EP3160669A1 - Rapid manufacturing method and device for the same comprising oppositely-directed protective gas streams parallel to the powder layer - Google Patents

Rapid manufacturing method and device for the same comprising oppositely-directed protective gas streams parallel to the powder layer

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Publication number
EP3160669A1
EP3160669A1 EP15729751.6A EP15729751A EP3160669A1 EP 3160669 A1 EP3160669 A1 EP 3160669A1 EP 15729751 A EP15729751 A EP 15729751A EP 3160669 A1 EP3160669 A1 EP 3160669A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder particles
gas
layer
powder
flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15729751.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Jakimov
Thomas Hess
Georg SCHLICK
Alexander Ladewig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP3160669A1 publication Critical patent/EP3160669A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the generative production of components by layer-wise bonding of powder particles to one another and / or with an already produced semi-finished product or substrate by selective interaction of the powder particles with a high-energy beam, in particular a method and a device for selective laser cutting. or electron beam melting.
  • Generative manufacturing processes for producing a component such as, for example, selective laser melting, selective electron beam melting or laser deposition welding, in which the component is built up in layers using powder material, are used in industry for so-called rapid tooling, rapid prototyping or also for the production of series products used in the context of rapid manufacturing.
  • such methods can also be used for the production of turbine parts, in particular of parts for aircraft engines, in which, for example due to the material used, such generative production methods are advantageous.
  • An example of this can be found in DE 10 2010 050 531 AI.
  • WO 92/08592 A1 further shows a gas flow device for selective laser sintering, in which the gas flow is to influence the temperature setting.
  • the method should be easy to carry out and the device should be simple to set up and operate in order to use the corresponding generative production in industrial processes.
  • the invention initially relies, as in the prior art, on producing a protective gas flow over the layer of powder particles which are to be connected to one another to produce the component.
  • the gas flow of the protective gas flow is adjusted so that it has a flow direction which has at least one directional portion, which is aligned parallel to the layer of the powder particles to be joined.
  • the flow direction can be changed during the deposition of a single layer such that at least two different flow directions of the gas flow are present and the flow directions of the gas flow have opposite directional components. Due to the different, at least partially opposite directions of flow of the gas flow of the protective gas flow, the direction of movement of the high-energy beam relative to the powder to be connected and / or the order of irradiation of different areas of the powder layer can be adjusted and adjusted to the flow direction of the protective gas flow, that impairing the high-energy Beam can be avoided or reduced by material evaporation and condensation after evaporation of material and material defects by welding spatter.
  • a directional component of the flow direction when the flow direction is considered as a vector, a corresponding vector is understood which represents the corresponding directional component in the sense of a vector addition.
  • the direction of movement of the high-energy beam can be from a central region of the processing region, ie, for example, a central region of a powder bed to the outside
  • the protective gas flow direction is opposite to the direction of movement of the high-energy jet relative to the powder to be applied.
  • the realization of at least partially oppositely directed flow directions of the gas flow of inert gas flows makes it possible to select the irradiation areas such that the irradiation takes place in a central region of the processing area with the highest possible vertical irradiation of the high-energy beam into the powder layer, since then spatter can be reduced or generated in areas that have already melted or re-solidified.
  • the gas flow of the inert gas flow can be formed parallel to the layer of the powder particles to be joined and in particular parallel to the surface of a powder bed, in which the component to be produced is manufactured. Furthermore, during the deposition of a layer, the gas flow may be adjusted at least in a first direction and in another second direction opposite to the first direction.
  • a corresponding apparatus for the generative production of components by layer-wise joining of powder particles at least one gas inlet and min.
  • At least one gas outlet which are arranged opposite each other on different sides of the processing area and can be operated both as a gas inlet and as a gas outlet.
  • a plurality of gas outlets and gas inlets may be provided, wherein at least two gas inlets may be provided on opposite sides of the processing area and the corresponding gas outlets may be arranged on the respective opposite sides of the gas inlets, so that the flow direction of a gas flow of a protective gas flow in which can be realized in one or the opposite direction.
  • a plurality of gas inlets and gas outlets may be arranged around the processing region, that is to say the region of the component intake with the applied powder or a powder bed, so that different flow directions can be realized.
  • the adjustable flow directions of the gas flow of the inert gas flow may include any angle to each other.
  • it is also possible to realize the at least partially opposite directions of flow of the gas flow of the protective gas flow even with the jet entrained nozzles by at least two nozzles or a nozzle pivotable relative to the jet can be provided.
  • the respectively favorable flow direction can be selected.
  • the flow direction can always be chosen in opposition to the direction of movement of the high-energy jet relative to the powder.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for the generative production of
  • Fig. 2 is a rotated by 90 ° view of the device of Fig. 1;
  • FIG. 3 is a plan view of the powder supply and the powder bed or the component holder of the device of FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 shows a representation of a further embodiment of a device according to the invention in a plan view similar to FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a representation of a further embodiment of a device according to the invention in a plan view similar to the illustration of Figure 4, and in
  • FIG. 6 is an illustration of the jet movement and the irradiation sequence with simultaneous representation of the flow direction of a gas flow in a plan view of the powder bed or the component receptacle of a device similar to the representation of FIG. 3.
  • the device 1 shows in a purely schematic representation of a device 1, as they can be used for example for the selective laser melting for the generative production of a component.
  • the device 1 comprises a lifting table 2, on the platform of which a semi-finished product 3 is arranged, on which layer-by-layer material is deposited in order to produce a three-dimensional component.
  • a lifting table 9 on which a semi-finished product 3 is arranged, on which layer-by-layer material is deposited in order to produce a three-dimensional component.
  • the slider 8 powder which is located above a lifting table 9 in a powder supply 10
  • the connection of the powder material in a powder layer with the semifinished product 3 is effected by the laser 4 depending on the desired contour of the component to be manufactured, so that any three-dimensional shapes can be produced.
  • the laser beam 13 is guided over the powder bed 12 in order to melt powder material through different impingement points on the powder bed in accordance with the contour of the three-dimensional component in the cutting plane corresponding to the powder layer plane, and with the already generated part of a component or an initially provided substrate to connect.
  • the laser beam 13 can be guided by a suitable deflection unit over the surface of the powder bed 12 and / or the powder bed could be moved relative to the laser beam 13.
  • an inert gas atmosphere is also provided, for example, oxidation of the powder material and the like to avoid when depositing.
  • nitrogen can be used, which is provided via a gas supply, not shown.
  • the gas flow 7 parallel to the surface of the powder bed 12 also opens up the possibility of absorbing and discharging material evaporations emerging from the melt bath and resulting spatter from the melt in order to prevent such material evaporations from introducing energy through the high-energy Disturbing the laser beam 14 or welding spatter settle on the powder bed 12 with still loose powder and lead to material defects.
  • both on the one side and on the opposite side the powder bed 12 both gas inlets 5 and 6 gas outlets provided.
  • the gas inlets 5 and gas outlets 6, which are arranged alternately, to see on one side of the processing area, while in the figure 2 in the rotated by 90 ° sectional view of the gas flow 7 between the opposite gas inlets 5 and gas outlets 6 can be seen.
