reduced third pressure in the third section of the delivery line to enable.

Der Ausgleichsbehälter kann beispielsweise zumindest abschnittsweise aus einem flexiblen, dehnbaren Material bestehen. Beispielsweise kann der Ausgleichsbehälter schlauchförmig ausgebildet sein und zumindest abschnittsweise aus einem elastischen (Gummi)material bestehen. Die Dehnungseigenschaften des Materials des Ausgleichsbehälters können in Abhängigkeit der gewünschten Druckausgleichseigenschaften des Ausgleichsbehälters gewählt sein. Beispielsweise kann das Material des Ausgleichsbehälters so beschaffen sein, dass sich das Aufnahmevolumen des Ausgleichsbehälters automatisch um ein gewünschtes Differenzvolumen vergrößert, wenn ein bestimmter Druck auf den Ausgleichsbehälter wirkt. Dadurch wird eine automatische Einstellung des dritten Drucks in dem dritten Abschnitt der Förderleitung möglich.The expansion tank can, for example, consist at least in sections of a flexible, stretchable material. For example, the expansion tank can be tubular and at least in sections consist of an elastic (rubber) material. The expansion properties of the material of the expansion tank can be selected depending on the desired pressure compensation properties of the expansion tank. For example, the material of the expansion tank can be such that the receiving volume of the expansion tank is automatically increased by a desired differential volume when a certain pressure acts on the expansion tank. This will make one automatic adjustment of the third pressure in the third section of the delivery line possible.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Ausgleichsbehälter einen Faltenbalg umfassen oder in Form eines Faltenbalgs ausgebildet sein. Auch das Design des Faltenbalgs kann so gewählt sein, dass sich das Aufnahmevolumen des Ausgleichsbehälters automatisch um ein gewünschtes Differenzvolumen vergrößert, wenn ein bestimmter Druck auf den Ausgleichsbehälter wirkt, um eine automatische Einstellung des dritten Drucks in den dritten Abschnitt der Förderleitung zu ermöglichen.Additionally or alternatively, the expansion tank can comprise a bellows or be designed in the form of a bellows. The design of the bellows can also be chosen such that the receiving volume of the expansion tank is automatically increased by a desired differential volume when a certain pressure acts on the expansion tank in order to enable the third pressure in the third section of the delivery line to be set automatically.

Grundsätzlich ist es denkbar, das Steuerventil im Bereich eines Einlasses des Ausgleichsbehälters anzuordnen. Vorzugsweise ist das Steuerventil jedoch stromabwärts des Ausgleichsbehälters in dem dritten Abschnitt der Förderleitung angeordnet. Dadurch wird eine besonders genaue Steuerung des dritten Drucks in dem dritten Abschnitt der Förderleitung möglich.Basically, it is conceivable to arrange the control valve in the area of an inlet of the expansion tank. Preferably, however, the control valve is arranged downstream of the expansion tank in the third section of the delivery line. This enables particularly precise control of the third pressure in the third section of the delivery line.

Das Steuerventil kann beispielsweise in Form eines Quetschventils oder in Form eines proportional geregelten Scheibenventils ausgebildet sein. Das Steuerventil ermöglicht dann eine zuverlässige und genaue Steuerung der Zufuhr des den zweiten Abschnitt der Förderleitung durchströmenden Mediums in den Ausgleichsbehälter.The control valve can be designed, for example, in the form of a pinch valve or in the form of a proportionally regulated butterfly valve. The control valve then enables reliable and precise control of the supply of the medium flowing through the second section of the delivery line into the expansion tank.

Zumindest in ihrem stromaufwärts der Fördereinrichtung angeordneten ersten Abschnitt ist die Förderleitung vorzugsweise von einem Pulver/Trägergas-Gemisch durchströmbar. Im Gegensatz dazu ist die Förderleitung zumindest in ihrem stromabwärts der Fördereinrichtung angeordneten zweiten Abschnitt vorzugsweise von im Wesentlichen pulverfreiem Trägergas durchströmbar. Unter einem „im Wesentlichen pulverfreien Trägergas“ wird hier ein Trägergas verstanden, das zwar noch partikelförmige Verunreinigungen enthalten kann, jedoch kein signifikantes Pulvervolumen mehr enthält. Die Fördereinrichtung ist folglich vorzugsweise dazu eingerichtet, das in dem Pulver/Trägergas-Gemisch enthaltene Pulver von dem Trägergas zu trennen. Auch zumindest in ihrem stromabwärts des Ausgleichsbehälters angeordneten dritten Abschnitt ist die Förderleitung von in wesentlichen pulverfreiem Trägergas durchströmbar.A powder / carrier gas mixture can preferably flow through the delivery line at least in its first section arranged upstream of the delivery device. In contrast to this, essentially powder-free carrier gas can preferably flow through the delivery line, at least in its second section arranged downstream of the delivery device. An “essentially powder-free carrier gas” is understood here to mean a carrier gas which may still contain particulate impurities, but no longer contains a significant powder volume. The conveying device is therefore preferably set up to separate the powder contained in the powder / carrier gas mixture from the carrier gas. Substantially powder-free carrier gas can also flow through the conveying line, at least in its third section arranged downstream of the expansion tank.

