EP3475015A1 - Powder drying in generative production - Google Patents

Powder drying in generative production

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EP3475015A1
EP3475015A1 EP17733423.2A EP17733423A EP3475015A1 EP 3475015 A1 EP3475015 A1 EP 3475015A1 EP 17733423 A EP17733423 A EP 17733423A EP 3475015 A1 EP3475015 A1 EP 3475015A1
Authority
EP
European Patent Office
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powder
drying
gas
opening
production
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17733423.2A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim BEHM
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.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP3475015A1 publication Critical patent/EP3475015A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
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    • B22F12/52Hoppers
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    • B28B1/001Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for laser-based additive manufacturing, and more particularly to the provision of dry powder for additive manufacturing. Furthermore, the invention relates to a method for drying powder for the additive production of a component in a generative manufacturing apparatus.
  • the laser-based additive production of, in particular metallic or ceramic, workpieces is based on solidification of a starting material in powder form by the irradiation with laser light.
  • This concept also known as Selective Laser Melting, Powder Bed Fusion or Laser Metal Fusion (LMF) - is used, among other things, in (metallic) 3D printing machines.
  • An exemplary machine (herein LMF machine for producing three-dimensional products) is disclosed in EP 2 732 890 A1.
  • LMF machine for producing three-dimensional products is disclosed in EP 2 732 890 A1.
  • the advantages of generative manufacturing are generally a simple production of complex and customizable parts. In this case, in particular defined structures in the interior and / or power flow optimized structures can be realized.
  • the state of the powder is important, since e.g. a varying water content in the powder can lead to different melting processes and thus to differently solidified material structures.
  • the moisture content of the powder depends, among other things, on storage and weather conditions when the powder is loaded into the LMF machine.
  • An increased moisture content may e.g. lead to increased porosity of the material (see, for example, "Formation and reduction of hydrogen porosity during selective laser melting of AlSilOMg", Weingarten et al., Journal of Materials Processing Technology 221 (2015) 112-12) of the powder can be reduced by too high a moisture content.
  • EP 2 992 986 A1 discloses the use of a desiccant in the gas or powder cycle of an apparatus for producing SD components.
  • US 9,156,056 B2 discloses a drying unit for drying powder loaded in a storage tank by heating the storage tank. This procedure may have the disadvantage that the drying takes longer with increasing size of the reservoir. Thus, the ratio of the surface of the powder in the reservoir, which is directly exposed to the surrounding atmosphere and thus allows removal of moisture from the powder in the reservoir, to the total volume of the powder in the reservoir decreases.
  • EP 3 023 228 A1 discloses a machine for the generative fabrication of three-dimensional products on a platform which directs gas flow over the platform to remove e.g. Provides smoke from the interaction zone.
  • Other gas cycle configurations are made of e.g. DE 10 2010 052 206 AI, DE 10 2006 014 835 AI and
  • WO 2010/007394 AI known.
  • One aspect of this disclosure is based on the object of bringing the moisture content of the powder for the building application to a low, and if possible, during production substantially constant, level.
  • At least one of these objects is achieved by a manufacturing apparatus for the additive production of a three-dimensional component from a powder according to claim 1 and by a method for drying powder for the additive manufacturing according to claim 11. Further developments are specified in the subclaims.
  • a manufacturing apparatus for generatively producing a three-dimensional component from a powder includes a work space providing a work surface comprising a build platform area and a powder reservoir area, a beam source for generating a beam for powder irradiation in the build platform area for making the component in-layers; a powder reservoir for providing the powder through a supply port in the working surface into the powder reservoir region; a pusher for transferring the powder from the powder reservoir region to the construction platform region and a gas system for providing a drying gas stream across the supply port in the working surface to receive moisture from an uppermost layer of the powder flows.
  • the manufacturing apparatus further comprises a build cylinder having a lowerable die providing a platform for forming a powder bed and a component powder area defined by the platform connected to the build platform area through an irradiation opening in the work surface Gas system forms the drying gas flow substantially transversely to the alignment direction of the openings in the work surface.
  • the gas system may comprise an outlet opening structure, in particular arranged on or in a front wall or a door of the production apparatus, and a suction opening structure, in particular arranged on or in a rear wall of the production apparatus, wherein the outlet opening structure and the suction opening structure are arranged on opposite sides of the supply opening.
  • the outlet opening structure and / or the suction opening structure may be designed such that a flow pattern of the drying gas stream in the powder reservoir region which is directed in the direction of the supply opening, in particular laminar, is formed.
  • the gas system can be designed as a gas circulation system, which comprises a filter unit with a drying medium for removing moisture from the gas, and wherein the drying medium is arranged in particular in a replaceable, and for example separable via valves component in the gas cycle.
  • the gas system may further comprise a protective gas tank and / or an inert gas connection, a pump system, valves and / or lines for connecting the individual components of the gas circulation system, in particular comprising argon or nitrogen.
  • the gas system can be subdivided into a main housing section, which is arranged below and behind the production space, for example, and a (door) section, for example integrated in a door.
  • the gas system is configured to provide a particulate discharge gas stream, particularly parallel to the drying gas stream, extending above the irradiation port in the working surface for discharging particles from an interaction zone in the building platform region.
  • the heating from above has the advantage that substances adsorbed to the powder, such as water (moisture), in a top powder layer after heating, desorb faster and diffuse through the powder, so that the powder of the top powder layer is dried faster by the drying gas stream , Under special conditions, the underlying powder layers can (strongly) heat up in spite of the usually poor heat conduction properties of the powder in such a way that moisture increasingly diffuses out of them into the upper powder layer.
  • substances adsorbed to the powder such as water (moisture)
  • moisture moisture
  • a method of drying powder for additive manufacturing includes the steps of providing a quantity of fresh powder above a supply port in a work surface and providing a drying gas stream that flows through the supply port in the work surface to receive moisture from an uppermost one Position of the powder flows.