  • FIG. 3 shows in a further illustration in a plan view the possibility of being able to realize opposite flow directions of the gas flow 7 by arranging alternately gas inlets 5 and gas outlets 6 which lie opposite one another. Although both flow directions for the gas flow 7 are shown in FIG. 3, during operation of the device only a single flow direction is realized in operation, either in one or the other direction or in the application of a single layer into the first one direction and then in the opposite direction.
  • FIG. 4 shows, in a similar representation of a plan view of the powder bed or the processing area, a further possibility of designing a device for generating a gas flow 7 over the powder bed 12, several gas inlets 5 and gas outlets 6 being arranged circumferentially around the entire powder bed area or processing area , which are, however, integrated into each other, so that the gas inlet 5 can simultaneously act as a gas outlet 6.
  • the gas inlet 5 can simultaneously act as a gas outlet 6.
  • Gas inlets and gas outlets 5, 6 around the entire processing area can not only be realized opposite flow directions of the gas flow, but it can many flow directions 15, 16 of the gas flow with different angles to each other are realized, as shown in Figure 5.
  • a first and a second flow direction are shown. However, more than two different flow directions with different angles to each other are possible. This makes it possible to adjust the gas flow of the inert gas over the powder bed variable to the direction of movement and the order of irradiation of the laser beam.
  • FIG. 6 shows an example of how the laser beam 13 is successively conveyed in different irradiation paths 17 to 22 at different flow directions 15, 16 of the gas flow 7. can be moved.
  • the laser beam 13 is directed in accordance with the irradiation path 17 in a central region of the processing area, for example in the middle of the powder bed, directly below the laser beam source 4 on the powder and then moves against the first flow direction 15 of the gas flow to the outside.
  • a laser irradiation with powder melting performed in a further irradiation path 18, which is offset in a direction transverse to the direction of movement of the laser beam in the irradiation paths 17 to 22 with respect to the irradiation path 17 to the outside, again from the central region outward against the flow of the gas flow 7, a laser irradiation with powder melting performed.
  • This is repeated for the four irradiation paths 17 to 20 shown next to one another.
  • the first flow direction 15 is opposite to the direction of movement of the laser beam in the irradiation paths 17 to 20.
  • the laser beam 13 is in turn led outwards from a central inner area, but now the second flow direction 16 of the gas flow 7 is opposite to the preceding first flow direction 15 and in turn opposite to the direction of movement of the laser beam 13 is set.
  • welding spatter occurring subsequently can be directed onto ready molten or solidified material in the event of an oblique irradiation of the laser beam onto the powder by the gas flow opposing the direction of movement of the laser beam, so that an impairment of not yet melted powder is avoided can be.
  • by starting the irradiation in a central area adjacent to a moving direction of the laser beam 13 to the outside be started to a possibly already melted area, so that in addition there is an additional avoidance of contamination of the powder by welding spatter.
  • the irradiation sequence starting from irradiation areas near the central area and subsequent irradiation of areas in the direction of the edge of the processing area or the powder bed, that the spatter welds are essentially produced in areas which have already been melted or already are again are solidified, as collected by the deflection of the laser beam, the weld spatter on the center of the building platform facing side of the molten bath.
  • the beginning of the irradiation in a range can be made in which a possible vertical incidence of the laser beam 13 is possible on the powder to be connected.
  • an optimized processing can thus be achieved which avoids both an impairment of the laser beam by evaporating material from the melt and the contamination of not yet melted powder material by welding spatter.

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Abstract

The present invention relates to a device and a method for the rapid manufacturing of components through the layered bonding of powder particles to each other and/or to a semi-finished product or substrate already produced, using selective interaction of the powder particles with a high-energy beam (13), wherein, during the bonding of the powder particles into a layer made of powder particles with the aid of the high-energy beam, a gas flow (7) which has a current direction having a directional component directed at least partially parallel to the layer of the powder particles is provided across the layer of powder particles and/or the bonding area in the layer of powder particles, wherein the directional component of the gas flow (7) directed at least partially parallel to the layer of powder particles during the bonding of the powder particles in a layer is generated in at least two directions which have oppositely-directed directional components.

Description

GENERATIVES HERSTELLUNGSVERFAHREN UND VORRICHTUNG HIERZU MIT ENTGEGENGESETZT GERICHTETEN SCHUTZGASSTRÖMEN PARALLEL ZUR PULVERSCHICHT  GENERATIVE MANUFACTURING METHOD AND APPARATUS HAVING SUBSEQUENTLY TARGETED PROTECTION GAS FLOORS PARALLEL TO POWDER LAYER
HINTERGUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION FIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selektiven Laser - oder Elektronenstrahlschmelzen. The present invention relates to a method and a device for the generative production of components by layer-wise bonding of powder particles to one another and / or with an already produced semi-finished product or substrate by selective interaction of the powder particles with a high-energy beam, in particular a method and a device for selective laser cutting. or electron beam melting.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Generative Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, selektives Elektronenstrahlschmelzen oder Laserauftragsschweißen, bei denen das Bauteil schichtweise unter Einsatz von Pulvermaterial aufgebaut wird, werden in der Indust- rie für das sogenannte rapid tooling, rapid prototyping oder auch für die Herstellung von Serienprodukten im Rahmen des rapid manufacturing eingesetzt. Insbesondere können derartige Verfahren auch zur Herstellung von Turbinenteilen, insbesondere von Teilen für Flugzeugtriebwerke eingesetzt werden, bei denen beispielsweise aufgrund auf Grund des verwendeten Materials derartige generative Herstellungsverfahren vorteilhaft sind. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 10 2010 050 531 AI . Generative manufacturing processes for producing a component, such as, for example, selective laser melting, selective electron beam melting or laser deposition welding, in which the component is built up in layers using powder material, are used in industry for so-called rapid tooling, rapid prototyping or also for the production of series products used in the context of rapid manufacturing. In particular, such methods can also be used for the production of turbine parts, in particular of parts for aircraft engines, in which, for example due to the material used, such generative production methods are advantageous. An example of this can be found in DE 10 2010 050 531 AI.
Bei der generativen Herstellung mit einem schichtweisen Aufbringen von Material kann es jedoch zur Ausbildung von Materialverdampfungen aus der Schmelze oder zur Entstehung von Schweißspritzern kommen, die die generative Fertigung beeinträchtigen können. So kann einerseits das Kondensat von Materialverdampfungen die Einkopplung des hochenergetischen Strahls in das Pulver beeinträchtigen und durch Abscheidung der Schweißspritzer auf noch nicht aufgeschmolzenem Pulvermaterial können Werkstofffehler bei nachfolgenden Schweißprozessen ent- stehen. Dadurch kann es zum Ausfall und Versagen des Bauteils bei der späteren Anwendung kommen, was entsprechend vermieden werden muss. In generative production with a layered application of material, however, it may lead to the formation of material evaporations from the melt or the formation of weld spatter, which can affect the generative manufacturing. On the one hand, the condensate of material evaporations can impair the coupling of the high-energy jet into the powder, and by depositing the weld spatter on powder material that has not yet been melted, material defects can be produced during subsequent welding processes. stand. This can lead to failure and failure of the component in the subsequent application, which must be avoided accordingly.