Das Trägergas ist vorzugsweise ein Inertgas. Beispielsweise kann das Trägergas Argon oder Stickstoff sein. Insbesondere ist das Trägergas dazu eingerichtet, unerwünschte (Oxidations)reaktionen des durch die Förderleitung geförderten Pulvers zu verhindern. Im Betrieb des Pulverfördersystems wird ein Teil des den zweiten Abschnitt der Förderleitung mit hohem Druck durchströmenden Trägergases in den Ausgleichsbehälter geleitet. Ein vorheriges Fluten oder Spülen des Ausgleichsbehälters mit Trägergas ist dabei nicht erforderlich. Darüber hinaus macht der Einsatz des Ausgleichsbehälters zur Regelung des Drucks in dem dritten Abschnitt der Förderleitung die Bereitstellung von zusätzlichem (inertem) Trägergas für diese Druckregetung überflüssig. Der Trägergasverbrauch des Pulverfördersystems kann somit minimiert werden.The carrier gas is preferably an inert gas. For example, the carrier gas can be argon or nitrogen. In particular, the carrier gas is set up to prevent undesired (oxidation) reactions of the powder conveyed through the conveying line. During operation of the powder delivery system, part of the carrier gas flowing through the second section of the delivery line at high pressure is conducted into the expansion tank. Flooding or purging the expansion tank with carrier gas is not necessary. In addition, the use of the expansion tank to regulate the pressure in the third section of the delivery line makes the provision of additional (inert) carrier gas for this pressure control superfluous. The carrier gas consumption of the powder delivery system can thus be minimized.

Die Fördereinrichtung umfasst vorzugsweise einen in der Förderleitung angeordneten Vakuumförderer. Der Vakuumförderer kann beispielsweise einen Zyklon umfassen oder in Form eines Zyklon ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Fördereinrichtung einen stromabwärts des Vakuumförderers in der Förderleitung angeordneten Vakuumerzeuger umfassen. Der Vakuumerzeuger kann beispielsweise in Form einer Pumpe oder eines Gebläses ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Fördereinrichtung kann der Vakuumförderer dazu genutzt werden, das Pulver aus dem dem Vakuumförderer zugeführten Pulver/Trägergas-Gemisch abzuscheiden.The conveyor device preferably comprises a vacuum conveyor arranged in the conveyor line. The vacuum conveyor can, for example, comprise a cyclone or be designed in the form of a cyclone. In addition, the conveyor device can comprise a vacuum generator arranged downstream of the vacuum conveyor in the conveyor line. The vacuum generator can be designed, for example, in the form of a pump or a blower. In such a configuration of the conveying device, the vacuum conveyor can be used to separate the powder from the powder / carrier gas mixture supplied to the vacuum conveyor.

Das Pulverfördersystem kann ferner einen mit dem Vakuumförderer verbundenen Speicherbehälter umfassen, der dazu eingerichtet ist, mittels der Fördereinrichtung durch den ersten Abschnitt der Förderleitung gefördertes Pulver aufzunehmen. Mit anderen Worten, der Speicherbehälter ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Pulver aufzunehmen, das mittels des Vakuumförderers aus dem dem Vakuumförderer zugeführten Pulver/Trägergas-Gemisch abgeschieden wird.The powder conveying system can further comprise a storage container connected to the vacuum conveyor, which is set up to receive powder conveyed through the first section of the conveying line by means of the conveying device. In other words, the storage container is preferably set up to receive the powder which is separated from the powder / carrier gas mixture supplied to the vacuum conveyor by means of the vacuum conveyor.

Der Vakuumförderer und der Vakuumerzeuger sind vorzugsweise durch einen vierten Abschnitt der Förderleitung miteinander verbunden. In dem vierten Abschnitt der Förderleitung stellt sich im Betrieb des Pulverfördersystems vorzugsweise ein vierter Druck ein. Der vierte Druck kann im Wesentlichen dem negativen ersten Druck in dem ersten Abschnitt der Förderleitung entsprechen. Vorzugsweise ist der vierte Druck jedoch etwas höher, d.h. etwas weniger negativ als der erste Druck, wenn der vierte Abschnitt der Förderleitung bereits von im Wesentlichen pulverfreiem Trägergas durchströmt wird.The vacuum conveyor and the vacuum generator are preferably connected to one another by a fourth section of the delivery line. A fourth pressure is preferably set in the fourth section of the delivery line during operation of the powder delivery system. The fourth pressure can substantially correspond to the negative first pressure in the first section of the delivery line. Preferably, however, the fourth pressure is slightly higher, i.e. slightly less negative than the first pressure when the fourth section of the delivery line is already being flowed through by essentially powder-free carrier gas.

Eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens umfasst mindestens ein oben beschriebenes Pulverfördersystem. Die Anlage kann ferner eine Prozesskammer umfassen, in der eine bewegliche Pulverauftragsvorrichtung angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, eine Pulverschicht auf einen Träger aufzubringen. Darüber hinaus kann die Anlage eine Bestrahlungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine auf den Träger aufgebrachte Pulverschicht selektiv mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, insbesondere Laserstrahlung zu beaufschlagen.A plant for producing a three-dimensional workpiece using a generative layer construction method comprises at least one powder conveying system described above. The system can further comprise a process chamber in which a movable powder application device is arranged, which is set up to apply a layer of powder to a carrier. In addition, the system can comprise an irradiation unit which is set up to selectively apply an electromagnetic layer to a powder layer applied to the carrier Radiation or particle radiation, especially laser radiation.

Die Anlage kann ferner ein Auspacksystem zu Entnahme des dreidimensionalen Werkstücks aus der Prozesskammer der Anlage umfassen. Das erste Ende der Förderleitung des Pulverfördersystems kann mit einem Pulverauslass des Auspacksystems verbunden sein. Das zweite Ende der Förderleitung des Pulverfördersystems kann dagegen mit einem Gaseinlass des Auspacksystems verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Pulverfördersystem jedoch auch an anderen Stellen der Anlage, an denen Pulver gefördert werden muss, zum Einsatz kommen.The system can further comprise an unpacking system for removing the three-dimensional workpiece from the process chamber of the system. The first end of the delivery line of the powder delivery system can be connected to a powder outlet of the unpacking system. The second end of the delivery line of the powder delivery system, however, can be connected to a gas inlet of the unpacking system. As an alternative or in addition to this, however, the powder conveying system can also be used at other points in the system where powder has to be conveyed.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Figur näher beschrieben, wobei:

  • 1 eine mit einem Pulverfördersystem ausgestattete Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens zeigt.
The invention is described in more detail below with reference to the attached schematic figure, in which:
  • 1 shows a system equipped with a powder conveying system for producing a three-dimensional workpiece using a generative layer construction method.