  • the provision of the amount of fresh powder may be accomplished by gradually increasing a powder supply amount across the working surface through the supply port, providing the drying gas stream simultaneously with a powder irradiation process at an irradiation port, and / or the drying gas stream may be substantially transverse to the alignment direction of the openings in the working surface stream.
  • the method may include a drying assisting step of heating the above-prepared supply amount of fresh powder from above, the heating particularly by irradiating heat radiation to the Provision opening, and in particular on the irradiation opening, can be done in the work surface for heating the uppermost layer of the powder.
  • An advantage of the concepts described herein is that drying can act almost immediately on the powder used to build up the subsequent layers. It is not absolutely necessary to dry the powder in the LMF machine or even for hours before, thus delaying the start of the production process.
  • the concepts described herein may allow stabilization of the manufacturing process against variations in the humidity of the powder used. Furthermore, external drying times of the powder can be reduced or even completely eliminated. Thus, the concepts described herein may accelerate the start of production by rapidly drying the incrementally required quantities of powder by means of e.g. Argon streams allow, since the slow drying of the entire powder can be omitted.
  • the structures described herein may allow a simple and rapid change of the drying medium in the gas cycle through the use of desiccant packages. For example, a change of desiccant packages within a minute or less.
  • the concepts described herein may further have the advantage that the drying process is parallel to the main time, i. at the same time as the construction phase, expires.
  • FIG. 1 shows a schematic spatial representation of an exemplary generative manufacturing device
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus from FIG. 1 parallel to the XY plane through the production space, FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus from FIG. 1, parallel to the XZ plane through the production space, as indicated in FIG. 2
  • FIG. Fig. 4 is a schematic sectional view of the generative manufacturing apparatus of FIG. 1 parallel to the YZ plane through the production space as indicated in Fig. 2 and
  • FIG. 5 is a sketch to illustrate an exemplary gas cycle of a generative manufacturing device.
  • aspects described herein are based, in part, on the recognition that targeted drying of a topmost powder layer can be effected by a (e.g., dried argon) blanket gas stream.
  • a (e.g., dried argon) blanket gas stream e.g., a dried argon blanket gas stream.
  • a complete and lengthy drying of the entire amount of powder (based on a diffusion of water vapor through the porosity in the powder bed) before, during or after the filling of the reservoir can be omitted when using such a surface drying stream.
  • FIGS. 1 to 4. An embodiment of an LMF machine designed to provide such a powder drying process integrated in the production process will be explained below with reference to FIGS. 1 to 4.
  • Fig. 5 shows an exemplary gas cycle for use in such LMF machines.
  • FIG. 1 shows an exemplary generative production device 1 for producing an SD component 3 from a powder 5.
  • the manufacturing apparatus 1 comprises a main housing 11, which provides a production space 13.
  • a front wall 15 limits the production space 13 on the front side.
  • the main housing 11 further comprises a rear wall 18, side walls and a ceiling, which together define the production space 13.
  • the front wall 15 has a front frame 15A with an opening 17, through which access to the production space 13 of the manufacturing device 1 is made possible.
  • the opening 17 may be interrupted during the manufacturing process by e.g. on the front wall 15 attached door 31 (handle 31 A, shutter 31 B) are closed (see Fig. 2). With the door 31 open, there is access to the manufacturing space 13 of the manufacturing apparatus 1 (see Fig. 1) and an operator can e.g. Carry out the necessary preparatory steps such as cleaning the production space 13 and refilling the powder reservoir and remove the finished component 3.
  • Fig. 1 further shows a slider 19 (also referred to herein as a wiper) for distributing the powder 5 during the manufacturing process.
  • the manufacturing process takes place on a work surface 21, which forms the bottom of the production space 13.
  • the work surface 21 has a construction platform area 23A, a powder reservoir area 23B and (optionally) a powder collecting area 23C.
  • the building platform area 23 A can be provided centrally with respect to the opening 17. In it, the irradiation process for the production of the 3D component 3 takes place.
  • the powder reservoir region 23B serves to provide fresh powder 5A, which is transferred to the slide 19 for the manufacture of the 3D component 3 in the construction platform region 23A in a manner of one piece.
  • the building platform portion 23A is arranged in the X direction (i.e., the opening 17 in the transverse direction) between the powder reservoir portion 23B and the powder collecting portion 23C.
  • the powder reservoir area 23B has a e.g. cylindrical powder reservoir 25, the upper end of which opens into a (powder) supply opening 21B of the working surface 21.
  • a punch 25 A for example, metallic or ceramic powder 5 can gradually be lifted from the powder reservoir 25 to above the working surface 21 (along arrow 26). If a new layer is required for irradiation, the slider 19 can be used to move the fresh powder 5A projecting beyond the working surface 21 laterally in the X-direction into the building platform area 23A.
  • the slider 19 extends in Fig. 2 in the Y direction, which is orthogonal to the transverse direction (X direction) in the work surface 21.
  • the build platform area 23A has a e.g. cylindrical construction cylinder 27 with a lowerable, a platform for forming a powder bed providing punch 27A.
  • a component powder region bounded by the platform is formed, which is connected to the building platform region 23A through the irradiation opening 21A in the working surface 21.
  • the punch 27A is lowered so that a recess defined by an irradiation opening 21A in the working surface 21 is formed, into which the fresh powder 5A can be displaced with the slide 19, so that a new upper powder layer is formed in the powder bed to be irradiated.
  • Powder 5B not needed to build up the new layer can be moved with the slider 19 through an opening 21C of the working surface 21 in the powder collecting area 23C, e.g. be moved to a collection container for recycling.
  • the main housing 11 further comprises at least parts of a gas circulation system 41, such as a protective gas tank and / or an inert gas connection and a pump system (not shown) and a filter unit 71.
  • the gas circulation system 41 allows the production space 13 to flood with eg inert gas such as argon or nitrogen during the manufacturing process. Further details of the gas circulation system 41 are explained below in particular in connection with FIG. 5.