Zur Vermeidung der Beeinträchtigung der Bestrahlung des aufzubringenden Werkstoffpulvers durch Materialverdampfungen wurde bereits die Verwendung von Schutzgasströmungen vorge- schlagen, wie diese beispielsweise in der DE 10 2006 014 835 AI , der DE 10 2010 052 206 AI oder der WO 98/24574 AI offenbart ist. Neben stationären Vorrichtungen zur Erzeugung eines Gasflusses über die abzuscheidende Pulverschicht zur Ausbildung einer Schutzgasströmung ist aus diesen Dokumenten auch eine bewegliche Düse zur lokalen Erzeugung eines Schutzgasstroms direkt im Auftreffbereich des Laserstrahls bekannt. Allerdings ist eine derartige be- wegliche Düse, die mit dem Strahl mitbewegt werden muss, sehr aufwändig in der Handhabung. In order to avoid the impairment of the irradiation of the material powder to be applied by material evaporations, the use of protective gas flows has already been proposed, as disclosed, for example, in DE 10 2006 014 835 A1, DE 10 2010 052 206 A1 or WO 98/24574 A1. In addition to stationary devices for generating a gas flow over the deposited powder layer to form a protective gas flow from these documents, a movable nozzle for the local generation of a protective gas stream directly in the impingement of the laser beam is known. However, such a movable nozzle, which has to be moved with the jet, is very complicated to handle.
Sowohl bei der beweglichen Einrichtung zur Erzeugung einer Schutzgasströmung als auch bei den stationären Einrichtungen zur Erzeugung einer Schutzgasströmung können die Probleme mit Schweißspritzern zudem nicht in allen Bereichen des Bearbeitungsbereichs in gleicher Weise behoben beziehungsweise vermindert werden. Die WO 92/08592 AI zeigt weiterhin eine Gasflusseinrichtung für das selektive Lasersintern, bei welcher der Gasfluss die Temperatureinstellung beeinflussen soll. In addition, both in the movable device for generating a protective gas flow and in the stationary devices for generating a protective gas flow, the problems with weld spatter can not be eliminated or reduced in the same way in all areas of the processing area. WO 92/08592 A1 further shows a gas flow device for selective laser sintering, in which the gas flow is to influence the temperature setting.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ge- nerativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl bereitzustellen, bei denen das oben geschilderte Problem der Beeinträchtigung des hochenergetischen Strahls durch Verdampfungen bzw. Kondensate daraus sowie Werkstofffehler durch Schweißspritzer vermieden bzw. zumindest verringert werden können. Gleichwohl soll das Verfahren einfach durchführbar und die Vorrichtung einfach aufgebaut und bedienbar sein, um die entsprechende generative Herstellung in industriellen Prozessen einsetzen zu können. TECHNISCHE LÖSUNG It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for the generative production of components by layering of powder particles with one another and / or with a semifinished product or substrate already produced by selective interaction of the powder particles with a high-energy beam, in which above-described problem of impairment of the high-energy beam by evaporation or condensates thereof and material defects can be avoided by welding spatter or at least reduced. Nevertheless, the method should be easy to carry out and the device should be simple to set up and operate in order to use the corresponding generative production in industrial processes. TECHNICAL SOLUTION
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung setzt zur Lösung des oben geschilderten Problems zunächst wie im Stand der Technik darauf, dass ein Schutzgasstrom über der Schicht aus Pulverpartikeln, die zur Erzeugung des Bauteils miteinander verbunden werden sollen, erzeugt wird. Der Gasfluss der Schutzgasströmung wird dabei so eingestellt, dass er eine Strömungsrichtung aufweist, die zumindest einen Richtungsanteil aufweist, der parallel zur Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel aus- gerichtet ist. Dadurch können Materialverdampfungen aus der Schmelze mit dem Gasfluss abgeführt werden, sodass sie keine Beeinträchtigung für den hochenergetischen Strahl mehr darstellen können. Außerdem lassen sich mit dem Gasfluss des Schutzgasstroms auch Materialspritzer vermeiden beziehungsweise in Bereiche lenken, wie beispielsweise bereits aufgeschmolzene Bereiche oder bereits wieder erstarrte Bereiche, bei denen für eine nachfolgende Bearbeitung Schweißspritzer unkritisch sind oder in denen sich die Schweißspritzer wieder leicht entfernen lassen. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 9. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims. In order to solve the above-described problem, the invention initially relies, as in the prior art, on producing a protective gas flow over the layer of powder particles which are to be connected to one another to produce the component. The gas flow of the protective gas flow is adjusted so that it has a flow direction which has at least one directional portion, which is aligned parallel to the layer of the powder particles to be joined. As a result, material evaporations from the melt can be removed with the gas flow so that they can no longer impair the high-energy jet. In addition, with the gas flow of the protective gas flow and splash of material can be avoided or diverted into areas such as already melted areas or already re-solidified areas in which for subsequent processing spatter are uncritical or in which the weld spatter can be easily removed again.
Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgesehen, dass die Strömungsrichtung während der Abschei- dung einer einzigen Schicht so gewechselt werden kann, dass mindestens zwei unterschiedliche Strömungsrichtungen des Gasflusses vorliegen und die Strömungsrichtungen des Gasflusses ei- nander entgegengesetzte Richtungsanteile aufweisen. Durch die unterschiedlichen, zumindest teilweise entgegengesetzten Strömungsrichtungen des Gasflusses der Schutzgasströmung können die Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zu dem zu verbindenden Pulver und/oder die Bestrahlungsreihenfolge unterschiedlicher Bereiche der Pulverschicht so eingestellt und auf die Strömungsrichtung der Schutzgasströmung abgestellt werden, dass Beeinträchtigun- gen des hochenergetischen Strahls durch Materialverdampfungen und Kondensatbildung nach der Materialverdampfung sowie Werkstofffehler durch Schweißspritzer vermieden oder verringert werden können. Unter einem Richtungsanteil der Strömungsrichtung wird bei einer Betrachtung der Strömungsrichtung als Vektor ein entsprechender Vektor verstanden, der im Sinne einer Vektoraddition den entsprechenden Richtungsanteil repräsentiert. According to the invention, it is further provided that the flow direction can be changed during the deposition of a single layer such that at least two different flow directions of the gas flow are present and the flow directions of the gas flow have opposite directional components. Due to the different, at least partially opposite directions of flow of the gas flow of the protective gas flow, the direction of movement of the high-energy beam relative to the powder to be connected and / or the order of irradiation of different areas of the powder layer can be adjusted and adjusted to the flow direction of the protective gas flow, that impairing the high-energy Beam can be avoided or reduced by material evaporation and condensation after evaporation of material and material defects by welding spatter. In a directional component of the flow direction, when the flow direction is considered as a vector, a corresponding vector is understood which represents the corresponding directional component in the sense of a vector addition.