Eine in 1 gezeigte Anlage 100 umfasst eine Werkstückerzeugungssektion 102, die mit einer Prozesskammer 12 ausgestattet ist. Eine in der Prozesskammer 12 angeordnete Pulverauftragsvorrichtung 14 dient dazu, ein in der Prozesskammer 12 zu verarbeitendes Rohstoffpulver auf einen Träger 16 aufzubringen. Die Prozesskammer 12 ist gegenüber der Umgebungsatmosphäre abdichtbar. Der Träger 16 ist in vertikaler Richtung verschiebbar, so dass der Träger 16 mit zunehmender Bauhöhe eines schichtweise auf dem Träger 16 aufgebauten Werkstücks 18 schrittweise in der vertikalen Richtung nach unten in eine Baukammer 20 bewegt werden kann.One in 1 shown plant 100 includes a workpiece creation section 102 with a process chamber 12 Is provided. One in the process chamber 12 arranged powder application device 14 serves one in the process chamber 12 Raw material powder to be processed on a carrier 16 applied. The process chamber 12 is sealable against the surrounding atmosphere. The carrier 16 can be moved in the vertical direction so that the carrier 16 with increasing overall height one in layers on the carrier 16 assembled workpiece 18 gradually in the vertical direction down into a building chamber 20 can be moved.

Darüber hinaus umfasst die Anlage 100 eine Bestrahlungseinheit 22, die dazu eingerichtet ist, eine auf den Träger 16 aufgebrachte Pulverschicht ortsselektiv mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, insbesondere Laserstrahlung zu beaufschlagen. Eine Strahlungsquelle der Bestrahlungseinheit 22, die beispielsweise in Form eines diodengepumpten Ytterbium-Faserlasers ausgebildet sein kann, emittiert Laserlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 1070 sind 1080 nm. Die Bestrahlungseinrichtung 22 umfasst ferner eine optische Einheit zum Lenken und Verarbeiten des von der Strahlungsquelle emittierten Bestrahlungsstrahls. Insbesondere kann die optische Einheit einen Strahlaufweiter zum Aufweiten des Bestrahlungsstrahls, eine Scaneinheit und eine Objektivlinse umfassen. Alternativ dazu kann die optische Einheit einen Strahlaufweiter mit einer Fokussieroptik und einer Scaneinheit umfassen. Mithilfe der Scaneinheit kann die Fokusposition des Bestrahlungsstrahls sowohl in Richtung des Strahlengangs des Bestrahlungsstrahls als auch in einer zu dem Strahlengang senkrechten Ebene verändert und angepasst werden. Die Scaneinheit kann beispielsweise in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet sein und die Objektivlinse kann eine f-theta Objektivlinse sein.The facility also includes 100 an irradiation unit 22 that is set up one on the carrier 16 to apply applied powder layer in a location-selective manner with electromagnetic radiation or particle radiation, in particular laser radiation. A radiation source of the radiation unit 22 which can be in the form of a diode-pumped ytterbium fiber laser, for example, emits laser light with a wavelength of approximately 1070 and 1080 nm. The irradiation device 22 further comprises an optical unit for directing and processing the radiation beam emitted by the radiation source. In particular, the optical unit can comprise a beam expander for expanding the radiation beam, a scanning unit and an objective lens. As an alternative to this, the optical unit can comprise a beam expander with focusing optics and a scanning unit. With the aid of the scanning unit, the focus position of the radiation beam can be changed and adapted both in the direction of the beam path of the radiation beam and in a plane perpendicular to the beam path. The scanning unit can, for example, be in the form of a galvanometer scanner and the objective lens can be an f-theta objective lens.

Im Betrieb der Anlage 100 erfolgt ein schichtweiser Aufbau des dreidimensionalen Werkstücks 18, indem nacheinander mithilfe der Pulverauftragsvorrichtung 14 auf den Träger 16 aufgebrachte Rohstoffpulverschichten ortselektiv mit dem Bestrahlungsstrahl bestrahlt und dadurch verfestigt werden. Die Steuerung des Bestrahlungsstrahls über die Rohstoffpulverschichten kann beispielsweise anhand von CAD Daten des zu erzeugenden Werkstücks 18 erfolgen. Nach der Bestrahlung und folglich ortsselektiven Verfestigung einer jeden Rohstoffpulverschicht wird der Träger 16 um eine der Schichtdicke entsprechende Strecke in vertikaler Richtung nach unten in die Baukammer 20 abgesenkt. Schließlich ist das fertige Werkstück 18 vollständig in der Baukammer 20 aufgenommen. Das Werkstück 18 ist dabei in Rohstoffpulver 24 eingebettet, welches während des Bauprozesses auf den Träger 16 aufgebrachte, aber nicht bestrahlt wurde.In operation of the plant 100 the three-dimensional workpiece is built up in layers 18 by using the powder application device one after the other 14 on the carrier 16 applied raw material powder layers are irradiated locally with the radiation beam and thereby solidified. The radiation beam can be controlled via the raw material powder layers, for example on the basis of CAD data of the workpiece to be produced 18 respectively. After the irradiation and consequently location-selective solidification of each raw material powder layer, the carrier becomes 16 by a distance corresponding to the layer thickness in the vertical direction down into the building chamber 20 lowered. Finally, the finished workpiece 18 completely in the building chamber 20 added. The workpiece 18 is in raw material powder 24 embedded, which during the construction process on the carrier 16 applied but not irradiated.