  • An irradiation system 51 can be mounted on the main housing 11, for example above the building platform area 23A.
  • the irradiation system 51 is designed to generate radiation, for example laser light, which can fuse the powder 5 into material layers of a component 11. It is based for example on a fiber or disk laser system. Alternatively, laser light may be guided from such a source to the main body 11.
  • the main housing 11 has a scanner system, which can guide the radiation in a matched to the component 3 path in the building platform area 23A for locally melting the uppermost powder layer of the powder bed.
  • the parameters of the powder influence the interaction of the radiation / the laser light with the powder and thus the fusion of the powder grains.
  • the moisture content of the powder affects the manufacturing process.
  • the gas cycle system 41 is designed such that a surface drying flow 40 of the protective gas via / on the opening 21B of the working surface 21 and thus on / on the top powder layer of the powder reservoir 25 is directed.
  • the protective gas is preferably "dried", for example it has a moisture content of less than about 0.0005 g / 1.
  • dryable protective gases are argon and nitrogen
  • the drying of the protective gas can be effected by passing the protective gas through or over a drying medium / Desiccant (eg anhydrone from LECO) in the gas circulation system 41 done.
  • the drying gas stream 40 is formed substantially transversely to the direction of alignment (here, the X direction) of the openings 21A, 21B, i. He flows accordingly in the Y direction through the opening 21 A in the work surface 21st
  • the drying and the subsequent transfer of the dried gas over the uppermost powder layer in the powder reservoir 25 can be designed to dry just that small amount of powder (small compared to the total amount of powder in the powder reservoir 25), immediately following for the construction of the next layer of the component 3 is used with the laser beam. Since substantially only the upper layer of powder 5A is used in the next-layer reservoir, the amount of powder to be dried is small, so that the powder 5A can be sufficiently dried by the inert gas flowing along. In general, the drying before, during and / or after lifting the stamp 25 A, in particular permanently.
  • FIGS. 1 to 4 An exemplary realization of the desired flow course in the production space 13 can be effected by the gas circulation system 41 illustrated in FIGS. 1 to 4.
  • the flow pattern is implemented by way of example in combination with a special flow pattern for Rußabbow, in which a (Rußabschreib-) gas stream 42 from the door 31 to the rear wall 18 (or in the opposite direction) flows over the Baure Scheme 23 A.
  • carbon black is representative of minute particles that are involved in the interaction of e.g. Laser light can arise with the powder.
  • these very small particles can be blown out of the interaction region by a corresponding flow and then sucked off.
  • the gas cycle system 41 comprises a main housing section 41A, which is arranged below and behind the production space 13, for example, and an door section 41B integrated in the door 31.
  • the main body portion 41A includes e.g. the protective gas tank and / or the protective gas connection to an external source of protective gas, the pump system and the filter unit 71 of the gas circulation system 41.
  • the filter unit 71 is fluidly connected to a suction port structure 55 in the rear wall 18 via a conduit 46A.
  • the suction port structure 55 is disposed near the work surface 21 in the area of the powder reservoir portion 23B.
  • an extension of the Absaugö Stammstechnik 55 in the building platform area 23 A is indicated by dashed lines.
  • the filter unit 71 is fluid-connected to an outlet opening structure 45 A in the door 31.
  • the main housing portion 41 A of the gas circulation system 41 comprises a line 46 B to the front wall 15, which opens into a (housing) port 43 A in a region covered by the door 31 area.
  • the connection opening 43 A is in fluid communication with the door portion 41 B of the gas circulation system 41 via a (door) connection opening 43 B.
  • the door portion 41B includes the drying flow discharge port structure 45A, possibly a soot discharge flow outlet port structure 45B, the port 45A, and one or more communication lines 47 from the port 45A to the outlet ports 45A, 45B.
  • switchable valves or a plurality of connection openings may, for example, also be provided in order to be able to control the outflow of the protective gas from the outlet opening structures 45 A, 45 B.
  • the outlet opening structure 45A and / or the suction opening structure 55 may be shaped in such a way that a flow path which is as laminar as possible (in the direction of the supply opening 21B) is as close as possible to the flow path
  • Powder reservoir region 23B is formed (see surface drying stream 40A in Fig. 4).
  • the gas circulation system 41 is configured to be on one side of the
  • Powder reservoir portion 23 B (dry) inert gas in the direction of the opening 21 B of the working surface 21 to flow out and on an opposite side to discharge the protective gas, wherein the protective gas has absorbed some moisture from the powder 5 A (if the powder is "wet" 5A).
  • a (possibly previously dried) gas stream can be passed over the powder reservoir in the reservoir, which dries a thin layer of powder on the surface of the powder reservoir
  • Powder reservoir portion 23B and possibly due to the special shape of the surface drying stream 40 can be formed uniformly, so that a uniformly drying the entire surface of the current over the powder 5 A is performed. This can allow uniform drying of the topmost layer of powder during the manufacturing process. In other words, at the same time as drying, a powder layer-correspondingly dried and distributed-can be exposed in the construction cylinder 27 in order to sinter the 3D component 3 in layers, i. melt the powder layer by layer.
  • the powder dried during the preceding layer formation is distributed by the slide 19 onto the previously irradiated and lowered powder surface in the construction cylinder 27. While the next layer of the component 3 is produced from this, the next quantity of powder can be dried again at the same time.
  • a heat radiator 59 is also shown schematically, which is directed to the opening 21 B in the work surface 21 and can support the drying process.
  • Cyprusstrah- Ler 59 is designed for heating the powder from above. In addition, it can also be used for the preheating of the powder in the region of the opening 23A.
  • the slide 19 can be shaped in this way or be positioned during the drying in such a way that results in the most uniform possible drying of the powder surface.
  • the slider 19 may be positioned in a waiting position between the powder reservoir portion 23B and the build platform portion 23A (see FIG. 2) so as not to affect the different drying and soot discharge currents.
  • the respective currents can be activated, reduced or completely suppressed as a function of the current method step.