Durch das Vorsehen von mindestens zwei unterschiedlichen Strömungsrichtungen innerhalb des Abscheideprozesses einer einzelnen Pulverschicht, welche zumindest teilweise entgegengesetzte Richtungsanteile aufweisen, kann sichergestellt werden, dass die Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls von einem zentralen Bereich des Bearbeitungsbereichs, also beispielsweise einem zentralen Bereich eines Pulverbetts nach außen erfolgen kann, wobei gleichzeitig die Schutzgasströmungsrichtung entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zum aufzubringenden Pulver ist. Durch die der Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls entgegengesetzte Strömungsrichtung des Gasflusses der Schutzgasströmung wird sichergestellt, dass Materialverdampfungen von dem hochenergetischen Strahl weggeführt werden, sodass keine Wechselwirkungen der Materialverdampfungen oder Kondensatwolken mit dem Strahl zu befürchten sind. Außerdem können Schweißspritzer in Richtung des bereits aufge- schmolzenen Bereichs gelenkt werden. By providing at least two different directions of flow within the deposition process of a single powder layer having at least partially opposite directional components, it can be ensured that the direction of movement of the high-energy beam can be from a central region of the processing region, ie, for example, a central region of a powder bed to the outside At the same time, the protective gas flow direction is opposite to the direction of movement of the high-energy jet relative to the powder to be applied. By the direction of movement of the high-energy beam opposite flow direction of the gas flow of the protective gas flow ensures that material evaporations are led away from the high-energy beam, so that no interactions of the material evaporations or condensate clouds are to be feared with the beam. In addition, spatter can be directed in the direction of the area that has already been melted.
Zudem ermöglicht die Realisierung von zumindest teilweise entgegengesetzt gerichteten Strömungsrichtungen des Gasflusses von Schutzgasströmungen, dass die Bestrahlungsbereiche so gewählt werden können, dass die Bestrahlung in einem zentralen Bereich des Bearbeitungsbereichs mit einer möglichst senkrechten Einstrahlung des hochenergetischen Strahls in die Pulver- schicht erfolgt, da dann Schweißspritzer verringert werden können oder in Bereichen erzeugt werden, die bereits aufgeschmolzen oder wieder erstarrt sind. In addition, the realization of at least partially oppositely directed flow directions of the gas flow of inert gas flows makes it possible to select the irradiation areas such that the irradiation takes place in a central region of the processing area with the highest possible vertical irradiation of the high-energy beam into the powder layer, since then spatter can be reduced or generated in areas that have already melted or re-solidified.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Gasfluss der Schutzgasströmung parallel zur Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel und insbesondere parallel zu der Oberfläche eines Pulverbetts ausgebildet werden, in dem das zu erzeugenden Bauteil gefertigt wird. Weiterhin kann der Gasfluss während der Abscheidung einer Schicht zumindest in einer ersten Richtung und in einer anderen zweiten, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung eingestellt werden. According to a preferred embodiment, the gas flow of the inert gas flow can be formed parallel to the layer of the powder particles to be joined and in particular parallel to the surface of a powder bed, in which the component to be produced is manufactured. Furthermore, during the deposition of a layer, the gas flow may be adjusted at least in a first direction and in another second direction opposite to the first direction.
Zu diesem Zweck kann eine entsprechende Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln mindestens einen Gaseinlass und min- destens einen Gasauslass aufweisen, die einander gegenüberliegend an verschiedenen Seiten des Bearbeitungsbereichs angeordnet sind und jeweils sowohl als Gaseinlass als auch als Gasauslass betrieben werden können. Dadurch lässt sich in einfacher Weise eine Umkehr der Strömungsrichtung des Gasflusses einer Schutzgasströmung bewirken. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Gasauslässe und Gaseinlässe vorgesehen sein, wobei mindestens zwei Gaseinlässe an gegenüberliegenden Seiten des Bearbeitungsbereichs vorgesehen sein können und die korrespondierenden Gasauslässe an jeweils der den Gaseinlässen jeweils gegenüberliegenden Seite angeordnet sein können, sodass je nach Bedarf die Strömungsrichtung eines Gasflusses einer Schutzgasströmung in die eine oder in die entgegengesetzte Richtung verwirklicht werden kann. Darüber hinaus können um den Bearbeitungsbereich, das heißt den Bereich der Bauteilaufnahme mit dem aufgebrachten Pulver beziehungsweise einem Pulverbett, mehrere Gaseinlässe und Gasauslässe angeordnet sein, sodass unterschiedliche Strömungsrichtungen realisiert werden können. Die einstellbaren Strömungsrichtungen des Gasflusses der Schutzgasströmung können beliebige Winkel zueinander einschließen. Ferner ist es auch möglich die zumindest teilweise entgegengesetzten Strömungsrichtungen des Gasflusses der Schutzgasströmung auch bei mit dem Strahl mitführbaren Düsen zu realisieren, indem mindestens zwei Düsen oder eine relativ zum Strahl verschwenkbare Düse vorgesehen werden. For this purpose, a corresponding apparatus for the generative production of components by layer-wise joining of powder particles at least one gas inlet and min. At least one gas outlet, which are arranged opposite each other on different sides of the processing area and can be operated both as a gas inlet and as a gas outlet. As a result, a reversal of the flow direction of the gas flow of a protective gas flow can be effected in a simple manner. Alternatively or additionally, a plurality of gas outlets and gas inlets may be provided, wherein at least two gas inlets may be provided on opposite sides of the processing area and the corresponding gas outlets may be arranged on the respective opposite sides of the gas inlets, so that the flow direction of a gas flow of a protective gas flow in which can be realized in one or the opposite direction. In addition, a plurality of gas inlets and gas outlets may be arranged around the processing region, that is to say the region of the component intake with the applied powder or a powder bed, so that different flow directions can be realized. The adjustable flow directions of the gas flow of the inert gas flow may include any angle to each other. Furthermore, it is also possible to realize the at least partially opposite directions of flow of the gas flow of the protective gas flow even with the jet entrained nozzles by at least two nozzles or a nozzle pivotable relative to the jet can be provided.
In Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zum zu verbin- denden Pulver und/oder in Abhängigkeit einer Bestrahlungsreihenfolge, mit der der hochenergetische Strahl verschiedene Bereiche der Pulverschicht nacheinander bestrahlt, kann die jeweils günstige Strömungsrichtung gewählt werden. Insbesondere kann die Strömungsrichtung immer entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des hochenergetischen Strahls relativ zum Pulver gewählt werden. KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN Depending on the direction of movement of the high-energy beam relative to the powder to be connected and / or as a function of an irradiation order with which the high-energy beam successively irradiates different regions of the powder layer, the respectively favorable flow direction can be selected. In particular, the flow direction can always be chosen in opposition to the direction of movement of the high-energy jet relative to the powder. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in The accompanying drawings show in a purely schematic manner in FIG
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur generativen Herstellung von Fig. 1 is a schematic representation of a device for the generative production of
Bauteilen am Beispiel des selektiven Laserschmelzens; Fig. 2 eine um 90° gedrehte Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 ; Components using the example of selective laser melting; Fig. 2 is a rotated by 90 ° view of the device of Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Pulvervorrat und das Pulverbett beziehungsweise die Bauteilaufnahme der Vorrichtung aus Fig. 1 und 2, 3 is a plan view of the powder supply and the powder bed or the component holder of the device of FIGS. 1 and 2,
Fig. 4 eine Darstellung einer weiteren Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht ähnlich der Figur 3, 4 shows a representation of a further embodiment of a device according to the invention in a plan view similar to FIG. 3,
Fig. 5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht ähnlich der Darstellung der Figur 4, und in 5 shows a representation of a further embodiment of a device according to the invention in a plan view similar to the illustration of Figure 4, and in
Fig. 6 eine Darstellung der Strahlbewegung und der Bestrahlungsreihenfolge mit gleichzeitiger Darstellung der Strömungsrichtung eines Gasflusses in einer Draufsicht auf das Pulverbett beziehungsweise die Bauteilaufnahme einer Vorrichtung ähnlich der Darstellung der Fig. 3. 6 is an illustration of the jet movement and the irradiation sequence with simultaneous representation of the flow direction of a gas flow in a plan view of the powder bed or the component receptacle of a device similar to the representation of FIG. 3.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE EMBODIMENTS
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of embodiments, wherein the invention is not limited to these embodiments.
Die Figur 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1 , wie sie beispielsweise für das selektive Laserschmelzen zur generativen Herstellung eines Bauteils Verwendung finden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Hubtisch 2, auf dessen Plattform ein Halbzeug 3 angeordnet ist, auf dem schichtweise Material abgeschieden wird, um ein dreidimensionales Bauteil zu erzeugen. Hierzu wird mittels des Schiebers 8 Pulver, das sich oberhalb eines Hubtisches 9 in einem Pulvervorrat 10 befindet, schichtweise über das Halbzeug 3 geschoben und anschließend durch den Laserstrahl 13 eines Lasers 4 durch Aufschmelzen mit dem bereits vorhandenen Halbzeug 3 verbunden. Die Verbindung des Pulvermaterials in einer Pulverschicht mit dem Halbzeug 3 erfolgt durch den Laser 4 abhängig von der gewünschten Kontur des zu fertigenden Bauteils, sodass beliebige, dreidimensionale Formen erzeugt werden können. Entsprechend wird der Laserstrahl 13 über das Pulverbett 12 geführt, um durch unterschiedliche Auf- treffpunkte auf dem Pulverbett entsprechend der Kontur des dreidimensionalen Bauteils in der der Pulverschichtebene entsprechenden Schnittebene Pulvermaterial aufzuschmelzen und mit dem bereits erzeugten Teil eines Bauteils oder einem anfanglich bereit gestellten Substrat zu verbinden. Hierbei kann der Laserstrahl 13 durch eine geeignete Ablenkeinheit über die Oberfläche des Pulverbetts 12 geführt werden und/oder das Pulverbett könnte gegenüber dem Laserstrahl 13 bewegt werden. Um unerwünschte Reaktionen mit der Umgebungsatmosphäre beim Aufschmelzen zu vermeiden, wird der Prozess in einem abgeschlossenen Raum, der durch ein Gehäuse 1 1 der Vorrichtung 1 bereit gestellt wird, durchgeführt und es wird zudem eine inerte Gasatmosphäre bereit gestellt, um beispielsweise Oxidation des Pulvermaterials und dergleichen beim Abscheiden zu vermeiden. Als inertes Gas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden, welches über eine nicht dargestellte Gasversorgung bereitgestellt wird. 1 shows in a purely schematic representation of a device 1, as they can be used for example for the selective laser melting for the generative production of a component. The device 1 comprises a lifting table 2, on the platform of which a semi-finished product 3 is arranged, on which layer-by-layer material is deposited in order to produce a three-dimensional component. For this purpose, by means of the slider 8 powder, which is located above a lifting table 9 in a powder supply 10, pushed in layers over the semifinished product 3 and then connected by the laser beam 13 of a laser 4 by melting with the already existing semifinished product 3. The connection of the powder material in a powder layer with the semifinished product 3 is effected by the laser 4 depending on the desired contour of the component to be manufactured, so that any three-dimensional shapes can be produced. Correspondingly, the laser beam 13 is guided over the powder bed 12 in order to melt powder material through different impingement points on the powder bed in accordance with the contour of the three-dimensional component in the cutting plane corresponding to the powder layer plane, and with the already generated part of a component or an initially provided substrate to connect. In this case, the laser beam 13 can be guided by a suitable deflection unit over the surface of the powder bed 12 and / or the powder bed could be moved relative to the laser beam 13. In order to avoid undesired reactions with the ambient atmosphere during reflow, the process is performed in a sealed space provided by a housing 11 of the apparatus 1, and an inert gas atmosphere is also provided, for example, oxidation of the powder material and the like to avoid when depositing. As an inert gas, for example, nitrogen can be used, which is provided via a gas supply, not shown.
Anstelle des Stickstoffs können auch andere, geeignete Inertgase verwendet werden. Instead of the nitrogen, other suitable inert gases can be used.
Darüber hinaus sind auch andere Strahlungsarten denkbar, wie beispielsweise Elektronenstrahlen oder andere Teilchenstrahlen oder Lichtstrahlen, die bei der Stereolithographie eingesetzt werden. An zwei gegenüberliegenden Seiten des Pulverbetts 12 beziehungsweise der Bearbeitungsbereichs in der Bauteilaufnahme, der im Wesentlichen durch das Pulverbett definiert ist, sind mehrerer Gaseinlässe 5 in Form von Düsen und mehrere Gasauslässe 6 in Form von Absaugöffnun- gen vorgesehen, um einen Gasfluss 7 parallel zur Oberfläche des Pulverbettes 12 zu erzeugen (siehe Fig. 2). Durch den Gasfluss 7 eines inerten Gases wird zum einen das Pulverbett 12 zu- sätzlich vor einer möglichen Oxidation oder sonstigen Verunreinigungen geschützt, da der Gasfluss 7 eine Art Schutzschirm ausbildet. Zum anderen eröffnet der Gasfluss 7 parallel zur Oberfläche des Pulverbetts 12 darüber hinaus die Möglichkeit aus dem Schmelzbad austretende Materialverdampfungen und daraus entstehendes Kondensat beziehungsweise aus der Schmelze heraustretende Schweißspritzer im Gasfluss aufzunehmen und abzuführen, um so zu verhindern, dass derartige Materialverdampfungen den Energieeintrag durch den hochenergetischen Laserstrahl 14 stören oder Schweißspritzer sich auf dem Pulverbett 12 mit noch losem Pulver absetzen und zu Werkstofffehlern fuhren. In addition, other types of radiation are conceivable, such as electron beams or other particle beams or light beams, which are used in stereolithography. On two opposite sides of the powder bed 12 and the processing area in the component receiving, which is essentially defined by the powder bed, a plurality of gas inlets 5 in the form of nozzles and a plurality of gas outlets 6 in the form of Absaugöffnun- gene provided to a gas flow 7 parallel to the surface of the powder bed 12 (see FIG. 2). By the gas flow 7 of an inert gas, on the one hand, the powder bed 12 is additionally protected against a possible oxidation or other impurities since the gas flow 7 forms a kind of protective screen. On the other hand, the gas flow 7 parallel to the surface of the powder bed 12 also opens up the possibility of absorbing and discharging material evaporations emerging from the melt bath and resulting spatter from the melt in order to prevent such material evaporations from introducing energy through the high-energy Disturbing the laser beam 14 or welding spatter settle on the powder bed 12 with still loose powder and lead to material defects.
