DE202021102425U1

DE202021102425U1 - Beschichter und Beschichteraufhängung

Info

Publication number: DE202021102425U1
Application number: DE202021102425.9U
Authority: DE
Original assignee: SLM Solutions Group AG
Current assignee: Nikon SLM Solutions AG
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2031-05-06

Abstract

Beschichtereinheit (200, 300, 400) für eine Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei die Beschichtereinheit (200, 300, 400) umfasst:
einen Beschichter (118, 202, 302, 600), mit dem Pulvermaterial (111, 608) auf einen Träger (112) der Anlage (100) und/oder eine Pulverschicht (110) auf dem Träger (112) auftragbar ist, und
eine Beschichteraufhängung (120a, 120b), die mit dem Beschichter (118, 202, 302, 600) gekoppelt oder verbunden ist, wobei der Beschichter (118, 202, 302, 600) durch die Beschichteraufhängung (120a, 120b) über den Träger (112) und/oder die Pulverschicht (110) verfahrbar ist, und
wobei mindestens ein Teil der Beschichteraufhängung (120a, 120b) als gasdurchströmbare Struktur ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens. Ferner betrifft die Erfindung eine Beschichtereinheit beziehungsweise einen Beschichter für eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens.
Bei generativen Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke und insbesondere bei generativen Schichtbauverfahren ist es bekannt, ein Rohstoffpulver schichtweise auf einen Träger aufzutragen und durch ortsspezifisches Bestrahlen z. B. durch Verschmelzen oder Versintern zu verfestigen, um letztendlich ein Werkstück einer gewünschten Form zu erhalten. Das Bestrahlen kann mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, oder Teilchenstrahlung erfolgen. Ist eine Werkstückschicht verfestigt, wird eine neue Schicht aus unverarbeitetem Rohstoff auf die bereits hergestellte Werkstückschicht aufgebracht. Hierzu können bekannte Beschichteranordnungen oder Pulverauftragsvorrichtungen verwendet werden. Anschließend erfolgt eine erneute Bestrahlung der nun obersten und noch unverarbeiteten Rohstoffpulverschicht. Folglich wird das Werkstück sukzessive Schicht für Schicht aufgebaut, wobei jede Schicht eine Querschnittsfläche und/oder eine Kontur des Werkstücks definiert. In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt, auf CAD- oder vergleichbare Werkstückdaten zurückzugreifen, um die Werkstücke im Wesentlichen automatisch herzustellen.
Bekannte Vorrichtungen zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken finden sich beispielsweise in der EP 2 961 549 A1 und in der EP 2 878 402 A1 . Die in diesen Dokumenten beschriebenen Vorrichtungen umfassen jeweils einen Träger, welcher Schicht für Schicht in vertikale Richtung nach unten abgesenkt werden kann. Eine entsprechende vertikale Bewegung des Trägers findet in diesen bekannten Vorrichtungen immer dann statt, wenn eine Schicht des Rohstoffpulvers vollständig bestrahlt wurde und bevor die nächste Pulverschicht aufgetragen wird. Somit kann gewährleistet werden, dass sich eine Fokalebene der Bestrahlungseinheit immer in der zu verfestigenden Schicht (d.h. in der obersten Schicht) des Rohstoffpulvers befindet. Ferner umfassen diese Vorrichtungen eine mit einem Gaskreislauf verbundene Prozesskammer. Über einen Gaseinlass kann der Prozesskammer ein Gas, insbesondere ein Schutzgas zugeführt werden. Nach dem Durchströmen der Prozesskammer wird das Gas über einen Gasauslass aus der Prozesskammer abgeführt.
Zum Auftragen des Rohstoffpulvers auf den Träger wird üblicherweise eine Pulverauftragsvorrichtung verwendet. Die Pulverauftragsvorrichtung umfasst ein über die Oberfläche des Trägers bewegbares Verteil/-Ausbreitungselement, das über die Oberfläche des Trägers oder eine bereits auf die Oberfläche des Trägers aufgetragene und zumindest teilweise verfestigte Pulverschicht fährt und dabei eine neue Pulverschicht aufträgt. Das Verteilelement kann eine Walze, einen Schieber oder ein anderes Bauteil, das dazu geeignet ist, das Rohstoffpulver auf den Träger aufzutragen und zu verteilen/auszubreiten, umfassen. Das aufzutragende Pulver kann einem Pulverreservoir entnommen werden, das integriert mit dem über die Oberfläche des Trägers bewegbaren Verteil/-Ausbreitungselement der Pulverauftragsvorrichtung ausgebildet ist. Alternativ dazu kann die Pulverauftragsvorrichtung jedoch auch ein ortsfestes Pulverreservoir umfassen, das beispielsweise benachbart zu dem Träger angeordnet ist und von dem das über den Träger bewegbare Verteil/- Ausbreitungselement Pulver entnimmt und über die Oberfläche des Trägers verteilt. Zum Einsatz in einer Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens geeignete Pulverauftragsvorrichtungen sind beispielsweise in der EP 2 818 305 B1 oder der WO 2018/029059 A1 beschrieben.
Bei einer Konfiguration einer Anlage, in der der Beschichter quer, insbesondere senkrecht, zur Gasströmung über dem Träger bzw. dem auf dem Träger vorhandenen Pulverbett verfahren wird, kann beim Verfahren des Beschichters zum Pulverauftrag die Gasströmung in der Prozesskammer gestört werden. Diese Störung der Gasströmung kann insbesondere dadurch entstehen, dass der Beschichter und/oder die Beschichteraufhängung vor einem Gasströmungseinlass (insbesondere einer Gasströmungsdüse) und/oder einem Gasströmungsauslass entlangfahren. Durch die lokale Obstruktion des Gasströmungseinlasses und/oder des Gasströmungsauslasses kann die Gasströmung verwirbelt und/oder umgelenkt werden. Infolgedessen kann sich das Gasströmungsprofil, wenn der Beschichter den Bereich der Bauplattform verlassen hat, wie gewünscht erst nach einiger Zeit, zum Beispiel einigen Sekunden, wieder ausbilden. Für die Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks mittels des generativen Schichtbauverfahrens bedeutet dies, dass mit der Belichtung der Pulvermaterialschicht nicht unmittelbar begonnen werden kann und/oder dass der Belichtungsprozess nicht zeitlich verkürzt werden kann, ohne potentielle Qualitätseinbußen beim hergestellten dreidimensionalen Werkstück in Kauf zu nehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Produktivität von Anlagen zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens zu steigern, wobei die Qualität des Werkstücks durch eine erhöhte Effizienz nicht einbüßen muss.
Diese Aufgabe wird durch eine Beschichtereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Beschichter mit den Merkmalen der Ansprüche 12 bzw. 14 und durch eine Anlage mit den Merkmalen der Ansprüche 19 bzw. 20 gelöst.
Ein gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierter Beschichter bzw. eine gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Beschichtereinheit ermöglicht es, bereits während der Beschichtung mit der Belichtung zu beginnen, oder zumindest nachdem der Beschichter den Bereich der Bauplattform verlassen hat, da die Gasströmung in einer Region der Bauplattform den gewünschten Zustand wieder bzw. schneller erreicht hat. Aufgrund dessen kann die Belichtung der nächsten Schicht ohne Qualitätseinbußen direkt gestartet werden.
Es wird eine Beschichtereinheit für eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens beschrieben, wobei die Beschichtereinheit umfasst: einen Beschichter, mit dem Pulvermaterial auf einen Träger der Anlage und/oder eine Pulverschicht auf dem Träger auftragbar ist, und eine Beschichteraufhängung, die mit dem Beschichter gekoppelt oder verbunden ist, wobei der Beschichter durch die Beschichteraufhängung über den Träger und/oder die Pulverschicht verfahrbar ist, und wobei mindestens ein Teil der Beschichteraufhängung als gasdurchströmbare Struktur ausgebildet ist.