  • the implementation of the concepts disclosed herein into the inert gas purge of the overall system may be integrated throughout the manufacturing process.
  • a dry gas stream is deliberately passed over the powder to be dried.
  • the protective gas can circulate in a gas circulation in which the gas stream is dried with a desiccant and possibly additionally cleaned with a filter for the separation of very small particles / suspended matter such as soot
  • the gas stream may be part of a higher level gas drying and purification process, ie, dry gas is supplied and the humidified gas is fed to a central treatment.
  • a gas cycle is shown schematically.
  • the moist (and possibly soot-containing) protective gas is fed to the filter unit 71.
  • the filter unit 71 has a Feinstrachter 73 for removing particles from the gas stream. Subsequent drying of the gas stream takes place by transfer via a drying medium in a preferably easily replaceable component, for example a pipe 75.
  • the pipe 75 can be separated from the gas circulation by valves 77 at both ends, for example, so that the drying medium used is exchanged easily and quickly can be. In general, care must be taken that the drying medium does not contaminate the powder 5 in the production space 13. This can be avoided, for example, with a further filter (not shown) or with correspondingly fine-pored packaging of the drying medium.
  • the cleaned and dried gas stream is then returned via lines 52 and possibly valves 79 in the production room 13. If the gas flow is supplied to different areas, the valves 79 for adjusting the flow paths and the flow rates can be controlled by a control unit (not shown).
  • the gas streams for drying and removal of soot can thus be integrated or formed separately from one another.
  • the slide 19 can also be controlled by the control unit during irradiation to take a waiting position between the storage container and the building cylinder, for example.
  • the tube with the drying medium can be installed both upstream of the superfine filter 73 for Rußabschei- tion, as well as after this filter. In the former case, no additional retention filler for the drying medium is necessary.
  • the moisture may e.g. be removed from the gas stream by a cold trap in the filter unit 71.
  • LMF machines in which the concepts described herein can be used include, for example, the systems "mysint 100", “TruPrint 1000" and “TruPrint 3000”.

Abstract

A production device (1) for the generative production of a three-dimensional component (3) from a powder (5) has a production space (11), which provides a working surface (21) and comprises a building platform area (23A) and a powder reservoir area (23B). The production device (1) also has a spraying source (51) for producing a jet for spraying powder (5) in the building platform area (23A) for producing the component (3) layer by layer, a powder storage container (25) for providing the powder (5) through a providing opening (21B) in the working area (21) into the powder reservoir area (23B) and a pushing device (19) for transferring the powder from the powder reservoir area (23B) into the building platform area (23A). The production device (1) also has a gas system (41), for example a gas circulating system, for providing a drying gas stream (40), which flows via the providing opening (21B) in the working surface (21) for taking up moisture from an uppermost layer of powder (5A).

Description

PULVERTROCKNUNG BEI DER GENERATIVEN FERTIGUNG  POWDER DRYING IN GENERATIVE MANUFACTURING
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur laserbasierten generativen Fertigung und insbesondere die Bereitstellung von trockenem Pulver für die generative Fertigung. Fer- ner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trocknen von Pulver für die generative Fertigung eines Bauteils in einer generativen Fertigungsvorrichtung. The present invention relates to an apparatus for laser-based additive manufacturing, and more particularly to the provision of dry powder for additive manufacturing. Furthermore, the invention relates to a method for drying powder for the additive production of a component in a generative manufacturing apparatus.
Die laserbasierte generative Fertigung von, insbesondere metallischen oder keramischen, Werkstücken basiert auf einem Verfestigen eines in Pulverform vorliegenden Ausgangsmate- rials durch die Bestrahlung mit Laserlicht. Dieses Konzept - auch als selektives Laserschmelzen, Pulverbettfusion oder Laser Metal Fusion (LMF) bekannt - wird unter anderem in Maschinen für den (metallischen) 3D-Druck eingesetzt. Eine beispielhafte Maschine (hierin kurz LMF-Maschine) zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten ist in der EP 2 732 890 AI offenbart. Die Vorteile der generativen Fertigung sind allgemein eine einfache Herstellung von komplexen und individuell erstellbaren Teilen. Dabei können insbesondere definierte Strukturen im Innenraum und/oder kraftflussoptimierte Strukturen realisiert werden. The laser-based additive production of, in particular metallic or ceramic, workpieces is based on solidification of a starting material in powder form by the irradiation with laser light. This concept - also known as Selective Laser Melting, Powder Bed Fusion or Laser Metal Fusion (LMF) - is used, among other things, in (metallic) 3D printing machines. An exemplary machine (herein LMF machine for producing three-dimensional products) is disclosed in EP 2 732 890 A1. The advantages of generative manufacturing are generally a simple production of complex and customizable parts. In this case, in particular defined structures in the interior and / or power flow optimized structures can be realized.
Für eine reproduzierbare Wechselwirkung des Laserlichts mit dem Pulver ist unter anderem der Zustand des Pulvers von Bedeutung, da z.B. ein variierender Wassergehalt im Pulver zu unterschiedlichen Schmelz Vorgängen und damit zu unterschiedlich verfestigten Materialstrukturen führen kann. Der Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers ist unter anderem von Lager- und Wetterbedingungen bei der Beladung des Pulvers in die LMF-Maschine abhängig. Ein erhöhter Feuchtigkeitsgehalt kann z.B. zu erhöhter Porosität des Materials führen (siehe z.B.„Formation and reduction of hydrogen porosity during selective laser melting of AlSilOMg", Weingar- ten et al., Journal of Materials Processing Technology 221 (2015) 112-12). Des Weiteren kann die Fließfähigkeit des Pulvers durch einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt verringert werden. For a reproducible interaction of the laser light with the powder, inter alia, the state of the powder is important, since e.g. a varying water content in the powder can lead to different melting processes and thus to differently solidified material structures. The moisture content of the powder depends, among other things, on storage and weather conditions when the powder is loaded into the LMF machine. An increased moisture content may e.g. lead to increased porosity of the material (see, for example, "Formation and reduction of hydrogen porosity during selective laser melting of AlSilOMg", Weingarten et al., Journal of Materials Processing Technology 221 (2015) 112-12) of the powder can be reduced by too high a moisture content.