Um die Strömungsrichtung des Gasflusses 7 mindestens zwischen zwei entgegengesetzten Richtungen wechseln zu können, sind sowohl auf der einen als auch auf der gegenüberliegenden Seite des Pulverbetts 12 sowohl Gaseinlässe 5 als auch Gasauslässe 6 vorgesehen. Bei der Darstellung der Figur 1 sind die Gaseinlässe 5 und Gasauslässe 6, die abwechselnd angeordnet sind, an einer Seite des Bearbeitungsbereichs zu sehen, während in der Figur 2 bei der um 90° gedrehten Schnittdarstellung der Gasfluss 7 zwischen den einander gegenüberliegenden Gaseinlässen 5 und Gasauslässen 6 zu erkennen ist. In order to be able to change the flow direction of the gas flow 7 at least between two opposite directions, both on the one side and on the opposite side the powder bed 12 both gas inlets 5 and 6 gas outlets provided. In the illustration of Figure 1, the gas inlets 5 and gas outlets 6, which are arranged alternately, to see on one side of the processing area, while in the figure 2 in the rotated by 90 ° sectional view of the gas flow 7 between the opposite gas inlets 5 and gas outlets 6 can be seen.
Die Figur 3 zeigt in einer weiteren Darstellung in einer Draufsicht die Möglichkeit, durch die Anordnung von abwechselnd Gaseinlässen 5 und Gasauslässen 6, die einander gegenüberliegen, entgegengesetzte Strömungsrichtungen des Gasflusses 7 realisieren zu können. Obwohl in der Figur 3 beide Strömungsrichtungen für den Gasfluss 7 gezeigt sind, wird beim Betrieb der Vor- richtung lediglich eine einzige Strömungsrichtung im Betrieb realisiert und zwar entweder in die eine oder in die andere Richtung bzw. bei der Aufbringung einer einzelnen Schicht zunächst in die eine Richtung und dann in die entgegengesetzte Richtung. FIG. 3 shows in a further illustration in a plan view the possibility of being able to realize opposite flow directions of the gas flow 7 by arranging alternately gas inlets 5 and gas outlets 6 which lie opposite one another. Although both flow directions for the gas flow 7 are shown in FIG. 3, during operation of the device only a single flow direction is realized in operation, either in one or the other direction or in the application of a single layer into the first one direction and then in the opposite direction.
Die Figur 4 zeigt in einer ähnlichen Darstellung einer Draufsicht auf das Pulverbett beziehungsweise den Bearbeitungsbereich eine weitere Möglichkeit der Gestaltung einer Einrichtung zur Erzeugung eines Gasflusses 7 über dem Pulverbett 12, wobei hier umlaufend um den gesamten Pulverbettbereich beziehungsweise Bearbeitungsbereich mehrere Gaseinlässe 5 und Gasauslässe 6 angeordnet sind, die jedoch jeweils ineinander integriert sind, sodass der Gaseinlass 5 gleichzeitig auch als Gasauslass 6 fungieren kann. Auf diese Weise ist es möglich mit denselben Gasein - und - auslassen Gasströmungen mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen zu realisieren, wie in Figur 4 durch die Doppelpfeile 14 angezeigt ist. Durch die Anordnung der integriertenFIG. 4 shows, in a similar representation of a plan view of the powder bed or the processing area, a further possibility of designing a device for generating a gas flow 7 over the powder bed 12, several gas inlets 5 and gas outlets 6 being arranged circumferentially around the entire powder bed area or processing area , which are, however, integrated into each other, so that the gas inlet 5 can simultaneously act as a gas outlet 6. In this way, it is possible with the same gas in and out to realize gas flows with opposite flow directions, as indicated in Figure 4 by the double arrows 14. By the arrangement of the integrated
Gaseinlässe und Gasauslässe 5, 6 um den gesamten Bearbeitungsbereich können nicht nur entgegengesetzte Strömungsrichtungen des Gasflusses verwirklicht werden, sondern es können viele Strömungsrichtungen 15, 16 des Gasflusses mit verschiedenen Winkeln zueinander realisiert werden, wie dies in Figur 5 dargestellt ist. In Fig. 5 sind eine erste und eine zweite Strömungs- richtung gezeigt. Allerdings sind mehr als zwei unterschiedliche Strömungsrichtungen mit unterschiedlichen Winkeln zueinander möglich. Damit ist es möglich den Gasfluss des Inertgases über das Pulverbett variabel an die Bewegungsrichtung und die Bestrahlungsreihenfolge des Laserstrahls anzupassen. Gas inlets and gas outlets 5, 6 around the entire processing area can not only be realized opposite flow directions of the gas flow, but it can many flow directions 15, 16 of the gas flow with different angles to each other are realized, as shown in Figure 5. In Fig. 5, a first and a second flow direction are shown. However, more than two different flow directions with different angles to each other are possible. This makes it possible to adjust the gas flow of the inert gas over the powder bed variable to the direction of movement and the order of irradiation of the laser beam.
Die Figur 6 zeigt ein Beispiel, wie der Laserstrahl 13 nacheinander in verschiedenen Bestrah- lungsbahnen 17 bis 22 bei unterschiedlichen Strömungsrichtungen 15, 16 des Gasflusses 7 be- wegt werden kann. Zunächst wird der Laserstrahl 13 gemäß der Bestrahlungsbahn 17 in einem zentralen Bereich des Bearbeitungsbereichs, beispielsweise in der Mitte des Pulverbetts, direkt unterhalb der Laserstrahlquelle 4 auf das Pulver gerichtet und bewegt sich anschließend entgegen der ersten Strömungsrichtung 15 des Gasflusses nach außen. Anschließend wird in einer weiteren Bestrahlungsbahn 18, die in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Laserstrahls in den Bestrahlungsbahnen 17 bis 22 gegenüber der Bestrahlungsbahn 17 nach außen versetzt ist, wiederum vom zentralen Bereich nach außen entgegen der Strömung des Gasflusses 7 eine Laserbestrahlung mit Pulveraufschmelzung durchgeführt. Dies wiederholt sich für die vier nebeneinander dargestellten Bestrahlungsbahnen 17 bis 20. In allen diesen Fällen ist die erste Strömungsrichtung 15 entgegen der Bewegungsrichtung des Laserstrahls in den Bestrahlungsbahnen 17 bis 20. FIG. 6 shows an example of how the laser beam 13 is successively conveyed in different irradiation paths 17 to 22 at different flow directions 15, 16 of the gas flow 7. can be moved. First, the laser beam 13 is directed in accordance with the irradiation path 17 in a central region of the processing area, for example in the middle of the powder bed, directly below the laser beam source 4 on the powder and then moves against the first flow direction 15 of the gas flow to the outside. Subsequently, in a further irradiation path 18, which is offset in a direction transverse to the direction of movement of the laser beam in the irradiation paths 17 to 22 with respect to the irradiation path 17 to the outside, again from the central region outward against the flow of the gas flow 7, a laser irradiation with powder melting performed. This is repeated for the four irradiation paths 17 to 20 shown next to one another. In all of these cases, the first flow direction 15 is opposite to the direction of movement of the laser beam in the irradiation paths 17 to 20.