Nach Beendigung des Bauprozesses in der Werkstückerzeugungssektion 102 der Anlage 100 wird die Baukammer 20 mit dem darin aufgenommenen Werkstück 18 mithilfe eines Deckels (nicht gezeigt) abgedichtet. Anschließend wird eine den Träger 16 mit dem darauf aufgebauten Werkstück 18 sowie die Baukammer 20 umfassende Baukammeranordnung 26 aus einer zu der Prozesskammer 12 benachbarten Betriebsposition in der Werkstückerzeugungssektion 102 in eine Austauschposition in einer Baukammeraustauschsektion 104 der Anlage 100 transferiert. Sobald die Baukammeranordnung 26 in die Baukammeraustauschsektion 104 transferiert worden ist, können ein Austauschträger und eine Austauschbaukammer (nicht gezeigt) in der Werkstückerzeugungssektion 102 installiert werden, so dass ein neuer Bauprozess gestartet werden kann.After completion of the construction process in the workpiece production section 102 the plant 100 becomes the building chamber 20 with the workpiece contained in it 18 sealed using a lid (not shown). Then one becomes the carrier 16 with the workpiece built on it 18 as well as the building chamber 20 comprehensive construction chamber arrangement 26 from one to the process chamber 12 adjacent operating position in the workpiece generation section 102 in an exchange position in a construction chamber exchange section 104 the plant 100 transferred. Once the build chamber arrangement 26 in the building chamber exchange section 104 An exchange carrier and an exchange build chamber (not shown) can be transferred in the workpiece production section 102 be installed so that a new building process can be started.

Aus der Austauschposition in einer Baukammeraustauschsektion 104 wird die Baukammeranordnung 26 weiter in ein in der 1 lediglich schematisch dargestelltes Auspacksystem 106 transferiert. In dem Auspacksystem 106 wird die Baukammeranordnung 26 auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt. Schließlich wird in dem Auspacksystem 106 das Werkstück 18 aus der Baukammer 20 entnommen. Das Auspacksystem 106 kann beispielsweise in Form eines in der EP 3 167 984 B1 beschriebenen Auspacksystems ausgebildet sein. Das in der Baukammer 20 enthaltene Rohstoffpulver 24, in das das Werkstück 18 bis zu seiner Entnahme aus der Baukammer 20 eingebettet ist, wird mithilfe eines Pulverfördersystems 30 aus der Baukammer 20 und schließlich dem Auspacksystem 106 abgeführt.From the exchange position in a construction chamber exchange section 104 becomes the building chamber arrangement 26 further into one in the 1 only schematically shown unpacking system 106 transferred. In the unpacking system 106 becomes the building chamber arrangement 26 cooled to a desired temperature. Finally, in the unpacking system 106 the workpiece 18 from the building chamber 20 taken. The unpacking system 106 can for example in the form of a EP 3 167 984 B1 Unpacking system described be formed. That in the building chamber 20 contained raw material powder 24 into which the workpiece 18 until it is removed from the building chamber 20 is embedded using a powder feed system 30 from the building chamber 20 and finally the unpacking system 106 dissipated.

Das Pulverfördersystem 30 umfasst eine Förderleitung 32, deren erstes Ende mit einem Pulverauslass 34 des Auspacksystems 106 verbunden ist. Ein zweites Ende der Förderleitung 32 ist dagegen mit einem Gaseinlass 36 des Auspacksystems 106 verbunden. Der Pulverauslass 34 des Auspacksystems 106 kann direkt in der in dem Auspacksystem 106 aufgenommenen Baukammer 20 ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Pulverauslass 34 des Auspacksystems 106 mit einem separat ausgebildeten Pulverauslass der Baukammer 20 in Verbindung steht. In ähnlicher Weise kann der Gaseinlass 36 des Auspacksystems 106 direkt in der in dem Auspacksystem 106 aufgenommenen Baukammer ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Gaseinlass 36 des Auspacksystems 106 mit einem separat ausgebildeten Gaseinlass der Baukammer 20 in Verbindung steht. The powder conveyor system 30 includes a conveyor line 32 , the first end with a powder outlet 34 the unpacking system 106 connected is. A second end of the delivery line 32 is against it with a gas inlet 36 the unpacking system 106 connected. The powder outlet 34 the unpacking system 106 can directly in the in the unpacking system 106 recorded building chamber 20 be trained. However, it is also conceivable that the powder outlet 34 the unpacking system 106 with a separately designed powder outlet from the building chamber 20 communicates. Similarly, the gas inlet 36 the unpacking system 106 directly in the in the unpacking system 106 recorded construction chamber be formed. However, it is also conceivable that the gas inlet 36 the unpacking system 106 with a separate gas inlet in the building chamber 20 communicates.

Wesentlich ist lediglich, dass über den Pulverauslass 34 ein Pulver/Trägergas-Gemisch aus dem Auspacksystem 106 in die Förderleitung 32 des Pulverfördersystems 30 geleitet werden kann, während über den Gaseinlass 36 des Auspacksystems 106 im Wesentlichen pulverfreies Trägergas aus der Förderleitung 32 des Pulverfördersystems 30 in das Auspacksystem 106 zurückgeleitet werden kann. Bei dem Trägergas handelt es sich vorzugsweise um ein Inertgas, wie zu Beispiel Argon oder Stickstoff, das unerwünschte (Oxidations)reaktionen des Rohstoffpulvers 24 verhindert.The only essential thing is that through the powder outlet 34 a powder / carrier gas mixture from the unpacking system 106 into the delivery line 32 of the powder conveyor system 30 can be directed while via the gas inlet 36 the unpacking system 106 essentially powder-free carrier gas from the delivery line 32 of the powder conveyor system 30 into the unpacking system 106 can be returned. The carrier gas is preferably an inert gas, such as argon or nitrogen, which undesired (oxidation) reactions of the raw material powder 24 prevented.