Die Beschichteraufhängung ist demnach derart ausgebildet, dass eine Gasströmung, die über die Bauplattform geführt wird, möglichst wenig beeinflusst wird. Die Gasströmung kann hierbei (fast) ungestört durch den mindestens einen Teil der Beschichteraufhängung strömen. Dies erlaubt es, wie oben beschrieben, bereits während der Beschichtung mit der Belichtung zu beginnen, oder zumindest nachdem der Beschichter den Bereich der Bauplattform verlassen hat, da die Gasströmung in einer Region der Bauplattform den gewünschten Zustand wieder bzw. schneller erreicht hat.
In manchen Beispielen der Beschichtereinheit umfasst die gasdurchströmbare Struktur ein Gitter. Durch das Gitter kann eine Struktur bereitgestellt werden, die die Gasströmung fast gänzlich ungestört lässt, gleichzeitig jedoch die Stabilität der Beschichteraufhängung zum Verfahren des Beschichters über den Träger und/oder die Pulverschicht nicht negativ beeinflusst.
In manchen Beispielen ist mindestens ein Teil des Gitters als Wabenstruktur und/oder als Lamellenstruktur ausgebildet. Diese Strukturen erlauben eine insbesondere geringe Beeinflussung der Beschichtereinheit bzw. der Beschichteraufhängung auf die Gasströmung, bei gleichzeitiger erhöhter Stabilität der Beschichtereinheit bzw. der Beschichteraufhängung.
In manchen Beispielen der Beschichtereinheit ist die Beschichteraufhängung mit dem Beschichter in einem Bereich gekoppelt oder verbunden, wobei die Beschichteraufhängung in dem einen Bereich eine Mehrzahl von Stegen umfasst. Zusätzlich kann die Beschichteraufhängung auch in einem oder mehreren anderen Bereichen mit dem Beschichter gekoppelt oder verbunden sein, wobei die Beschichteraufhängung auch in dem einen oder mehreren anderen Bereichen eine Mehrzahl von Stegen umfasst. Die Ausgestaltungsformen als Stege bzw. zum Teil als Stege erlaubt eine insbesondere kleine Beeinflussung dieser Stege der Beschichteraufhängung auf die Gasströmung innerhalb der Anlage zur Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks.
In manchen Beispielen der Beschichtereinheit liegt ein Verhältnis zwischen a) einer Querschnittsfläche, in einer Schnittebene senkrecht zu einer Gasströmungsrichtung einer Gasströmung in der Anlage, der gasdurchströmbaren Struktur oder der Beschichteraufhängung und b) einer durch eine Außenkontur der Beschichteraufhängung (bzw. durch den Beschichter oder die Beschichtereinheit) begrenzten Fläche in der Schnittebene unterhalb eines vordefinierten Schwellenwertes. Da die Gasströmung innerhalb der Anlage zur Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks in manchen Beispielen (zumindest hauptsächlich) in einer Ebene parallel zum Träger ausgebildet wird, so wird durch diese Ausgestaltungsform der Beschichtereinheit eine Störung der Gasströmung minimiert. In manchen Beispielen ist das Verhältnis kleiner oder gleich 1:1, vorzugsweise kleiner 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:30, 1:40 oder 1:50.
In manchen Beispielen der Beschichtereinheit weist der Beschichter eine längliche Form mit einer relativ langen Achse und einer dazu relativ kurzen Achse senkrecht zur langen Achse auf, wobei die Beschichteraufhängung jeweils an Endbereichen der langen Achse mit dem Beschichter gekoppelt oder verbunden ist, und wobei ein Verhältnis zwischen a) einer Querschnittsfläche der gasdurchströmbaren Struktur oder der Beschichteraufhängung in einer Schnittebene senkrecht zu einer Gasströmungsrichtung einer Gasströmung in der Anlage und b) einer durch eine Außenkontur der Beschichteraufhängung begrenzten Fläche in der Schnittebene unterhalb eines vordefinierten Schwellenwertes liegt. Der Beschichter (der vorzugsweise derart angeordnet ist, dass seine lange Achse parallel oder im Wesentlichen parallel zur Gasströmungsrichtung liegt, insbesondere, wenn der Beschichter verfahren wird) ist dadurch aerodynamisch ausgebildet, wodurch Turbulenzen beim Überströmen der Gasströmung minimiert werden oder gar ausgeschlossen werden können. In manchen Beispielen ist das Verhältnis kleiner oder gleich 1:1, vorzugsweise kleiner 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:30, 1:40 oder 1:50. In manchen Beispielen wird als kurze Achse eine Achse verstanden, welche eine Länge kleiner als die halbe Länge der langen Achse aufweist.
In manchen Beispielen der Beschichtereinheit weist die gasdurchströmbare Struktur des mindestens einen Teils der Beschichteraufhängung zumindest teilweise einen gasströmungsleitenden Querschnitt auf. Dieser gasströmungsleitende Querschnitt umfasst in manchen Beispielen einen elliptischen oder tropfenförmigen Querschnitt. Ein strömungsleitender Querschnitt erlaubt eine weitere Reduzierung von möglichen Turbulenzen der Gasströmung. Insbesondere kann durch einen strömungsleitenden Querschnitt in manchen Beispielen die Gasströmung sogar aktiv beeinflusst werden, um Turbulenzen, die zum Beispiel auch durch andere Merkmale der Anlage hervorgerufen werden können, zu reduzieren. Ein elliptischer oder tropfenförmiger Querschnitt erlaubt hierbei eine besonders effiziente und aerodynamische Leitung der Gasströmung.
In manchen Beispielen können der elliptische oder tropfenförmige Querschnitt der gasdurchströmbaren Struktur (zum Beispiel von Stegen) derart ausgebildet sein, dass bei einer Bewegung der Beschichtereinheit und einer damit einhergehende Anströmung der gasdurchströmbaren Struktur (zum Beispiel der Stege) unter einem Anströmungswinkel keine (oder minimale) Verwirbelungen entstehen, die zum Beispiel bei einer schrägen Anströmung einer zum Beispiel scharfkantigen Struktur (zum Beispiel Stege oder Blech) entstehen würden. Alternativ kann die gasdurchströmbare Struktur, in Form beispielsweise von Stegen, einen runden Querschnitt aufweisen (zum Beispiel in Form von „Drähten““), wobei in manchen Beispielen eine mechanische Steifigkeit erreicht werden kann, indem mehrere solcher Stege verwendet werden. Diese Stege können in manchen Beispielen in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sein (zum Beispiel vertikal und diagonal).
In manchen Beispielen wird die Gasströmung nicht geleitet, sondern möglichst wenig beeinflusst, indem zum Beispiel die Beschichteraufhängung unempfindlich gegenüber schräger Anströmung bei Bewegung der Beschichtereinheit ist (z.B. durch eine tropfenförmige bzw. aerodynamische Kontur trotz schräger Anströmung) und/oder die Beschichteraufhängung in Richtung der (je nach Verfahrrichtung) resultierenden relativen Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
In manchen Beispielen der Beschichtereinheit umfasst die Beschichteraufhängung einen oder mehrere gasströmungsleitende Abschnitte, wobei der eine oder die mehreren gasströmungsleitenden Abschnitte derart ausgebildet sind, dass eine Gasströmung innerhalb der Anlage in Abhängigkeit einer Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit unterschiedlich ablenkbar ist. Dadurch kann unabhängig von der Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit eine Beeinflussung der Gasströmung reduziert werden.
In manchen Beispielen der Beschichtereinheit sind der eine oder die mehreren gasströmungsleitenden Abschnitte der Beschichteraufhängung zur Steuerung einer Richtung der Gasströmung verstellbar. Die Unabhängigkeit einer Beeinflussung der Gasströmung von der Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit kann dadurch erhöht werden, sodass insbesondere Turbulenzen der Gasströmung weiter unabhängig von der Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit reduziert werden können.