Zur Trocknung des Pulvers sind verschiedene Ansätze bekannt. So wird versucht, das Pulver vor dem Einsatz in der Maschine, beispielsweise mithilfe von Trockenbeuteln in den Lagerbe- hältern des Pulvers, zu trocken. Dies kann aber den Nachteil haben, dass die Wirkung desFor drying the powder, various approaches are known. For example, an attempt is made to dry the powder before it is used in the machine, for example by using dry bags in the storage containers of the powder. However, this can have the disadvantage that the effect of
Trockenmittels bei langer Lagerung nachlässt. Ferner kann das Trockenmittel versehentlich in den Bauraum gelangen. Zum Beispiel offenbart EP 2 992 986 AI die Verwendung eines Trocknungsmittels im Gas- oder Pulverkreislauf einer Vorrichtung zur Herstellung von SD- Bauteilen. Ferner offenbart US 9,156,056 B2 eine Trocknungseinheit zum Trocknen von in einem Vorratsbehälter geladenen Pulver durch Erwärmen des Vorratsbehälters. Dieses Vorgehen kann den Nachteil aufweisen, dass das Trocknen bei zunehmender Größe des Vorratsbehälters immer länger dauert. So sinkt das Verhältnis der Oberfläche des Pulvers im Vorratsbehälter, die direkt der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist und somit ein Abführen der Feuchtigkeit aus dem Pulver im Vorratsbehälter ermöglicht, zum Gesamtvolumen des Pulvers im Vorratsbehälter. Desiccant degrades during long storage. Furthermore, the desiccant can accidentally get into the space. For example, EP 2 992 986 A1 discloses the use of a desiccant in the gas or powder cycle of an apparatus for producing SD components. Further, US 9,156,056 B2 discloses a drying unit for drying powder loaded in a storage tank by heating the storage tank. This procedure may have the disadvantage that the drying takes longer with increasing size of the reservoir. Thus, the ratio of the surface of the powder in the reservoir, which is directly exposed to the surrounding atmosphere and thus allows removal of moisture from the powder in the reservoir, to the total volume of the powder in the reservoir decreases.
Des Weiteren offenbart EP 3 023 228 AI eine Maschine zur generativen Fertigung von drei- dimensionalen Produkten auf einer Plattform, die eine Gasströmung über die Plattform zur Entfernung von z.B. Rauch aus der Wechselwirkungszone bereitstellt. Weitere Gaskreislaufkonfigurationen sind aus z.B. DE 10 2010 052 206 AI, DE 10 2006 014 835 AI und Furthermore, EP 3 023 228 A1 discloses a machine for the generative fabrication of three-dimensional products on a platform which directs gas flow over the platform to remove e.g. Provides smoke from the interaction zone. Other gas cycle configurations are made of e.g. DE 10 2010 052 206 AI, DE 10 2006 014 835 AI and
WO 2010/007394 AI bekannt. Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, den Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers für die Bauanwendung auf ein niedriges, und wenn möglich während der Fertigung weitgehend konstantes, Niveau zu bringen. WO 2010/007394 AI known. One aspect of this disclosure is based on the object of bringing the moisture content of the powder for the building application to a low, and if possible, during production substantially constant, level.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Trocknung von Pulver für die generative Fertigung nach Anspruch 11. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. At least one of these objects is achieved by a manufacturing apparatus for the additive production of a three-dimensional component from a powder according to claim 1 and by a method for drying powder for the additive manufacturing according to claim 11. Further developments are specified in the subclaims.
In einem Aspekt umfasst eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidi- mensionalen Bauteils aus einem Pulver einen eine Arbeitsfläche bereitstellenden Fertigungsraum, der einen Bauplattformbereich und einen Pulverreservoirbereich umfasst, eine Strahlquelle zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver im Bauplattformbereich zum schichtweisen Herstellen des Bauteils, einen Pulvervorratsbehälter zum Bereitstellen des Pulvers durch eine Bereitstellungsöffnung in der Arbeitsfläche in den Pulverreservoirbereich, eine Schiebevorrichtung zur Überführung des Pulvers vom Pulverreservoirbereich in den Bauplattformbereich und ein Gassystem zum Bereitstellen eines Trocknungsgasstroms, der über die Bereitstellungsöffnung in der Arbeitsfläche zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers strömt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung ferner einen Bauzylinder, der einen absenkbaren, eine Plattform zur Ausbildung eines Pulverbetts bereitstellenden Stempel und einen durch die Plattform begrenzten Bauteil-Pulver-Bereich aufweist, der durch eine Bestrahlungsöffnung in der Arbeitsfläche mit dem Bauplattformbereich verbunden ist, wobei das Gassystem den Trocknungsgasstrom im Wesentlich quer zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen in der Arbeitsfläche ausbildet. In one aspect, a manufacturing apparatus for generatively producing a three-dimensional component from a powder includes a work space providing a work surface comprising a build platform area and a powder reservoir area, a beam source for generating a beam for powder irradiation in the build platform area for making the component in-layers; a powder reservoir for providing the powder through a supply port in the working surface into the powder reservoir region; a pusher for transferring the powder from the powder reservoir region to the construction platform region and a gas system for providing a drying gas stream across the supply port in the working surface to receive moisture from an uppermost layer of the powder flows. In some embodiments, the manufacturing apparatus further comprises a build cylinder having a lowerable die providing a platform for forming a powder bed and a component powder area defined by the platform connected to the build platform area through an irradiation opening in the work surface Gas system forms the drying gas flow substantially transversely to the alignment direction of the openings in the work surface.