In der Förderleitung 32 ist eine Fördereinrichtung 38 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, in einem stromaufwärts der Fördereinrichtung 38 angeordneten ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 einen ersten Druck P1 zu erzeugen, der geringer ist als ein zweiter Druck P2 in einem stromabwärts der Fördereinrichtung 38 angeordneten zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32. Der erste Druck P1 ist ein unterhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender negativer Druck, der aus dem Strömungswiderstand des durch den ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 geförderten pulverhaltigen Mediums, und/oder Strömungsverlusten resultieren. Das durch den ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 geförderten pulverhaltige Medium wird hier durch das Gemisch aus dem aus dem Auspacksystem 106 abgeführten Rohstoffpulver 24 und dem Trägergas gebildet. Mit zunehmender Förderweite und zunehmendem Pulvermassenstrom nehmen die Verluste durch die pneumatischen Widerstände zu. D.h., je mehr Pulver 24 durch den ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 gefördert wird, desto geringer, d.h. desto negativer ist der erste Druck P1 in dem ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32.In the delivery line 32 is a funding agency 38 arranged, which is arranged in an upstream of the conveyor 38 arranged first section 32a the delivery line 32 a first print P1 generate less than a second pressure P2 in a downstream of the conveyor 38 arranged second section 32b the delivery line 32 , The first print P1 is a negative pressure below atmospheric pressure at sea level, which results from the flow resistance through the first section 32a the delivery line 32 conveyed powder-containing medium, and / or flow losses result. That through the first section 32a the delivery line 32 conveyed powder-containing medium is here through the mixture from the unpacking system 106 removed raw material powder 24 and the carrier gas. With increasing delivery range and increasing powder mass flow, the losses due to the pneumatic resistances increase. Ie, the more powder 24 through the first section 32a the delivery line 32 is promoted, the lower, ie the more negative the first pressure P1 in the first section 32a the delivery line 32 ,

Der zweite Druck P2 in dem zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32 ist dagegen ein oberhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender positiver Druck, der unmittelbar mit dem ersten Druck P1 in dem ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 zusammenhängt. Insbesondere ist der positive zweite Druck P2 in dem zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32 umso höher, je geringer, d.h. jeden negativer der erste Druck P1 in dem ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 ist.The second print P2 in the second section 32b the delivery line 32 is, on the other hand, a positive pressure that is above atmospheric pressure at sea level, and that immediately corresponds to the first pressure P1 in the first section 32a the delivery line 32 related. In particular, the positive second pressure P2 in the second section 32b the delivery line 32 the higher, the lower, ie every negative the first pressure P1 in the first section 32a the delivery line 32 is.

Die Fördereinrichtung 38 umfasst einen in der Förderleitung 32 angeordneten Vakuumförderer 40, der hier in Form eines Zyklons ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die Fördereinrichtung 38 einen stromabwärts des Vakuumförderers 40 in der Förderleitung 32 angeordneten Vakuumerzeuger 42. Der Vakuumerzeuger 42 kann beispielsweise in Form einer Pumpe oder eines Gebläses ausgebildet sein. Beim Durchströmen des Vakuumförderers 40 wird das Pulver/Trägergas-Gemisch getrennt, d.h. das in dem Gemisch enthaltene Rohstoffpulver 24 wird aus dem Trägergasstrom abgeschieden. Ein Speicherbehälter 43 dient dazu, das mittels der Fördereinrichtung 38 durch den ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 gefördertes Pulver 24 aufzunehmen. Der Speicherbehälter 43 ist mit dem Vakuumförderer 40 verbunden, so dass das mittels des Vakuumförderers 40 aus dem Trägergasstrom abgeschiedene Pulver 24 unmittelbar in den Speicherbehälter 43 geleitet werden kann.The conveyor 38 includes one in the delivery line 32 arranged vacuum conveyor 40 , which is designed here in the form of a cyclone. In addition, the funding facility includes 38 one downstream of the vacuum conveyor 40 in the delivery line 32 arranged vacuum generator 42 , The vacuum generator 42 can be designed, for example, in the form of a pump or a blower. When flowing through the vacuum conveyor 40 the powder / carrier gas mixture is separated, ie the raw material powder contained in the mixture 24 is separated from the carrier gas stream. A storage container 43 serves that by means of the conveyor 38 through the first section 32a the delivery line 32 extracted powder 24 take. The storage container 43 is with the vacuum conveyor 40 connected so that by means of the vacuum conveyor 40 powder separated from the carrier gas stream 24 directly into the storage container 43 can be directed.

Dementsprechend wird die Förderleitung 32 zumindest in ihrem stromaufwärts der Fördereinrichtung 38 angeordneten ersten Abschnitt 32a von dem aus dem Auspacksystem 26 abgeführten Pulver/Trägergas-Gemisch durchströmt. Zumindest in ihrem stromabwärts der Fördereinrichtung 38 angeordneten zweiten Abschnitt 32b wird die Förderleitung 32 dagegen von im Wesentlichen pulverfreiem Trägergas durchströmt. Accordingly, the delivery line 32 at least in their upstream of the conveyor 38 arranged first section 32a from which from the unpacking system 26 flows through discharged powder / carrier gas mixture. At least in their downstream of the conveyor 38 arranged second section 32b becomes the delivery line 32 on the other hand, essentially powder-free carrier gas flows through it.

Dieses Trägergas wird über den Gaseinlass 36 des Auspacksystems 106 in das Auspacksystem 106 zurückgeführt.This carrier gas is through the gas inlet 36 the unpacking system 106 into the unpacking system 106 recycled.