Es wird ferner ein Beschichter für eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens beschrieben, wobei der Beschichter einen im Wesentlichen pyramidenförmigen, pyramidenstumpfförmigen oder trapezförmigen Querschnitt mit zwei sich gegenüberliegenden im Wesentlichen parallelen Seiten aufweist - in manchen Beispielen ist eine Seite gekrümmt, sodass die Seiten streng genommen nicht parallel sind, sondern sich nur im Wesentlichen in die gleiche Richtung erstrecken -, wobei eine der zwei sich gegenüberliegenden parallelen Seiten eine größere Fläche aufweist als die andere der zwei sich gegenüberliegenden parallelen Seiten, und wobei der Beschichter derart ausgebildet ist, dass Pulvermaterial über die Seite der zwei sich gegenüberliegenden parallelen Seiten mit der größeren Fläche auf einen Träger der Anlage und/oder auf eine Pulverschicht auf dem Träger auftragbar ist. Diese Ausgestaltungsform des Beschichters erlaubt es durch seine aerodynamische Form eine Beeinflussung der Gasströmung in der Anlage weiter zu reduzieren. Die Gasströmung kann über seitliche Flanken des pyramidenförmigen bzw. trapezförmigen Beschichters über eine Oberfläche des Beschichters geleitet werden, um Turbulenzen der Gasströmung durch den Beschichter zu verringern oder zu vermeiden.
In manchen Beispielen weist der im Wesentliche pyramidenförmige bzw. trapezförmige Querschnitt einen abgerundeten, insbesondere konvexgeformten Übergang zwischen der die kleinere Fläche aufweisenden Seite und einer dieser Seite anliegenden Seite des im Wesentlichen pyramidenförmigen bzw. trapezförmigen Querschnitts auf. Durch den konvex geformten Übergang werden Turbulenzen der Gasströmung weiter reduziert, die möglicherweise bei eckig angrenzenden Flächen des Beschichters entstehen könnten, wenn die Gasströmung über den Beschichter geleitet wird.
Es wird ferner ein Beschichter für eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens beschrieben, wobei der Beschichter eine längliche, elliptische/schiffförmige (d.h. mit Bezug auf einen Querschnitt parallel zum Träger ovale) Form aufweist, sodass eine Gasströmung in der Anlage entlang der Seiten des Beschichters leitbar ist, insbesondere sich an diese anlegt. Die längliche, elliptische/schiffförmige Form des Beschichters führt insbesondere zu einer aerodynamischen Eigenschaft, sodass Turbulenzen der Gasströmung in der Anlage reduziert werden. Der Beschichter ist hierbei vorzugsweise derart in der Anlage positioniert, dass die lange Achse des Beschichters parallel bzw. im Wesentlichen parallel zur Gasströmungsrichtung in der Anlage verläuft.
Sämtliche in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Beschichter weisen in manchen Beispielen eine schwenkbare Seitenfläche auf. Insbesondere kann in manchen Beispielen die schwenkbare Seitenfläche derart ausgebildet sein, dass eine Position der Seitenfläche zwischen einem Verfahren des Beschichters in der Anlage und einer Ruheposition des Beschichters in der Anlage veränderbar ist. In manchen Beispielen kann bei einer Bewegung des Beschichters über den Träger bzw. das Pulverbett die Seitenfläche derart abgewinkelt sein, dass der Beschichter die Gasströmung so gering wie möglich beeinflusst. Dazu kann die schwenkbare Seitenfläche derart verstellt werden, dass die Gasströmung nicht unter einem Winkel von 90° auf die Seitenfläche trifft, bevor die Gasströmung über den Beschichter geleitet wird, sondern unter einem kleineren Winkel. In der Ruheposition des Beschichters in der Anlage kann zum Beispiel die schwenkbare Seitenfläche derart verstellt werden, dass sie plan an einer Wand der Anlage (zum Beispiel einer Wand der Prozesskammer der Anlage) anliegt. Hierbei kann die Seitenfläche als Verschlusselement für eine Ausbuchtung in einer Prozesskammerwand, in welche der Beschichter eine Parkposition einnimmt, dienen; die Seitenwand bildet also ein Garagentor für eine Beschichtergarage. Bei einem planen Anliegen des Beschichters an der Wand der Anlage kann der Beschichter möglichst weit weg von der Bauplattform verfahren werden, um eine Störung der Gasströmung in der Anlage weiter zu verringern. Der Beschichter kann optional auch eine zweite schwenkbare Seitenfläche, insbesondere der ersten schwenkbaren Seitenfläche gegenüberliegend, aufweisen.
In manchen Beispielen umfasst der Beschichter ferner eine Pulverzuführung, durch die Pulvermaterial einem Träger und/oder einer Pulverschicht auf dem Träger zuführbar ist, und einen schwenkbaren Schließmechanismus, der ausgebildet ist, um in einer ersten Stellung des schwenkbaren Schließmechanismus eine Öffnung der Pulverzuführung zu verschließen, um das Zuführen des Pulvermaterials zu verhindern, wobei in einer zweiten Stellung des schwenkbaren Schließmechanismus die Öffnung der Pulverzuführung durch den schwenkbaren Schließmechanismus nicht verschlossen wird, um das Zuführen des Pulvermaterials nicht durch den schwenkbaren Schließmechanismus zu verhindern, wobei der Beschichter, insbesondere der schwenkbare Schließmechanismus, ausgebildet ist, um bei einem Fahren des Beschichters über den Träger und/oder einer Pulverschicht auf dem Träger (i) mit einer ersten Ablenkkontur der Anlage derart wechselzuwirken, dass der schwenkbare Schließmechanismus von der ersten Stellung in die zweite Stellung übergeht, und/oder (ii) mit der ersten Ablenkkontur und/oder einer zweiten Ablenkkontur derart wechselzuwirken, dass der schwenkbare Schließmechanismus von der zweiten Stellung in die erste Stellung übergeht. Hierdurch kann ein Verkanten des Beschichters beim Fahren über den Träger bzw. das Pulverbett vermieden werden, wobei ein Verkanten des Beschichters zu weiteren Turbulenzen der Gasströmung führen könnte.
In einer bevorzugten Ausgestaltung nimmt der schwenkbare Schließmechanismus während der Bewegung über das Pulverbett eine geschlossene Stellung ein. In manchen Ausführungen kann hierbei der Schließmechanismus so ausgestaltet sein, dass die geschlossene Stellung selbstständig eingenommen wird, beispielsweise durch eine vorhandene Schließkraft, wie bspw. durch eine Feder, oder auch durch die auf ein Verschlusselement wirkende Gewichtskraft.
In manchen Beispielen ist der schwenkbare Schließmechanismus zumindest teilweise durch die schwenkbare Seitenfläche ausgebildet.
Es wird ferner eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens beschrieben, wobei die Anlage umfasst:

eine Beschichtereinheit gemäß einem wie hierin beschriebenen Beispiel, wobei der Beschichter der Beschichtereinheit einen Beschichter gemäß einem wie hierin beschriebenen Beispiel umfasst.

Es wird ferner eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens beschrieben, wobei die Anlage umfasst: einen Träger, auf dem Pulvermaterial für das generative Schichtbauverfahren auftragbar ist, einen Gaseinlass und einen Gasauslass, durch die ein Gasstrom innerhalb der Anlage in einem Bereich über dem Träger erzeugbar ist, und einen Beschichter, der ausgebildet ist, um Pulvermaterial auf dem Träger aufzubringen, wobei der Beschichter im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass und parallel zu einer durch den Träger definierten Ebene über dem Träger bewegbar ist, und wobei der Beschichter (i) eine längliche Form, insbesondere eine elliptische (schiffförmige) Form, mit einer relativ langen Achse und einer dazu relativ kurzen Achse senkrecht zur langen Achse aufweist, wobei die relativ lange Achse im Wesentlichen parallel zur Achse zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass ausgerichtet ist, und/oder (ii) eine dem Gaseinlass und/oder dem Gasauslass gegenüberliegende Fläche aufweist, die einen Winkel mit der Ebene, die durch den Träger definiert wird, zwischen 0° und 90° bildet, sodass der Gasstrom durch die Fläche über den Beschichter ablenkbar ist. Aufgrund einer potentiell erheblichen Geschwindigkeit, mit der der Beschichter verfährt, werden in manchen Beispielen auch die Flächen des Beschichters, die nicht dem Gaseinlass bzw. dem Gasauslass gegenüberliegen, derart ausgebildet, dass diese einen Winkel mit der Ebene, die durch den Träger definiert wird, zwischen 0° und 90° bilden.