Bei den Bestrahlungsbahnen 21 , 22, die in der Bestrahlungsreihenfolge als Nummer 5 und 6 ausgeführt werden, wird der Laserstrahl 13 wiederum von einem zentralen inneren Bereich nach außen geführt, wobei nunmehr jedoch die zweite Strömungsrichtung 16 des Gasflusses 7 entge- gengesetzt zur vorangegangenen ersten Strömungsrichtung 15 und wiederum entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Laserstrahles 13 eingestellt wird. In the case of the irradiation paths 21, 22, which are executed in the order of irradiation as numbers 5 and 6, the laser beam 13 is in turn led outwards from a central inner area, but now the second flow direction 16 of the gas flow 7 is opposite to the preceding first flow direction 15 and in turn opposite to the direction of movement of the laser beam 13 is set.
Durch die jeweils der Strömungsrichtung des Gasflusses entgegengesetzte Bewegungsrichtung des Laserstrahls 13 wird verhindert, dass aus der Schmelze ausdampfendes Material in den Bereich des Laserstrahls 14 gelangen kann und eine Beeinträchtigung der Einkopplung des Laser- Strahls in das Pulvermaterial verursachen könnte. Durch den Beginn der Bestrahlung in einem zentralen Bereich mit direkter Einstrahlung des Laserstrahls senkrecht auf den Pulverbereich, wird eine Verringerung der Schweißspritzer ermöglicht, da bei senkrechter Einstrahlung Schweißspritzer weitgehend vermieden werden können. Durch die anschließende Bewegung des Laserstrahls 13 nach außen können nachfolgend auftretende Schweißspritzer bei einer schrägen Einstrahlung des Laserstrahls auf das Pulver durch die der Bewegungsrichtung des Laserstrahls entgegengesetzt gerichtete Gasströmung auf bereite aufgeschmolzenes beziehungsweise wieder erstarrtes Material gelenkt werden, sodass eine Beeinträchtigung von noch nicht aufgeschmolzenem Pulver vermieden werden kann. Außerdem kann durch den Beginn der Bestrahlung in einem zentralen Bereich mit einer Bewegungsrichtung des Laserstrahls 13 nach außen benachbart zu einem möglicherweise bereits aufgeschmolzenen Bereich gestartet werden, sodass auch hier zusätzlich eine Vermeidung der Verschmutzung des Pulvers durch Schweißspritzer gegeben ist. The movement direction of the laser beam 13, which direction of flow is opposite to that of the flow of gas, prevents material evaporating from the melt from entering the region of the laser beam 14 and could impair the coupling of the laser beam into the powder material. By starting the irradiation in a central area with direct irradiation of the laser beam perpendicular to the powder area, a reduction of the spatter is made possible, since with perpendicular irradiation welding spatter can be largely avoided. As a result of the subsequent movement of the laser beam 13 to the outside, welding spatter occurring subsequently can be directed onto ready molten or solidified material in the event of an oblique irradiation of the laser beam onto the powder by the gas flow opposing the direction of movement of the laser beam, so that an impairment of not yet melted powder is avoided can be. In addition, by starting the irradiation in a central area adjacent to a moving direction of the laser beam 13 to the outside be started to a possibly already melted area, so that in addition there is an additional avoidance of contamination of the powder by welding spatter.
Entsprechend kann auch durch die Bestrahlungsreihenfolge ausgehend von Bestrahlungsberei- chen nahe dem zentralen Bereich und anschließende Bestrahlung von Bereichen in Richtung des Randes des Bearbeitungsbereichs beziehungsweise des Pulverbetts erreicht werden, dass die Schweißspritzer im Wesentlichen in Bereichen erzeugt werden, die bereits aufgeschmolzen worden sind beziehungsweise bereits wieder erstarrt sind, da sich durch die Auslenkung des Laserstrahls die Schweißspritzer auf der den Mittelpunkt der Bauplattform zugewandten Seite des Schmelzbades sammeln. Bei einer nicht zentralen Anordnung der Laserquelle 4 zum Bearbeitungsbereich kann der Beginn der Bestrahlung in einem Bereich vorgenommen werden, in dem eine möglichst senkrechtes Auftreffen des Laserstrahls 13 auf das zu verbindende Pulver möglich ist. Correspondingly, it can also be achieved by the irradiation sequence, starting from irradiation areas near the central area and subsequent irradiation of areas in the direction of the edge of the processing area or the powder bed, that the spatter welds are essentially produced in areas which have already been melted or already are again are solidified, as collected by the deflection of the laser beam, the weld spatter on the center of the building platform facing side of the molten bath. In a non-central arrangement of the laser source 4 to the processing area, the beginning of the irradiation in a range can be made in which a possible vertical incidence of the laser beam 13 is possible on the powder to be connected.