Ferner kann das Gassystem eine Auslassöffnungsstruktur, insbesondere angeordnet an oder in einer Frontwand oder einer Tür der Fertigungsvorrichtung, und eine Absaugöffnungsstruktur, insbesondere angeordnet an oder in einer Rückwand der Fertigungsvorrichtung, umfassen, wobei die Auslassöffnungsstruktur und die Absaugöffnungsstruktur an gegenüberliegenden Seiten der Bereitstellungsöffnung angeordnet sind. Die Auslassöffnungsstruktur und/oder die Absaugöffnungsstruktur können derart ausgebildet sein, dass sich ein in Richtung Bereitstellungsöffnung gerichteter, insbesondere laminarer, Strömungsverlauf des Trocknungsgas- Stroms im Pulverreservoirbereich ausbildet. Des Weiteren kann das Gassystem als Gaskreislaufsystem ausgebildet ist, das eine Filtereinheit mit einem Trocknungsmedium zum Feuchtigkeitsentziehen aus dem Gas umfasst, und wobei das Trocknungsmedium insbesondere in einem austauschbaren, und beispielsweise über Ventile abtrennbaren Bauteil im Gaskreislauf angeordnet ist. Allgemein kann das Gassystem ferner einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss, ein Pumpensystem, Ventile und/oder Leitungen zum Verbinden der einzelnen Komponenten des insbesondere Argon oder Stickstoff führenden Gaskreislaufsystems umfassen. Das Gassystem kann in einen Hauptgehäuseabschnitt, der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum angeordnet ist, und einen, beispielsweise in eine Tür integrierten, (Tür-) Abschnitt untergliedert sein. Furthermore, the gas system may comprise an outlet opening structure, in particular arranged on or in a front wall or a door of the production apparatus, and a suction opening structure, in particular arranged on or in a rear wall of the production apparatus, wherein the outlet opening structure and the suction opening structure are arranged on opposite sides of the supply opening. The outlet opening structure and / or the suction opening structure may be designed such that a flow pattern of the drying gas stream in the powder reservoir region which is directed in the direction of the supply opening, in particular laminar, is formed. Furthermore, the gas system can be designed as a gas circulation system, which comprises a filter unit with a drying medium for removing moisture from the gas, and wherein the drying medium is arranged in particular in a replaceable, and for example separable via valves component in the gas cycle. In general, the gas system may further comprise a protective gas tank and / or an inert gas connection, a pump system, valves and / or lines for connecting the individual components of the gas circulation system, in particular comprising argon or nitrogen. The gas system can be subdivided into a main housing section, which is arranged below and behind the production space, for example, and a (door) section, for example integrated in a door.
In einigen Ausführungsformen ist das Gassystem zum Bereitstellen eines, insbesondere parallel zum Trocknungsgasstrom strömenden, Partikelabführgasstroms ausgebildet, der sich über der Bestrahlungsöffnung in der Arbeitsfläche zum Abführen von Partikel aus einer Wechselwirkungszone im Bauplattformbereich erstreckt. In some embodiments, the gas system is configured to provide a particulate discharge gas stream, particularly parallel to the drying gas stream, extending above the irradiation port in the working surface for discharging particles from an interaction zone in the building platform region.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung ferner eine Steuerungseinheit zum Einstellen des Trocknungsgasstroms und insbesondere des Partikelabführgasstroms und/oder zum Einstellen der Position der Schiebevorrichtung während des Bestrahlungsvorgangs zwischen der Bereitstellungsöffnung und der Bestrahlungsöffnung zum räumlichen Trennen des Trocknungsgasstroms vom Bauplattformbereich und insbesondere dem In some embodiments, the manufacturing apparatus further comprises a control unit for adjusting the drying gas flow and in particular the Partikelabführgasstroms and / or adjusting the position of the pusher during the irradiation process between the supply opening and the irradiation opening to the spatial Separating the drying gas flow from the building platform area and in particular the
Partikelabführgasstrom, und/oder einen Wärmestrahler zum Erzeugung einer auf die Bereitstellungsöffnung, und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung, gerichtete Wärmestrahlung, wobei der Wärmestrahler ferner insbesondere im Fertigungsraum im Bereich oberhalb der Bereitstellungsöffnung angeordnet ist. Das Erwärmen von oben hat den Vorteil, dass am Pulver adsorbierte Stoffe, wie bspw. Wasser (Feuchtigkeit), in einer oberen Pulverschicht nach dem Erwärmen schneller desorbieren und durch das Pulver diffundieren, so dass das Pulver der oberen Pulverschicht schneller durch den Trocknungsgasstrom getrocknet wird. Bei speziellen Rahmenbedingungen können die darunterliegenden Pulverschichten sich trotz der üblicherweise schlechten Wärmeleiteigenschaften des Pulvers derart (stark) aufheizen, dass aus diesen in zunehmendem Maße Feuchtigkeit in die obere Pulverschicht diffundiert. Um diesen unerwünschten Effekt (insbesondere während eines parallel stattfindenden Fertigungsprozesses) zu verhindern bzw. gering zu halten, ist darauf zu achten, dass nicht zu viel Wärme in die obere Pulverschicht eingebracht wird. Dadurch kann der sich mit zunehmender Temperatur sättigende, vorteilhafte Effekt der Feuchtigkeitsabfuhr (nur aus der oberen Schicht) beibehalten werden. Ein optimaler Wärmeeintrag ist beispielsweise materialabhängig zu bestimmen. In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur Trocknung von Pulver für die generative Fertigung die Schritte des Bereitstellens einer Menge an frischem Pulver oberhalb einer Bereitstellungsöffnung in einer Arbeitsfläche und des Bereitstellens eines Trocknungsgasstroms, der über die Bereitstellungsöffnung in der Arbeitsfläche zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers strömt. Partikelabführgasstrom, and / or a heat radiator for generating a directed towards the supply opening, and in particular also to the irradiation heat radiation, wherein the heat radiator is further arranged in particular in the production space in the region above the supply opening. The heating from above has the advantage that substances adsorbed to the powder, such as water (moisture), in a top powder layer after heating, desorb faster and diffuse through the powder, so that the powder of the top powder layer is dried faster by the drying gas stream , Under special conditions, the underlying powder layers can (strongly) heat up in spite of the usually poor heat conduction properties of the powder in such a way that moisture increasingly diffuses out of them into the upper powder layer. In order to prevent or minimize this undesirable effect (in particular during a parallel production process), it is important to ensure that not too much heat is introduced into the upper powder layer. As a result, the advantageous effect of moisture removal (only from the upper layer), which saturates with increasing temperature, can be retained. Optimal heat input can be determined depending on the material, for example. In a further aspect, a method of drying powder for additive manufacturing includes the steps of providing a quantity of fresh powder above a supply port in a work surface and providing a drying gas stream that flows through the supply port in the work surface to receive moisture from an uppermost one Position of the powder flows.