Hierdurch ist der Beschichter insbesondere aerodynamisch ausgebildet, um Turbulenzen der Gasströmung in der Anlage zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass zu reduzieren.
Der Winkel, den die dem Gaseinlass gegenüberliegende Fläche mit der Ebene, die durch den Träger definiert wird, bildet, liegt in manchen Beispielen insbesondere zwischen 10° und 60°, insbesondere zwischen 10° und 45°, sodass die Gasströmung über eine weich auslaufende Seitenfläche des Beschichters über den Beschichter geleitet werden kann, um Turbulenzen der Gasströmung weiter zu verringern, die andernfalls bei kantig aneinander liegenden Flächen des Beschichters entstehen könnten. Je kleiner der Winkel, desto besser ist dies dahingehend, dass die Gasströmung weniger stark umgelenkt werden muss.
In manchen Beispielen werden zusätzlich oder alternativ die Flächen des Beschichters, die nicht dem Gaseinlass bzw. dem Gasauslass gegenüberliegen, derart ausgebildet, dass diese einen Winkel mit der Ebene, die durch den Träger definiert wird, zwischen 10° und 60°, insbesondere zwischen 10° und 45° bilden.
In manchen Beispielen umfasst die Anlage ferner eine Beschichteraufhängung, die mit dem Beschichter gekoppelt oder verbunden ist, wobei der Beschichter durch die Beschichteraufhängung über den Träger parallel zur Ebene, die durch den Träger definiert wird, bewegbar ist, und wobei die Beschichteraufhängung eine (i) dem Gaseinlass und/oder (ii) dem Gasauslass gegenüberliegende Fläche aufweist, die zumindest zum Teil als gasdurchströmbare Struktur ausgebildet ist. Die Beschichteraufhängung kann hierbei insbesondere gemäß eines der in dieser Offenbarung beschriebenen Beispiele ausgestaltet sein. Insbesondere umfasst in manchen Beispielen die gasdurchströmbare Struktur ein Gitter.
In manchen Beispielen der Anlage verdeckt der Beschichter in einer Position über dem Träger den Gasauslass zumindest zum Teil. Die dem Gasauslass zugewandte Seite kann in diesem Fall senkrecht zur durch den Träger definierten Ebene ausgerichtet sein. Wenn die Seite in geringem Abstand vor dem Gasauslass verläuft, bilden sich in der Prozesskammer dennoch keine Turbulenzen aus. Sollte die Seite noch soweit in der Prozesskammer verlaufen, dass sich in der Prozesskammer Turbulenzen bilden, bilden sich diese in Gasströmungsrichtung hinter dem Baufeld, d.h. nicht über dem Träger, sodass die Gasströmung in dem Bereich der Baukammer, in welchem der Bauprozess stattfindet, dennoch optimale Eigenschaften aufweist. Wenn der Beschichter zusätzlich eine Wirkkontur, wie beispielsweise einen Vorsprung und/oder eine Anschlagrolle aufweist, kann diese an der dem Gasauslass zugewandten Seite angeordnet sein.
In manchen Beispielen der Anlage ist ein Übergang zwischen (i) der dem Gaseinlass gegenüberliegenden Fläche des Beschichters und/oder einer dem Gasauslass gegenüberliegenden Fläche des Beschichters, und (ii) einer vom Träger wegweisenden Fläche des Beschichters zumindest zum Teil konvex (oder zunächst konkav und dann konvex mit einer abgerundeten Kante) ausgebildet. Hierdurch werden Turbulenzen der Gasströmung weiter reduziert, die andernfalls durch eckige Teile des Beschichters hervorgerufen werden könnten.
Sämtliche Beispiele und Ausgestaltungsformen der hierin beschriebenen Anlage, des Beschichters, der Beschichteraufhängung sowie der Beschichtereinheit können in jeglichen Kombinationen gebildet sein.
Ferner sei vermerkt, dass der schwenkbare Schließmechanismus, der eine schwenkbare Schließmechanik umfassen kann, die Verhinderung eines Verkantens des Beschichters beim Fahren über den Träger bzw. dem Pulverbett erlaubt, einen Beschichter bereitzustellen, der zur Verwendung in einer Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens geeignet ist und der eine effiziente Herstellung qualitativ hochwertiger Werkstücke erleichtert. Es kann hierdurch beim Fahren des Beschichters über den Träger eine höhere Laufruhe erzielt werden, was die Reduzierung von Turbulenzen der Gasströmung fördert.
In manchen Beispielen des Beschichters umfasst der schwenkbare Schließmechanismus einen Vorsprung, der ausgebildet ist, um beim Verfahren des Beschichters mit der Ablenkkontur derart wechselzuwirken, dass der schwenkbare Schließmechanismus von der ersten Stellung in die zweite Stellung übergeht, und/oder um beim Verfahren des Beschichters mit der Ablenkkontur derart wechselzuwirken, dass der schwenkbare Schließmechanismus von der zweiten Stellung in die erste Stellung übergeht. Der Vorsprung erlaubt eine einfache Methode, um beim Verfahren des Beschichters den schwenkbaren Schließmechanismus von der ersten Stellung in die zweite Stellung und/oder von der zweiten Stellung in die erste Stellung zu bringen, ohne dass der Beschichter beim Verfahren des Beschichters verkantet. Bevorzugt wird der Vorsprung an einer Seite senkrecht zur Bewegungsrichtung vorgesehen, besonders bevorzugt an der dem Gasauslass zugewandten Seite. Der Vorsprung kann auch an der Unterseite, d.h. der dem Träger zugewandten Seite vorgesehen sein. Die Ablenkkontur kann auch am Boden der Prozesskammer vorgesehen sein.
In manchen Beispielen des Beschichters umfasst der Vorsprung eine Anschlagrolle, um die Laufruhe beim Verfahren des Beschichters weiter zu verbessern. Die Anschlagrolle kann ausgebildet sein, um beim Verfahren des Beschichters über den Träger gegen eine Ablenkkontur zu fahren, wodurch der schwenkbare Schließmechanismus von der ersten Stellung in die zweite Stellung (und/oder umgekehrt) übergehen kann. In manchen Beispielen des Beschichters umfasst der Vorsprung eine Mehrzahl von Vorsprüngen entlang einer Längsachse des schwenkbaren Schließmechanismus, wodurch eine noch gleichmäßigere Bewegung des Beschichters beim Verfahren gewährleistet werden kann. Die Längsachse liegt in manchen Beispielen im Wesentlichen senkrecht zur Fahrrichtung des Beschichters über den Träger, wobei sich der Beschichter insbesondere in einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung über den Träger bzw. das Pulverbett bewegen kann.