Ferner umfasst das Pulverfördersystem 30 einen stromabwärts der Fördereinrichtung 38 in dem zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32 angeordneten Ausgleichsbehälter 44. Der Ausgleichsbehälter 44 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil eines den zweiten Abschnitt 32a der Förderleitung 32 durchströmenden Mediums aufzunehmen, so dass sich in einem stromabwärts des Ausgleichsbehälters 44 angeordneten dritten Abschnitt 32c der Förderleitung 32 ein dritter Druck P3 einstellt, der geringer ist als der zweite Druck P2 in dem zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32. Im Betrieb des Pulverfördersystems 30 wird somit ein Teil des den zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32 durchströmenden im Wesentlichen pulverfreien Trägergases aus der Förderleitung 32 in den Ausgleichsbehälter 44 abgeleitet. Der stromaufwärts des Ausgleichsbehälters 44 angeordnete dritte Abschnitt 32c der Förderleitung 32 wird von dem Teil des im wesentlichen pulverfreien Trägergases durchströmt, der nicht in den Ausgleichsbehälter 40 abgezweigt wird.The powder conveying system also includes 30 one downstream of the conveyor 38 in the second section 32b the delivery line 32 arranged expansion tank 44 , The expansion tank 44 is set up to at least a part of the second section 32a the delivery line 32 through flowing medium so that it is in a downstream of the expansion tank 44 arranged third section 32c the delivery line 32 a third print P3 that is less than the second pressure P2 in the second section 32b the delivery line 32 , In the operation of the powder conveyor system 30 thus becomes part of the second section 32b the delivery line 32 flowing through essentially powder-free carrier gas from the delivery line 32 in the expansion tank 44 derived. The upstream of the expansion tank 44 arranged third section 32c the delivery line 32 is flowed through by the part of the substantially powder-free carrier gas that is not in the expansion tank 40 is branched off.

Der dritte Druck P3, der im Betrieb der Fördereinrichtung 30 mithilfe des Ausgleichsbehälters 44 im dritten Abschnitt 32c der Förderleitung 32 eingestellt wird, ist, ebenso wie der zweite Druck P2, ein oberhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender positiver Druck und damit höher als der (negative) erste Druck P1 in dem ersten Abschnitt 32a der Förderleitung 32. Der dritte Druck P3 ist jedoch geringer als der zweite Druck P2, so dass der Ausgleichsbehälter 44 verhindert, dass das mit dem dritten Abschnitt 32c der Förderleitung 32 verbundene und in den Gaseinlass 36 des Auspacksystems 106 mündende zweite Ende der Förderleitung 32 dem hohen positiven zweiten Druck P2 ausgesetzt ist.The third print P3 who is in operation of the conveyor 30 using the expansion tank 44 in the third section 32c the delivery line 32 is set, as is the second pressure P2 , a positive pressure above atmospheric pressure at sea level and therefore higher than the (negative) first pressure P1 in the first section 32a the delivery line 32 , The third print P3 however, is less than the second pressure P2 so that the expansion tank 44 prevents that from the third section 32c the delivery line 32 connected and in the gas inlet 36 the unpacking system 106 mouth of the second end of the delivery line 32 the high positive second pressure P2 is exposed.

In dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines Pulverfördersystems 30 ist hat der Ausgleichsbehälter 44 ein variables Aufnahmevolumen. Dadurch kann im Betrieb des Pulverfördersystems 30, je nach Bedarf, ein kleinerer oder ein größerer Anteil des den zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32 durchströmenden Gasstroms in den Ausgleichsbehälter 44 abgeleitet werden, um in dem dritten Abschnitt 32c der Förderleitung 32 einen gewünschten verringerten dritten Druck P3 ei nzustellen.In the exemplary embodiment of a powder conveying system illustrated here 30 is the expansion tank 44 a variable recording volume. This can result in the operation of the powder conveyor system 30 Depending on your needs, a smaller or a larger proportion of the second section 32b the delivery line 32 flowing gas flow into the expansion tank 44 to be derived in the third section 32c the delivery line 32 a desired reduced third pressure P3 to set.

Der Ausgleichsbehälter 44 kann beispielsweise zumindest abschnittsweise aus einem flexiblen, dehnbaren Material bestehen. Beispielsweise kann der Ausgleichsbehälter 44 zumindest abschnittsweise aus einem elastischen (Gummi)material bestehen, wobei die Dehnungseigenschaften des Materials des Ausgleichsbehälters 44 in Abhängigkeit der gewünschten Druckausgleichseigenschaften des Ausgleichsbehälters 44 gewählt sein können. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Ausgleichsbehälter 44, wie in 1 gezeigt, einen Faltenbalg 46 umfassen.The expansion tank 44 can for example consist of a flexible, stretchable material at least in sections. For example, the expansion tank 44 consist at least in sections of an elastic (rubber) material, the expansion properties of the material of the expansion tank 44 depending on the desired pressure compensation properties of the expansion tank 44 can be chosen. Additionally or alternatively, the expansion tank can 44 , as in 1 shown a bellows 46 include.

Schließlich umfasst das Pulverfördersystem 30 ein Steuerventil 48, das dazu eingerichtet ist, die Zufuhr eines den zweiten Abschnitt 32b der Förderleitung 32 durchströmenden Mediums in den Ausgleichsbehälter 44 derart zu steuern, dass sich der dritte Druck P3 in dem dritten Abschnitt 32c der Förderleitung einem gewünschten Sollwert annähert. Das Steuerventil 48 hat einen variabel verstellbaren Strömungsquerschnitt und kann beispielsweise in Form eines Quetschventils oder in Form eines proportional geregelten Scheibenventils ausgebildet sein. Dementsprechend kann in gesteuerter Weise umso mehr Trägergas in den Ausgleichsbehälter 44 geleitet werden, je geringer der Strömungsquerschnitt des Steuerventils 48 eingestellt wird. Mithilfe des Steuerventils 48 ist folglich eine Anpassung des dritten Drucks P3 in dem dritten Abschnitt 32c der Förderleitung 32 an einen gewünschten Sollwert möglich. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eines Pulverfördersystems 30 wird der dritte Druck P3 mit Hilfe des Steuerventils 48 so gesteuert, dass er einem in dem Auspacksystem 106 vorherrschenden Druck entspricht.Finally, the powder delivery system includes 30 a control valve 48 which is set up to feed the second section 32b the delivery line 32 flowing medium into the expansion tank 44 to control such that the third pressure P3 in the third section 32c the delivery line approaches a desired setpoint. The control valve 48 has a variably adjustable flow cross-section and can be designed, for example, in the form of a pinch valve or in the form of a proportionally regulated disc valve. Accordingly, the more carrier gas can enter the expansion tank in a controlled manner 44 are directed, the smaller the flow cross section of the control valve 48 is set. Using the control valve 48 is therefore an adjustment of the third pressure P3 in the third section 32c the delivery line 32 to a desired setpoint. In the exemplary embodiment of a powder conveying system shown here 30 becomes the third print P3 with the help of the control valve 48 controlled so that one in the unpacking system 106 prevailing pressure.