Das Bereitstellen der Menge an frischem Pulver kann durch schrittweises Anheben einer Pulvervorratsmenge über die Arbeitsfläche durch die Bereitstellungsöffnung erfolgen, das Bereitstellen des Trocknungsgasstroms kann zeitgleich mit einem Pulverbestrahlungsvorgang bei einer Bestrahlungsöffnung erfolgen und/oder der Trocknungsgasstrom kann im Wesentlichen quer zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen in der Arbeitsfläche strömen. The provision of the amount of fresh powder may be accomplished by gradually increasing a powder supply amount across the working surface through the supply port, providing the drying gas stream simultaneously with a powder irradiation process at an irradiation port, and / or the drying gas stream may be substantially transverse to the alignment direction of the openings in the working surface stream.
Ferner kann das Verfahren einen den Trocknungsvorgang unterstützenden Schritt des Heizens der oberhalb der Bereitstellungsöffnung bereitgestellten Menge an frischem Pulver von oben aufweisen, wobei das Heizen insbesondere durch Einstrahlen von Wärmestrahlung auf die Bereitstellungsöffnung, und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung, in der Arbeitsfläche zum Erwärmen der obersten Lage des Pulvers erfolgen kann. Further, the method may include a drying assisting step of heating the above-prepared supply amount of fresh powder from above, the heating particularly by irradiating heat radiation to the Provision opening, and in particular on the irradiation opening, can be done in the work surface for heating the uppermost layer of the powder.
Ein Vorteil der hierin beschriebenen Konzepte ist es, dass die Trocknung praktisch sofort auf das für den Aufbau der nachfolgenden Schichten eingesetzte Pulver einwirken kann. Es ist nicht unbedingt notwendig, das Pulver in der LMF -Maschine oder auch vorher stundenlang zu trocknen und damit den Start des Fertigungsprozesses zu verzögern. An advantage of the concepts described herein is that drying can act almost immediately on the powder used to build up the subsequent layers. It is not absolutely necessary to dry the powder in the LMF machine or even for hours before, thus delaying the start of the production process.
Allgemein können die hierin beschriebenen Konzepte eine Stabilisierung des Fertigungspro- zesses gegenüber Schwankungen in der Feuchtigkeit des eingesetzten Pulvers erlauben. Ferner können externe Trocknungszeiten des Pulvers reduziert werden bzw. sogar ganz entfallen. So können die hierin beschriebenen Konzepte eine Beschleunigung des Fertigungsbeginns durch die schnelle Trocknung der schrittweise benötigten Pulvermengen mithilfe eines z.B. Argon- Stroms erlauben, da die langsame Trocknung des gesamten Pulvers entfallen kann. In general, the concepts described herein may allow stabilization of the manufacturing process against variations in the humidity of the powder used. Furthermore, external drying times of the powder can be reduced or even completely eliminated. Thus, the concepts described herein may accelerate the start of production by rapidly drying the incrementally required quantities of powder by means of e.g. Argon streams allow, since the slow drying of the entire powder can be omitted.
Überdies können die hierin beschriebenen Aufbauten einen einfachen und schnellen Wechsel des Trocknungsmediums im Gaskreislauf durch Einsatz von Trockenmittelpaketen erlauben. Beispielsweise kann ein Wechsel von Trockenmittelpaketen innerhalb einer Minute oder weniger erfolgen. Moreover, the structures described herein may allow a simple and rapid change of the drying medium in the gas cycle through the use of desiccant packages. For example, a change of desiccant packages within a minute or less.
Die hierin beschriebenen Konzepte können weiter den Vorteil haben, dass der Trocknungsvorgang hauptzeitparallel, d.h. zeitgleich zur Bauphase, abläuft. The concepts described herein may further have the advantage that the drying process is parallel to the main time, i. at the same time as the construction phase, expires.
Hierin werden Konzepte offenbart, dies es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figi ren. Von den Figuren zeigen: Herein, concepts are disclosed that allow to at least partially improve aspects of the prior art. In particular, further features and their expediencies result from the following description of embodiments with reference to the Figi ren. From the figures show:
Fig.l eine schematische räumliche Darstellung einer beispielhaften generativen Fertigungs- Vorrichtung, 1 shows a schematic spatial representation of an exemplary generative manufacturing device,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 parallel zur XY -Ebene durch den Fertigungsraum,  FIG. 2 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus from FIG. 1 parallel to the XY plane through the production space, FIG.