Mit der vorgestellten Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren mit entgegengesetzt ausgerichteten Strömungsrichtungen eines Inertgasflusses kann somit eine optimierte Bearbeitung er- folgen, die sowohl eine Beeinträchtigung des Laserstrahls durch ausdampfendes Material aus der Schmelze als auch die Verschmutzung von noch nicht aufgeschmolzenem Pulvermaterial durch Schweißspritzer vermeidet. With the presented device and the described method with oppositely directed flow directions of an inert gas flow, an optimized processing can thus be achieved which avoids both an impairment of the laser beam by evaporating material from the melt and the contamination of not yet melted powder material by welding spatter.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausfüh- rungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Änderungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein. BEZUGSZEICHENLISTE Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to these embodiments, but rather changes are possible in the manner that individual features omitted or other types of feature combinations realized as long as the scope of protection of the appended claims is not abandoned. The present disclosure includes all combinations of the features presented. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen 1 Device for selective laser melting
2 Hubtisch  2 lift table
3 Halbzeug  3 semifinished product
4 Laser 4 lasers
5 Gaseinlass (Düse)  5 gas inlet (nozzle)
6 Gasauslass (Absaugung)  6 gas outlet (suction)
7 Gasstrom  7 gas flow
8 Schieber  8 slides
9 Hubtisch 9 lift table
10 Pulvervorrat  10 powder supply
1 1 Gehäuse  1 1 housing
12 Pulverbett  12 powder bed
13 Laserstrahl  13 laser beam
14 Doppelpfeile zur Verdeutlichung entgegengesetzter Gasströmungsrichtungen14 double arrows to illustrate opposite gas flow directions
15 erste Strömungsrichtung 15 first flow direction
16 zweite Strömungsrichtung  16 second flow direction
17 - 22 Bestrahlungsbahnen mit Bewegungsrichtung des Laserstrahls in der Reihenfolge der Bestrahlung gemäß der Nummerierung  17-22 irradiation paths with the direction of movement of the laser beam in the order of irradiation according to the numbering

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), wobei während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht aus Pulverpartikeln mit Hilfe des hochenergetischen Strahls ein Gasfluss (7) mit einer Strömungsrichtung mit einem zumindest teilweise parallel zur Schicht der Pulverpartikel ausgerichteten Richtungsanteil über die Schicht der Pulverpartikel und/oder den Verbindungsbereich in der Schicht der Pulverpartikel bereitgestellt wird, 1. A method for the generative production of components by layerwise joining of powder particles with each other and / or with a semi-finished product or substrate already produced by selective interaction of the powder particles with a high-energy jet (13), wherein during the connection of the powder particles in a layer of powder particles with the aid the high-energy jet is provided with a gas flow (7) with a direction of flow with a directional proportion directed at least partially parallel to the layer of powder particles over the layer of powder particles and / or the connection region in the layer of powder particles,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der zumindest teilweise parallel zur Schicht der Pulverpartikel ausgerichtete Richtungsanteil des Gasflusses während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht in mindestens zwei Richtungen erzeugt wird, die einander entgegengesetzte Richtungsanteile aufweisen.  the directional component of the gas flow oriented at least partially parallel to the layer of the powder particles is generated during the connection of the powder particles in a layer in at least two directions which have mutually opposite directional components.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Gasfluss (7) parallel zur Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel eingestellt wird.  the gas flow (7) is set parallel to the layer of the powder particles to be connected.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Gasfluss (7) während der Verbindung der Pulverpartikel in einer Schicht in einer ersten Richtung und in einer zweiten, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung erfolgt.  the gas flow (7) takes place during the connection of the powder particles in a layer in a first direction and in a second direction opposite to the first direction.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Strömungsrichtung des Gasflusses (7) über der Schicht der zu verbindenden Pulverpartikel aus mehreren unterschiedlichen Strömungsrichtungen auswählbar ist. the flow direction of the gas flow (7) over the layer of the powder particles to be joined can be selected from a plurality of different flow directions.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Strömungsrichtung in Abhängigkeit von einer Bewegungsrichtung, mit der der hochenergetische Strahl relativ zum zu verbindenden Pulver bewegt wird, und/oder einer Bestrahlungsreihenfolge, mit der der hochenergetische Strahl Bereiche der Pulverschicht nacheinander bestrahlt, ausgewählt wird.  the flow direction is selected in accordance with a moving direction with which the high-energy beam is moved relative to the powder to be connected, and / or an irradiation order with which the high-energy beam irradiates portions of the powder layer successively.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Strömungsrichtung entgegen einer Bewegungsrichtung, mit der der hochenergetische Strahl relativ zum zu verbindenden Pulver bewegt wird, eingestellt wird.  the flow direction is set against a moving direction with which the high-energy beam is moved relative to the powder to be connected.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine Bewegungsrichtung, mit der der hochenergetische Strahl relativ zum zu verbindenden Pulver bewegt wird, so eingestellt wird, dass sich der Strahl von einem zentralen Bereich der Schicht der Pulverpartikel und/oder einem Bereich nahe der Strahlungsquelle nach außen bewegt und/oder die Bestrahlungsreihenfolge so gewählt wird, dass zuerst Bereiche bestrahlt werden, die näher einem zentralen Bereich der Schicht der Pulverpartikel und/oder einem Bereich nahe der Strahlungsquelle des hochenergetischen Strahl liegen und nachfolgend Bereiche, die davon weiter entfernt liegen.  a moving direction with which the high-energy beam is moved relative to the powder to be connected is adjusted so that the beam moves outward from a central region of the layer of powder particles and / or a region near the radiation source and / or the irradiation order is so selected is irradiated first areas that are closer to a central region of the layer of powder particles and / or a region near the radiation source of the high-energy beam and subsequently areas that are farther away from it.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Gasfluss durch inertes Gas bereitgestellt wird.  the gas flow is provided by inert gas.
9. Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Strahlerzeugungseinrichtung (4) zur Erzeugung eines hochenergetischen Strahls (13) und mit einer Bauteilaufnahme (2,12), in welcher das mit dem hochenergetischen Strahl zü verbindende Pulver angeordnet ist, und mit einer stationären Ein- richtung zur Erzeugung eines Gasflusses mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass o- der mit einer mobilen Einrichtung zur Erzeugung eines Gasflusses mit einer mit dem hochenergetischen Strahl beweglichen Düse zur Erzeugung eines lokalen Gasflusses am Auftreffbereich des Strahls auf das Pulver, 9. A device for the generative production of components by layer-wise joining of powder particles with each other and / or with a semi-finished product or substrate already produced by selective interaction of the powder particles with a high-energy beam (13), in particular according to a method according to one of the preceding claims, with a beam generating device (4) for generating a high-energy beam (13) and having a component receptacle (2, 12) in which the powder connecting to the high-energy beam is arranged, and having a stationary input Direction for generating a gas flow with a gas inlet and a gas outlet o- with a mobile device for generating a gas flow with a movable high-energy jet nozzle for generating a local gas flow at the impact of the jet on the powder,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die stationäre Einrichtung zur Erzeugung eines Gasflusses so hergerichtet ist, dass der Gaseinlass (5) auch als Gasauslass (6) und der Gasauslass (6) auch als Gaseinlass (5) betreibbar ist und/oder dass mehrere Gaseinlässe und Gasauslässe vorgesehen sind, wobei mindestens zwei Gaseinlässe und/oder zwei Gasauslässe aufeinander zuweisend ausgebildet sind,  the stationary device for generating a gas flow is prepared so that the gas inlet (5) also as gas outlet (6) and the gas outlet (6) as gas inlet (5) is operable and / or that a plurality of gas inlets and gas outlets are provided, wherein at least two gas inlets and / or two gas outlets are formed facing each other,
oder dass  or that
die mobile Einrichtung unterschiedliche Strömungsrichtungen bezüglich des zu erzeugenden Bauteils erzeugen kann.  the mobile device can generate different directions of flow with respect to the component to be produced.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10. Apparatus according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
verteilt um die Bauteilaufnahme herum mehrere Gaseinlässe und Gasauslässe angeordnet sind und/oder dass an zwei gegenüberliegenden Seiten der Bauteilaufnahme jeweils mindestens ein Gaseinlass und mindestens ein Gasauslass angeordnet sind.  distributed around the component receiving several gas inlets and gas outlets are arranged and / or that at least two gas inlet and at least one gas outlet are arranged on two opposite sides of the component receiving.
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