Grundsätzlich ist es denkbar, das Steuerventil 32 im Bereich eines Einlasses des Ausgleichsbehälters 44 anzuordnen. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eines Pulverfördersystems 30 ist das Steuerventil 32 jedoch stromabwärts des Ausgleichsbehälters 44 in dem dritten Abschnitt 32c der Förderleitung 32 angeordnet.In principle, it is conceivable for the control valve 32 in the area of an inlet of the expansion tank 44 to arrange. In the exemplary embodiment of a powder conveying system shown here 30 is the control valve 32 however, downstream of the expansion tank 44 in the third section 32c the delivery line 32 arranged.

Der Vakuumförderer 40 und der Vakuumerzeuger 42 sind durch einen vierten Abschnitt 32d der Förderleitung 32 miteinander verbunden. In dem vierten Abschnitt 32d der Förderleitung 32 stellt sich im Betrieb des Pulverfördersystems 30 ein vierter Druck P4 ein. Der vierte Druck P4 ist etwas höher, d.h. etwas weniger negativ als der erste Druck P1, da der vierte Abschnitt 32d der Förderleitung 32 bereits von im Wesentlichen pulverfreiem Trägergas durchströmt wird.The vacuum conveyor 40 and the vacuum generator 42 are through a fourth section 32d the delivery line 32 connected with each other. In the fourth section 32d the delivery line 32 arises in the operation of the powder conveyor system 30 a fourth print P4 on. The fourth print P4 is slightly higher, ie slightly less negative than the first pressure P1 because the fourth section 32d the delivery line 32 Substantially powder-free carrier gas is already flowing through.

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  • EP 3165303 B1 [0004]EP 3165303 B1 [0004]
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Claims (14)