In manchen Beispielen des Beschichters ist der schwenkbare Schließmechanismus, wenn der schwenkbare Schließmechanismus die zweite Stellung einnimmt, ausgebildet, um beim Fahren des Beschichters (d.h. beim Verlassen des Beschichters von der Ablenkkontur) von der zweiten Stellung in die erste Stellung überzugehen (und/oder wenn der schwenkbare Schließmechanismus die erste Stellung einnimmt, der schwenkbare Schließmechanismus ausgebildet ist, um beim Fahren des Beschichters von der ersten Stellung in die zweite Stellung überzugehen). Sobald das Pulvermaterial durch die Pulverzuführung dem Träger bzw. dem Pulverbett zugeführt wurde, schließt sich beim Verlassen des Beschichters seiner aktuellen Position der schwenkbare Schließmechanismus automatisch. Dies kann dadurch erfolgen, dass in der zweiten Stellung ein rückwirkendes Element, wie zum Beispiel eine Feder, (auf)gespannt wird, wenn der Vorsprung gegen die Ablenkkontur fährt, wobei beim Verlassen der Position an der Ablenkkontur das rückwirkende Element entspannt wird, wodurch der schwenkbare Schließmechanismus in der ersten Stellung die Öffnung der Pulverzuführung wieder verschließt. Eine alternative Ausführung kann auch so ausgebildet sein, dass die Rückstellung aufgrund der Gewichtskraft bewirkt wird, ein rückwirkendes Element kann dann entfallen. Darüber hinaus kann die Ablenkkontur bspw. am Boden der Prozesskammer vorgesehen sein. Ein neuer Ladevorgang zum Laden eines Pulverdepots, das mit der Pulverzuführung gekoppelt ist, mit Pulvermaterial kann sodann durchgeführt werden.
In manchen Beispielen des Beschichters umfasst die Pulverzuführung eine erste Pulverzuführung, wobei der Beschichter ferner eine zweite Pulverzuführung umfasst, die ausgebildet ist, um Pulvermaterial dem Träger zuzuführen. In manchen Beispielen umfasst der Beschichter keine Verschlussvorrichtung für eine Öffnung der zweiten Pulverzuführung. Somit wird nur noch eine Pulverkammer mit Pulvermaterial gefüllt, wobei für die zweite Pulverzuführung kein zusätzlicher Schließmechanismus (zum Beispiel Verschließmechanik) benötigt wird. Hierdurch wird ein bewegbares Element des Beschichters in manchen Beispielen nicht mehr notwendig, wobei durch eine Bewegung eines solchen Elements Turbulenzen der Gasströmung entstehen könnten.
In manchen Beispielen des Beschichters sind die eine oder mehreren Pulverausbreitungsvorrichtungen ausgebildet, um beim Verfahren des Beschichters in eine erste Richtung aus der ersten Pulverzuführung zugeführtes Pulvermaterial auf dem Träger bzw. dem Pulverbett auszubreiten, und beim Verfahren des Beschichters über den Träger bzw. dem Pulverbett in eine zweite Richtung aus der zweiten Pulverzuführung zugeführtes Pulvermaterial auf dem Träger bzw. dem Pulverbett auszubreiten, wobei die erste Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zur zweiten Richtung ist. Die Effizienz der Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks kann hierdurch weiter erhöht werden. Hierdurch muss der Beschichter weniger oft verfahren werden, sodass Turbulenzen der Gasströmung weiter verringert bzw. vermieden werden können.
In sämtlichen hierin beschriebenen Beispielen kann die Anlage ferner umfassen:

- eine Pulverauftragsvorrichtung, die den Beschichter umfasst, zum Auftragen des Pulvermaterials auf den Träger bzw. das Pulverbett, wobei die Pulverauftragsvorrichtung insbesondere ein Pulverreservoir umfasst, das mit dem Beschichter gekoppelt ist, und/oder
- eine Prozesskammer, die ausgebildet ist, um darin das dreidimensionale Werkstück aus dem Pulvermaterial mittels des generativen Schichtbauverfahrens herzustellen, wobei der Träger in der Prozesskammer angeordnet ist, und/oder
- eine Bestrahlungseinheit, die ausgebildet ist, um eine Schicht des Pulvermaterials zum Herstellen des dreidimensionalen Werkstücks zu verfestigen.

In manchen Beispielen kann der Träger in vertikaler Richtung verfahren werden (z.B. Schicht für Schicht während der Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks).
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren näher erläutert, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und von denen

1 eine schematische Zeichnung einer Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens im Querschnitt zeigt,
2 eine schematische Zeichnung eines Teils einer Beschichtereinheit in perspektivischer Sicht zeigt,
3 eine schematische Zeichnung eines Teils einer Beschichtereinheit in perspektivischer Sicht zeigt,
4 eine schematische Zeichnung eines Teils einer Beschichtereinheit im Querschnitt zeigt,
5 schematische Zeichnungen von Strukturen einer Beschichteraufhängung zeigt, und
6a und b schematische Zeichnungen eines Teils eines Beschichters im Querschnitt zeigen.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens, einen Beschichter für die Anlage, eine Beschichteraufhängung für die Anlage sowie eine Beschichtereinheit für die Anlage.
Die Anlage, der Beschichter, die Beschichteraufhängung und die Beschichtereinheit erlauben eine Steigerung der Produktivität im generativen Schichtbauverfahren, und insbesondere in Selective-Laser-Melting Maschinen. Die Anlage, der Beschichter, die Beschichteraufhängung und die Beschichtereinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglichen, dass bereits während der Beschichtung (mit Pulvermaterial) mit der Belichtung begonnen werden kann oder zumindest nachdem der Beschichter den Bereich der Bauplattform verlassen hat, die Gasströmung in einer Region der Bauplattform bereits den gewünschten Zustand wieder erreicht hat und somit die Belichtung der nächsten Schicht ohne Qualitätseinbußen unmittelbar gestartet werden kann. Durch die Anlage, den Beschichter, die Beschichteraufhängung und die Beschichtereinheit der vorliegenden Offenbarung kann die Gasströmung so wenig wie möglich gestört werden.
Der Beschichter und die (mechanische) Beschichteraufhängung bzw. Befestigung des Beschichters ist in manchen Beispielen so ausgeführt, dass die Gasströmung, die über die Bauplattform geführt wird, möglichst wenig beeinflusst wird. In manchen Beispielen ist hierbei die Beschichteraufhängung als Gitterstruktur, insbesondere Wabenstruktur oder Lamellenstruktur, oder als einzelne schmale Stege ausgestaltet, deren Querschnittsfläche in einer Schnittebene senkrecht zur Gasströmungsrichtung relativ klein im Vergleich zu einer durch eine Außenkontur der Beschichteraufhängung bzw. die Beschichtereinheit begrenzten Fläche in der Schnittebene ist. Der Beschichter selbst ist in manchen Beispielen aerodynamisch geformt und kann in manchen Beispielen weich auslaufende Seitenflächen aufweisen, um möglichst wenig Turbulenzen beim Überströmen der Gasströmung zu verursachen.
1 zeigt eine schematische Zeichnung einer Anlage 100 zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 102 mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens im Querschnitt.
In diesem Beispiel umfasst die Anlage 100 eine Belichtungseinheit 104 (zum Beispiel einen Laser oder einen Teilchenstrahlerzeuger), die an eine Ablenkeinheit (Scanner) 106 gekoppelt ist, sodass ein Belichtungsstrahl 108 auf eine Pulverschicht 110 bzw. ein Pulverbett gelenkt werden kann. Durch diese Steuerung des Belichtungsstrahls 108 kann das Werkstück 102 entsprechend hergestellt werden, wobei Pulvermaterial 111 in manchen Bereichen durch den Belichtungsstrahl 108 nicht verfestigt wird.
In diesem Beispiel umfasst die Anlage einen Träger 112, auf dem das dreidimensionale Werkstück 102 hergestellt wird. Der Träger 112 kann, wie in diesem Beispiel, durch einen Hebemechanismus 114 senkrecht innerhalb der Prozesskammer 116 verfahren werden.
In diesem Beispiel umfasst die Anlage 100 einen im Wesentlichen pyramidenförmigen bzw. trapezförmigen Beschichter 118. In sämtlichen Beispielen und Ausgestaltungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Beschichter auch nur eine geneigte Seitenfläche aufweisen (zum Beispiel die Seitenfläche, die dem Gaseinlass oder dem Gasauslass gegenüberliegt), wobei die anderen Seitenflächen senkrecht zur Trägerebene verlaufen.