Pulverfördersystem (30) zum Einsatz in einer Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks (18) mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei das Pulverfördersystem (30) umfasst: - eine Förderleitung (32), - eine in der Förderleitung (32) angeordnete Fördereinrichtung (38), die dazu eingerichtet ist, in einem stromaufwärts der Fördereinrichtung (38) angeordneten ersten Abschnitt (32a) der Förderleitung (32) einen ersten Druck (P1) zu erzeugen, der geringer ist als ein zweiter Druck (P2) in einem stromabwärts der Fördereinrichtung (38) angeordneten zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32), - einen stromabwärts der Fördereinrichtung (38) in dem zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32) angeordneten Ausgleichsbehälter (44), wobei der Ausgleichsbehälter (44) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil eines den zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32) durchströmenden Mediums aufzunehmen, so dass sich in einem stromabwärts des Ausgleichsbehälters (44) angeordneten dritten Abschnitt (32c) der Förderleitung (32) ein dritter Druck (P3) einstellt, der geringer ist als der zweite Druck (P2) in dem zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32), und. - ein Steuerventil (48), das dazu eingerichtet ist, die Zufuhr eines den zweiten Abschnitt (32b) der Förderleitung (32) durchströmenden Mediums in den Ausgleichsbehälter (44) derart zu steuern, dass sich der dritte Druck (P3) in dem dritten Abschnitt (32c) der Förderleitung (32) einem gewünschten Sollwert annähert.Powder conveyor system (30) for use in a system (100) for producing a three-dimensional workpiece (18) using a generative layer construction method, the powder conveyor system (30) comprising: - a delivery line (32), - A conveying device (38) arranged in the conveying line (32), which is set up to generate a first pressure (P1) which is lower in a first section (32a) of the conveying line (32) arranged upstream of the conveying device (38) as a second pressure (P2) in a second section (32b) of the delivery line (32) arranged downstream of the delivery device (38), - an expansion tank (44) arranged downstream of the delivery device (38) in the second section (32b) of the delivery line (32), the expansion tank (44) being set up to at least a part of the second section (32b) of the delivery line (32 ) flowing through medium, so that a third pressure (P3) is set in a third section (32c) of the delivery line (32) arranged downstream of the expansion tank (44), which pressure is lower than the second pressure (P2) in the second section ( 32b) the delivery line (32), and. - A control valve (48) which is set up to control the supply of a medium flowing through the second section (32b) of the delivery line (32) into the expansion tank (44) such that the third pressure (P3) is in the third section (32c) the delivery line (32) approximates a desired setpoint. Pulverfördersystem (30) nach Anspruch 1, wobei der dritte Druck (P3) in dem dritten Abschnitt (32c) der Förderleitung (32) höher ist als der erste Druck (P1) in dem ersten Abschnitt (32a) der Förderleitung (32).Powder conveyor system (30) Claim 1 , wherein the third pressure (P3) in the third section (32c) of the delivery line (32) is higher than the first pressure (P1) in the first section (32a) of the delivery line (32). Pulverfördersystem (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei - der erste Druck (P1) ein unterhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender negativer Druck ist und/oder - der zweite Druck (P2) ein oberhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender positiver Druck ist und/oder - der dritte Druck (P3) ein oberhalb des Atmosphärendrucks auf Meereshöhe liegender positiver Druck ist.Powder conveyor system (30) Claim 1 or 2 , wherein - the first pressure (P1) is a negative pressure lying below atmospheric pressure at sea level and / or - the second pressure (P2) is a positive pressure lying above atmospheric pressure at sea level and / or - the third pressure (P3) is a is positive pressure above atmospheric pressure at sea level. Pulverfördersystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ausgleichsbehälter (44) ein Ausgleichsbehälter (44) mit einem variablen Aufnahmevolumen ist.Powder conveyor system (30) according to one of the Claims 1 to 3 , wherein the surge tank (44) is a surge tank (44) with a variable receiving volume. Pulverfördersystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgleichsbehälter (44) zumindest abschnittsweise aus einem flexiblen, dehnbaren Material besteht und/oder einen Faltenbalg (46) umfassen.Powder conveyor system (30) according to one of the Claims 1 to 4 wherein the expansion tank (44) consists at least in sections of a flexible, stretchable material and / or comprise a bellows (46). Pulverfördersystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Steuerventil (48) stromabwärts des Ausgleichsbehälters (44) in dem dritten Abschnitt (32c) der Förderleitung (32) angeordnet ist.Powder conveyor system (30) according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the control valve (48) is arranged downstream of the expansion tank (44) in the third section (32c) of the delivery line (32). Pulverfördersystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Steuerventil (48) in Form eines Quetschventils oder in Form eines proportional geregelten Scheibenventils ausgebildet ist.Powder conveyor system (30) according to one of the Claims 1 to 6 , wherein the control valve (48) is designed in the form of a pinch valve or in the form of a proportionally regulated disc valve. Pulverfördersystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Förderleitung (32) zumindest in ihrem stromaufwärts der Fördereinrichtung (38) angeordneten ersten Abschnitt (32a) von einem Pulver/Trägergas-Gemisch durchströmbar ist und/oder wobei die Förderleitung (32) zumindest in ihrem stromabwärts der Fördereinrichtung (38) angeordneten zweiten Abschnitt (32b) von im Wesentlichen pulverfreiem Trägergas durchströmbar ist und/oder wobei die Förderleitung (32) zumindest in ihrem stromabwärts des Ausgleichsbehälters (44) angeordneten dritten Abschnitt (32c) von im Wesentlichen pulverfreiem Trägergas durchströmbar ist.Powder conveyor system (30) according to one of the Claims 1 to 7 wherein a powder / carrier gas mixture can flow through the delivery line (32) at least in its first section (32a) arranged upstream of the delivery device (38) and / or wherein the delivery line (32) is arranged at least in its downstream direction of the delivery device (38) essentially powder-free carrier gas can flow through the second section (32b) and / or wherein essentially powder-free carrier gas can flow through the delivery line (32) at least in its third section (32c) arranged downstream of the expansion tank (44). Pulverfördersystem (30) nach Anspruch 8, wobei das Trägergas ein Inertgas ist.Powder conveyor system (30) Claim 8 , wherein the carrier gas is an inert gas. Pulverfördersystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fördereinrichtung (38) einen in der Förderleitung (32) angeordneten Vakuumförderer (40) sowie einen stromabwärts des Vakuumförderers (40) in der Förderleitung (32) angeordneten Vakuumerzeuger (42) umfasst.Powder conveyor system (30) according to one of the Claims 1 to 9 The conveyor device (38) comprises a vacuum conveyor (40) arranged in the conveyor line (32) and a vacuum generator (42) arranged downstream of the vacuum conveyor (40) in the conveyor line (32). Pulverfördersystem (30) nach Anspruch 10, wobei das Pulverfördersystem (30) ferner einen mit dem Vakuumförderer (40) verbundenen Speicherbehälter (43) umfasst, der dazu eingerichtet ist, mittels der Fördereinrichtung (38) durch den ersten Abschnitt (32a) der Förderleitung (32) gefördertes Pulver (24) aufzunehmen.Powder conveyor system (30) Claim 10 , wherein the powder conveying system (30) further comprises a storage container (43) connected to the vacuum conveyor (40), which is set up to convey powder (24) conveyed by the conveying device (38) through the first section (32a) of the conveying line (32) take. Pulverfördersystem (30) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Vakuumförderer (40) und der Vakuumerzeuger (42) durch einen vierten Abschnitt (32d) der Förderleitung (32) miteinander verbunden sind, in dem sich ein vierter Druck (P4) einstellt.Powder conveyor system (30) Claim 10 or 11 , wherein the vacuum conveyor (40) and the vacuum generator (42) are connected to one another by a fourth section (32d) of the delivery line (32), in which a fourth pressure (P4) is established. Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks (18) mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens, die mindestens ein Pulverfördersystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.System (100) for producing a three-dimensional workpiece (18) using a generative layer construction method, the at least one powder conveyor system (30) according to one of the Claims 1 to 12 includes. Anlage (100) nach Anspruch 13, wobei die Anlage (100) ein Auspacksystem (106) zur Entnahme des dreidimensionalen Werkstücks (18) aus einer Prozesskammer (12) der Anlage (100) umfasst, wobei ein erstes Ende der Förderleitung (32) mit einem Pulverauslass (34) des Auspacksystems (106) verbunden ist und/oder wobei ein zweites Ende der Förderleitung (32) mit einem Gaseinlass (36) des Auspacksystems (106) verbunden ist.Appendix (100) to Claim 13 , wherein the system (100) an unpacking system (106) for Removing the three-dimensional workpiece (18) from a process chamber (12) of the system (100), wherein a first end of the delivery line (32) is connected to a powder outlet (34) of the unpacking system (106) and / or a second end of the Delivery line (32) is connected to a gas inlet (36) of the unpacking system (106).
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