Der Beschichter 118 der Anlage 100 weist in diesem Beispiel eine untere Seite 119a und eine dazu parallele gegenüberliegende Seite 119b auf, wobei die Seite 119a, auf der Pulvermaterial auf den Träger und/oder ein Pulverbett aufgebracht wird, eine größere Fläche aufweist als die Seite 119b. An der unteren Seite des Beschichters 118 ist eine Pulverausbreitungsvorrichtung 118b (d.h. ein Verteilelement bzw. Abstreifelement, wie z.B. eine Beschichterlippe, eine Bürste, eine Walze oder ein Schieber) angebracht.
In diesem Beispiel hat der Beschichter 118 weich auslaufende Seitenflächen 119c und 119d. Insbesondere sind die Übergänge zwischen der Seitenfläche 119c und der Seite 119b sowie zwischen der Seiten 119b und der Seitenfläche 119d konvexausgestaltet, sodass eine Gasströmung über den Beschichter 118 geleitet werden kann, ohne dass Turbulenzen der Gasströmung entstehen.
In diesem Beispiel ist der Beschichter 118 mit einer Beschichteraufhängung 120a und 120b in zwei Bereichen gekoppelt. In manchen Beispielen ist der Beschichter nur in einem Bereich mit der Beschichteraufhängung gekoppelt. Die Anlage 100 umfasst in diesem Beispiel ferner Führungsschienen und/oder Antriebe 122a und 122b, durch die der Beschichter 118 zusammen mit der Beschichteraufhängung 120a und 120b über den Träger 112 bzw., in diesem Beispiel, über das Pulverbett 110 verfahren werden können.
Die Anlage 100 umfasst ferner in diesem Beispiel einen Gaseinlass 124 und einen Gasauslass 126, wodurch eine Gasströmung 125 in der Anlage 100 erzeugt werden kann, welche, wenn sich der Beschichter 118 nicht über dem Träger 112 befindet, über dem Träger 112, bzw. der obersten Pulverschicht 110, eine insbesondere laminare, Gasströmung bildet. Die Achse 128 zwischen dem Gaseinlass 124 und dem Gasauslass 126 ist gestrichelt dargestellt. In diesem Beispiel umfasst die Anlage ferner einen Gaseinlass 130, um eine zweite Gasströmung 132 zwischen dem Gaseinlass 130 und dem Gasauslass 126 zu erzeugen.
Der Gaszuströmdüse (d.h. Gaseinlass 124) gegenüberliegende(n) Fläche(n) 119c des Beschichters 118 fungiert als Gasleitfläche und ist daher bevorzugt unter einem Winkel zwischen 0° und 90°, in diesem Beispiel ca. 45° zur Achse 128 ausgebildet.
Die Beschichteraufhängung 120a an der Seite von Fläche 119c und/oder der anderen Seite 119d ist zumindest teilweise als gasdurchströmbare Struktur ausgebildet, insbesondere als Gitterstruktur und/oder Lamellenstruktur.
Die gasdurchströmbare Struktur der Beschichteraufhängung 120a,120b weist in diesem Beispiel zumindest teilweise einen strömungsleitenden Querschnitt auf, insbesondere einen elliptischen oder tropfenförmigen Querschnitt.
Die der Gasausströmöffnung, d.h. dem Gasauslass 126 gegenüberliegende Fläche 119d des Beschichters 118 fungiert in diesem Beispiel ebenfalls als Gasleitfläche und ist bevorzugt unter einem Winkel zw. 0° und 90°, in diesem Beispiel ca. 45° zur Achse 128. Insbesondere kann der Winkel derselbe wie der von Fläche 119c zur Achse 128 sein. Alternativ kann der Beschichter 118 auch in Richtung der Ausströmöffnung, insbesondere bis zur die Ausströmöffnung, d.h. dem Gasauslass 126 beinhaltenden Wand fortgesetzt sein und den Gasauslass 126 zumindest teilweise verdecken.
Der Übergang von Seite 119c und/oder der Übergang von Seite 119d zur oberen Fläche/Seite 119b des Beschichters 118 ist in diesem Beispiel konvex ausgestaltet, damit die Gasströmung sich an die Oberfläche anlegt und Turbulenzen vermieden werden.
Die Vorder- und/oder Hinterseite des Beschichters 118 sind in manchen Beispielen ebenfalls angewinkelt. Alternativ können die Vorder- und/oder Hinterseite des Beschichters 118 so ausgebildet sein, dass diese während der Bewegung über das Pulverbett 110 angewinkelt sind und in einer oder beiden Parkpositionen (auf gegenüberliegenden Seiten des Pulverbetts) in eine aufrechte Position verbracht werden, um gerade mit der Prozesskammerwand abzuschließen. Dieser Mechanismus ist in manchen Beispielen gekoppelt mit der Öffnung eines Pulverschachts.
Strömungsleitende Abschnitte der Beschichteraufhängung 120a, 120b können so gestaltet sein, dass je nach Bewegungsrichtung die Gasströmung unterschiedlich abgelenkt wird, wobei die Abschnitte dazu insbesondere verstellbar gestaltet sein können. Sie können dann je nach Bewegungsrichtung in Richtung der resultierenden relativen Strömungsrichtung ausgerichtet werden, um die Gasströmung geringstmöglich zu beeinflussen.
2 zeigt eine schematische Zeichnung eines Teils einer Beschichtereinheit 200 in perspektivischer Sicht.
In diesem Beispiel weist der Beschichter 202 eine schiffförmige Struktur auf. Die schiffförmige Struktur ist insbesondere durch die längliche, ovale bzw. elliptische und dadurch für die Gasströmung 206 aerodynamische Form geprägt, wenn der Beschichter 202 in Bewegungsrichtung 204 über den Träger bzw. das Pulverbett senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Gasströmung 206 verfahren wird. Durch die aerodynamische Form kann die Gasströmung 206 seitlich am Beschichter 202 vorbei geleitet werden, sodass Turbulenzen der Gasströmung 206 vermieden bzw. vermindert werden.
Der Beschichter 118 der 1 kann durch den Beschichter 202 ersetzt werden.
In diesem Beispiel weist die Beschichteraufhängung 120a, 120b eine Gitterstruktur auf, wobei die Beschichteraufhängung 120a, 120b jeweils in einem Bereich auf gegenüberliegenden Seiten des Beschichters 202 mit dem Beschichter 202 gekoppelt ist.
3 zeigt eine schematische Zeichnung eines Teils einer Beschichtereinheit 300 in perspektivischer Sicht.
In diesem Beispiel weist der Beschichter 302 eine pyramidenförmige bzw. trapezförmige Struktur auf. Hierdurch wird die Gasströmung 206 aerodynamisch über den Beschichter 302 geleitet, um Turbulenzen der Gasströmung 206 zu vermeiden bzw. zu vermindern.
Der Beschichter 118 der 1 kann durch den Beschichter 302 ausgebildet sein.
In diesem Beispiel weist die Beschichteraufhängung 120a, 120b eine Gitterstruktur auf, wobei die Beschichteraufhängung 120a, 120b jeweils in zwei Bereichen auf gegenüberliegenden Seiten des Beschichters 202 mit dem Beschichter 202 gekoppelt ist.
4 zeigt eine schematische Zeichnung eines Teils einer Beschichtereinheit 400 im Querschnitt. In diesem Beispiel wird der Beschichter 118 in Bewegungsrichtung 204 vorwärts und rückwärts (über das Werkstück 102 und/oder die oberste Pulverschicht 110 und/oder das nicht verfestigte Pulver 111 und/oder den Träger 112) verfahren. Die Beschichteraufhängung 120 a,b weist einen senkrecht zur Gasströmungsrichtung kleinen und insbesondere durchströmbaren Querschnitt auf, sodass die Gasströmung möglichst wenig blockiert, d.h. gestört, wird. Darüber hinaus weist die Beschichteraufhängung 120 a,b in manchen Beispielen auch senkrecht zur Bewegungsrichtung 204 (d.h. im Wesentlichen parallel zur Gasströmungsrichtung) kleinen Querschnitt auf, um die Gasströmung durch die Bewegung der Beschichtereinheit 400 so wenig wie möglich zu stören. Die Beschichteraufhängung 120 a,b kann auch in der Bewegungsrichtung zumindest abschnittsweise als durchströmbare Struktur ausgebildet sein. Eine Gitterstruktur kann bevorzugt so gestaltet sein, dass diese in mehreren Dimensionen durchströmbar ist. Eine entsprechende Gitterstruktur lässt sich beispielsweise auch selbst additiv fertigen.
5 zeigt schematische Zeichnungen von Strukturen einer Beschichteraufhängung mit Blickrichtung in Richtung der Gasströmung. Die Beschichteraufhängung 120a und/oder 120b kann eine dieser Strukturen oder Kombinationen davon aufweisen.
5a zeigt eine schematische Zeichnung einer Beschichteraufhängung mit einer Rautenstruktur.
5b zeigt eine schematische Zeichnung einer Beschichteraufhängung mit einer Wabenstruktur.
5c zeigt eine schematische Zeichnung einer Beschichteraufhängung mit einer Gitterstruktur mit im Wesentlichen quadratischen Öffnungen in Gasströmungsrichtung.
5d zeigt eine schematische Zeichnung einer Beschichteraufhängung mit einer Struktur, um die Beschichteraufhängung in einem Bereich mit, in diesem Beispiel, zwei Stegen an den Beschichter zu koppeln, wobei die zwei Stege mit einer oder mehreren Querverbindungen verbunden sind, um die Stabilität der Beschichteraufhängung zu erhöhen. Eine (große) Öffnung im Zentrum der Beschichteraufhängung erlaubt ein (nahezu) störungsfreies Durchströmen der Gasströmung durch die Beschichteraufhängung. An den zwei Stegen der Struktur befinden sich auslenkbare Strömungsleitabschnitte 500. Durch diese kann insbesondere gezielt der Gasstrom beeinflusst werden, um Turbulenzen zu vermeiden und die Gasströmung in die gewollte Gasströmungsrichtung, insbesondere in Richtung der Gasausströmöffnung 126 zu leiten. Die auslenkbaren Strömungsleitabschnitte 500 können motorisch verstellbar sein. Bevorzugt können die auslenkbaren Strömungsleitabschnitte durch entsprechende Anschlagkonturen in der Prozesskammer in einer Endstellung der Beschichtereinheit und/oder bei Anfahrt der Beschichtereinheit mechanisch verstellt werden.
In sämtlichen in den 5a bis 5d gezeigten Strukturen weist die Beschichteraufhängung einen zentralen gasdurchströmbaren Teil auf.
6a und b zeigen schematische Zeichnungen eines Teils eines Beschichters 600 im Querschnitt. Der Beschichter 118 der 1 (bzw. der 2-4) kann in manchen Beispielen die Merkmale des Beschichters 600 umfassen.
In diesem Beispiel umfasst der Beschichter 600 einen Drehpunkt 602, um den ein Verschließelement 603 (bzw. eine schwenkbare Seitenfläche) mit einem Anschlagelement 604 des Beschichters 600 rotierbar gelagert ist. Das Verschließelement 603 verschließt (6a) in einer ersten Position eine Pulverzuführung 606, durch die Pulvermaterial 608 durch eine Öffnung 610 auf eine Pulverschicht bzw. ein Pulverbett bzw. den Träger auftragbar ist. Sobald der Beschichter 600 mit dem Anschlagelement 604 gegen eine Ablenkkontur 612, die Teil der Prozesskammer sein kann, fährt, so klappt die Beschichterfront hoch und gibt Pulvermaterial frei (6b). In manchen Beispielen befindet sich der Beschichter 600 beim Verfahren in der Position gemäß 6a, in der die Pulverzuführung 606 durch das Verschließelement 603 verschlossen wird, wobei die Beschichterfront in Parkposition hochfährt. Wenn die Beschichterfront hochfährt, so kann sie Teil der Kammerwandung (bzw. ein Garagentor) bilden.
In einem weiteren Beispiel können das Anschlagelement 604 und der Drehpunkt 602 in ihren Positionen gemäß 6a vertauscht sein. Eine Ablenkkontur kann am Boden der Prozesskammer vorgesehen sein, sodass das bewegliche Element 603 bei Kontakt nach oben weggeschwenkt wird und das Pulvermaterial freigibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2961549 A1 [0003]
EP 2878402 A1 [0003]
EP 2818305 B1 [0004]
WO 2018/029059 A1 [0004]

Claims

Beschichtereinheit (200, 300, 400) für eine Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei die Beschichtereinheit (200, 300, 400) umfasst: einen Beschichter (118, 202, 302, 600), mit dem Pulvermaterial (111, 608) auf einen Träger (112) der Anlage (100) und/oder eine Pulverschicht (110) auf dem Träger (112) auftragbar ist, und eine Beschichteraufhängung (120a, 120b), die mit dem Beschichter (118, 202, 302, 600) gekoppelt oder verbunden ist, wobei der Beschichter (118, 202, 302, 600) durch die Beschichteraufhängung (120a, 120b) über den Träger (112) und/oder die Pulverschicht (110) verfahrbar ist, und wobei mindestens ein Teil der Beschichteraufhängung (120a, 120b) als gasdurchströmbare Struktur ausgebildet ist.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach Anspruch 1, wobei die gasdurchströmbare Struktur ein Gitter umfasst.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Teil des Gitters als Wabenstruktur und/oder als Lamellenstruktur ausgebildet ist.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichteraufhängung (120a, 120b) mit dem Beschichter (118, 202, 302, 600) in einem Bereich gekoppelt oder verbunden ist, und wobei die Beschichteraufhängung (120a, 120b) in dem einen Bereich eine Mehrzahl von Stegen umfasst.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen a) einer Querschnittsfläche, in einer Schnittebene senkrecht zu einer Gasströmungsrichtung einer Gasströmung (125, 206) in der Anlage (100), der gasdurchströmbaren Struktur oder der Beschichteraufhängung (120a, 120b) und b) einer durch eine Außenkontur der Beschichteraufhängung (120a, 120b) begrenzten Fläche in der Schnittebene unterhalb eines vordefinierten Schwellenwertes liegt.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beschichter (118, 202, 302, 600) eine längliche Form mit einer relativ langen Achse und einer dazu relativ kurzen Achse senkrecht zur langen Achse aufweist, wobei die Beschichteraufhängung (120a, 120b) jeweils an Endbereichen der langen Achse mit dem Beschichter (118, 202, 302, 600) gekoppelt oder verbunden ist, und wobei ein Verhältnis zwischen a) einer Querschnittsfläche der gasdurchströmbaren Struktur oder der Beschichteraufhängung (120a, 120b) in einer Schnittebene senkrecht zu einer Gasströmungsrichtung einer Gasströmung in der Anlage und b) einer durch eine Außenkontur der Beschichteraufhängung (120a, 120b) begrenzten Fläche in der Schnittebene unterhalb eines vordefinierten Schwellenwertes liegt.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Verhältnis kleiner oder gleich 1:1 ist, vorzugsweise kleiner 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:30, 1:40 oder 1:50.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gasdurchströmbare Struktur des mindestens einen Teils der Beschichteraufhängung (120a, 120b) zumindest teilweise einen gasströmungsleitenden Querschnitt aufweist.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach Anspruch 8, wobei der gasströmungsleitende Querschnitt einen elliptischen oder tropfenförmigen Querschnitt umfasst.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichteraufhängung (120a, 120b) einen oder mehrere gasströmungsleitende Abschnitte (500) umfasst, wobei der eine oder die mehreren gasströmungsleitenden Abschnitte derart ausgebildet sind, dass eine Gasströmung innerhalb der Anlage (100) in Abhängigkeit einer Bewegungsrichtung (204) der Beschichtereinheit (200, 300, 400) unterschiedlich ablenkbar ist.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach Anspruch 10, wobei der eine oder die mehreren gasströmungsleitenden Abschnitte (500) der Beschichteraufhängung (120a, 120b) zur Steuerung einer Richtung der Gasströmung verstellbar sind.
Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichteraufhängung (120a, 120b) je nach Verfahrrichtung der Beschichteraufhängung (120a, 120b) in Richtung einer resultierenden relativen Gasströmungsrichtung einer Gasströmung (125, 206) in der Anlage (100) ausrichtbar ist.
Beschichter (118, 302), für eine Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei der Beschichter (118, 302) einen im Wesentlichen pyramidenförmigen, pyramidenstumpfförmigen, trapezförmigen oder trapezstumpfförmigen Querschnitt mit zwei sich gegenüberliegenden im Wesentlichen parallelen Seiten (119a, 119b) aufweist, wobei eine der zwei sich gegenüberliegenden parallelen Seiten eine größere Fläche aufweist als die andere der zwei sich gegenüberliegenden parallelen Seiten, und wobei der Beschichter (118, 302) derart ausgebildet ist, dass Pulvermaterial über die Seite der zwei sich gegenüberliegenden parallelen Seiten mit der größeren Fläche auf einen Träger (112) der Anlage (100) und/oder auf eine Pulverschicht (110) auf dem Träger (112) auftragbar ist.
Beschichter nach Anspruch 13, wobei der im Wesentliche pyramidenförmige oder trapezförmige Querschnitt einen konvex geformten Übergang zwischen der die kleinere Fläche aufweisenden Seite (119b) und einer dieser Seite anliegenden Seite (119c, 119d) des im Wesentlichen pyramidenförmigen oder trapezförmigen Querschnitts aufweist.
Beschichter (118, 302), für eine Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei der Beschichter (118, 302) eine Form aufweist, die allseitig flach ausläuft oder an einem oder zwei Enden des Beschichters, die einem Gaseinlass und/oder einem Gasauslass der Anlage gegenüberliegen, flach ausläuft.
Beschichter (118, 202) für eine Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei der Beschichter (118, 202) eine längliche, elliptische Form aufweist, sodass eine Gasströmung (206) in der Anlage (100) entlang der Seiten des Beschichters (118, 202) leitbar ist, insbesondere sich an diese anlegt.
Beschichter (118, 202, 302) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Beschichter (118, 202, 302) eine schwenkbare Seitenfläche (603) aufweist.
Beschichter (118, 202, 302) nach Anspruch 17, wobei die schwenkbare Seitenfläche ausgebildet ist, dass eine Position der Seitenfläche zwischen einem Verfahren des Beschichters (118, 202, 302) in der Anlage (100) und einer Ruheposition des Beschichters (118, 202, 302) in der Anlage (100) veränderbar ist.
Beschichter (118, 202, 302) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der Beschichter (118, 202, 302) umfasst: eine Pulverzuführung (606), durch die Pulvermaterial (608) einem Träger und/oder einer Pulverschicht auf dem Träger zuführbar ist, und einen schwenkbaren Schließmechanismus (603), der ausgebildet ist, um in einer ersten Stellung des schwenkbaren Schließmechanismus (603) eine Öffnung (610) der Pulverzuführung (606) zu verschließen, um das Zuführen des Pulvermaterials (608) zu verhindern, wobei in einer zweiten Stellung des schwenkbaren Schließmechanismus (603) die Öffnung (610) der Pulverzuführung (606) durch den schwenkbaren Schließmechanismus (603) nicht verschlossen wird, um das Zuführen des Pulvermaterials (608) nicht durch den schwenkbaren Schließmechanismus (603) zu verhindern, wobei der Beschichter (118, 202, 302), insbesondere der schwenkbare Schließmechanismus (603), ausgebildet ist, um bei einem Fahren des Beschichters (118, 202, 302) über den Träger und/oder einer Pulverschicht auf dem Träger (i) mit einer ersten Ablenkkontur (612) der Anlage (100) derart wechselzuwirken, dass der schwenkbare Schließmechanismus (603) von der ersten Stellung in die zweite Stellung übergeht, und/oder (ii) mit der ersten Ablenkkontur (612) und/oder einer zweiten Ablenkkontur derart wechselzuwirken, dass der schwenkbare Schließmechanismus (603) von der zweiten Stellung in die erste Stellung übergeht.
Beschichter nach Anspruch 19, in Kombination mit Anspruch 18, wobei der schwenkbare Schließmechanismus zumindest teilweise durch die schwenkbare Seitenfläche ausgebildet wird.
Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks (102) mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei die Anlage (100) umfasst: eine Beschichtereinheit (200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Beschichter (118, 202, 302, 600) der Beschichtereinheit einen Beschichter (118, 202, 302, 600) nach einem der Ansprüche 13 bis 20 umfasst.
Anlage (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks (102) mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, wobei die Anlage (100) umfasst: einen Träger (112), auf dem Pulvermaterial (111, 608) für das generative Schichtbauverfahren auftragbar ist, einen Gaseinlass (124) und einen Gasauslass (126), durch die ein Gasstrom (125, 132) innerhalb der Anlage (100) in einem Bereich über dem Träger (112) erzeugbar ist, und einen Beschichter (118, 202, 302, 600), der ausgebildet ist, um Pulvermaterial (111, 608) auf dem Träger (112) aufzubringen, wobei der Beschichter (118, 202, 302, 600) im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse (128) zwischen dem Gaseinlass (124) und dem Gasauslass (126) und parallel zu einer durch den Träger (112) definierten Ebene über dem Träger (112) bewegbar ist, und wobei der Beschichter (118, 202, 302, 600) (i) eine längliche Form, insbesondere eine elliptische Form, mit einer relativ langen Achse und einer dazu relativ kurzen Achse senkrecht zur langen Achse aufweist, wobei die relativ lange Achse im Wesentlichen parallel zur Achse zwischen dem Gaseinlass (124) und dem Gasauslass (126) ausgerichtet ist, und/oder (ii) eine dem Gaseinlass (124) gegenüberliegende Fläche (119c) und/oder eine dem Gasauslass (126) gegenüberliegende Fläche (119d) aufweist, die einen Winkel mit der Ebene, die durch den Träger definiert wird, zwischen 0° und 90° bildet, sodass der Gasstrom durch die Fläche über den Beschichter ablenkbar ist.
Anlage nach Anspruch 22, wobei der Winkel zwischen 10° und 60° liegt, insbesondere zwischen 10° und 45°.
Anlage nach Anspruch 22 oder 23, ferner umfassend eine Beschichteraufhängung (120a, 120b), die mit dem Beschichter (118, 202, 302, 600) gekoppelt oder verbunden ist, wobei der Beschichter (118, 202, 302, 600) durch die Beschichteraufhängung (120a, 120b) über den Träger (112) parallel zur Ebene, die durch den Träger (112) definiert wird, bewegbar ist, und wobei die Beschichteraufhängung (120a, 120b) eine (i) dem Gaseinlass (124) und/oder (ii) dem Gasauslass (126) gegenüberliegende Fläche aufweist, die zumindest zum Teil als gasdurchströmbare Struktur ausgebildet ist.
Anlage (100) nach Anspruch 24, wobei die gasdurchströmbare Struktur ein Gitter umfasst.
Anlage (100) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei ein Übergang zwischen (i) der dem Gaseinlass (124) gegenüberliegenden Fläche (119c) des Beschichters und/oder einer dem Gasauslass (126) gegenüberliegenden Fläche (119d) des Beschichters, und (ii) einer vom Träger (112) wegweisenden Fläche (119b) des Beschichters zumindest zum Teil konvex ausgebildet ist.