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 parallel zur XZ-Ebene durch den Fertigungsraum wie in Fig. 2 angedeutet, Fig. 4 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 parallel zur YZ-Ebene durch den Fertigungsraum wie in Fig. 2 angedeutet und FIG. 3 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus from FIG. 1, parallel to the XZ plane through the production space, as indicated in FIG. 2, FIG. Fig. 4 is a schematic sectional view of the generative manufacturing apparatus of FIG. 1 parallel to the YZ plane through the production space as indicated in Fig. 2 and
Fig. 5 eine Skizze zur Verdeutlichung eines beispielhaften Gaskreislaufs einer generativen Fertigungsvorrichtung.  5 is a sketch to illustrate an exemplary gas cycle of a generative manufacturing device.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine gezielte Trocknung einer obersten Pulverlage durch einen (z.B. getrockneten Argon-) Schutzgasstrom bewirkt werden kann. Eine vollständige und langwierige Trocknung der gesamten Pulvermenge (basierend auf einer Diffusion des Wasserdampfes durch die Porosität in der Pulverschüttung) vor, beim oder nach der Befüllung des Vorratsbehälters kann bei Verwendung eines derartigen Oberflächentrocknungsstroms entfallen. Aspects described herein are based, in part, on the recognition that targeted drying of a topmost powder layer can be effected by a (e.g., dried argon) blanket gas stream. A complete and lengthy drying of the entire amount of powder (based on a diffusion of water vapor through the porosity in the powder bed) before, during or after the filling of the reservoir can be omitted when using such a surface drying stream.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 eine Ausführungsform einer LMF-Maschine erläutert, die zur Bereitstellung eines derartigen, in den Herstellungsprozess integrierten, Pulvertrocknungsvorgangs ausgebildet ist. Fig. 5 zeigt einen beispielhaften Gaskreislauf zum Einsatz in derartigen LMF-Maschinen. An embodiment of an LMF machine designed to provide such a powder drying process integrated in the production process will be explained below with reference to FIGS. 1 to 4. Fig. 5 shows an exemplary gas cycle for use in such LMF machines.
In Fig. 1 ist eine beispielhafte generative Fertigungsvorrichtung 1 zur Erzeugung eines SD- Bauteils 3 aus einem Pulver 5 gezeigt. Zum Fertigungsvorgang wird auf die eingangs erwähn- te EP 2 732 890 A2 verwiesen. Die Fertigungsvorrichtung 1 umfasst ein Hauptgehäuse 11, das einen Fertigungsraum 13 bereitstellt. Eine Frontwand 15 begrenzt den Fertigungsraum 13 auf der Vorderseite. Das Hauptgehäuse 11 weist ferner eine Rückwand 18, Seitenwände und eine Decke auf, die zusammen den Fertigungsraum 13 definieren. Die Frontwand 15 weist einen Frontrahmen 15A mit einer Öffnung 17 auf, durch die ein Zugang zum Fertigungsraum 13 der Fertigungsvorrichtung 1 ermöglicht wird. Die Öffnung 17 kann während des Herstellungsprozesses durch eine z.B. an der Frontwand 15 angebrachte Tür 31 (Griff 31 A, Verschluss 31B) geschlossen werden (siehe Fig. 2). Bei geöffneter Tür 31 besteht Zugang zum Fertigungsraum 13 der Fertigungsvorrichtung 1 (siehe Fig. 1) und ein Bediener kann z.B. die notwendigen Vorbereitungsschritte wie Reinigen des Fertigungsraums 13 und Wiederbefüllen des Pulver- vorratsbehälters vornehmen und das fertiggestellte Bauteil 3 entnehmen. FIG. 1 shows an exemplary generative production device 1 for producing an SD component 3 from a powder 5. For the production process, reference is made to the above-mentioned EP 2 732 890 A2. The manufacturing apparatus 1 comprises a main housing 11, which provides a production space 13. A front wall 15 limits the production space 13 on the front side. The main housing 11 further comprises a rear wall 18, side walls and a ceiling, which together define the production space 13. The front wall 15 has a front frame 15A with an opening 17, through which access to the production space 13 of the manufacturing device 1 is made possible. The opening 17 may be interrupted during the manufacturing process by e.g. on the front wall 15 attached door 31 (handle 31 A, shutter 31 B) are closed (see Fig. 2). With the door 31 open, there is access to the manufacturing space 13 of the manufacturing apparatus 1 (see Fig. 1) and an operator can e.g. Carry out the necessary preparatory steps such as cleaning the production space 13 and refilling the powder reservoir and remove the finished component 3.
Fig. 1 zeigt ferner einen Schieber 19 (hierin auch Wischer genannt) zum Verteilen des Pulvers 5 während des Herstellungsprozesses. Der Herstellungsprozess findet auf einer Arbeitsfläche 21 statt, die den Boden des Fertigungsraums 13 bildet. Die Arbeitsfläche 21 weist einen Bau- plattformbereich 23 A, einen Pulverreservoirbereich 23B und (optional) einen Pulversammelbereich 23 C auf. Der Bauplattformbereich 23 A kann zentral bezüglich der Öffnung 17 vorgesehen werden. In ihm findet der Bestrahlungsvorgang zur Herstellung des 3D-Bauteils 3 statt. Der Pulverreservoirbereich 23B dient der Bereitstellung von frischem Pulver 5A, das zur la- genweisen Herstellung des 3D-Bauteils 3 in den Bauplattformbereich 23A mit dem Schieber 19 übertragen wird. Fig. 1 further shows a slider 19 (also referred to herein as a wiper) for distributing the powder 5 during the manufacturing process. The manufacturing process takes place on a work surface 21, which forms the bottom of the production space 13. The work surface 21 has a construction platform area 23A, a powder reservoir area 23B and (optionally) a powder collecting area 23C. The building platform area 23 A can be provided centrally with respect to the opening 17. In it, the irradiation process for the production of the 3D component 3 takes place. The powder reservoir region 23B serves to provide fresh powder 5A, which is transferred to the slide 19 for the manufacture of the 3D component 3 in the construction platform region 23A in a manner of one piece.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist der Bauplattformbereich 23A in X-Richtung (d.h. bzgl. der Öffnung 17 in Querrichtung) zwischen dem Pulverreservoirbereich 23B und dem Pulversammelbereich 23C angeordnet. Der Pulverreservoirbereich 23B weist einen z.B. zylinderförmigen Pulvervorratsbehälter 25 auf, dessen oberes Ende in einer (Pulver-) Bereitstellungsöffnung 21B der Arbeitsfläche 21 mündet. Mithilfe eines Stempels 25 A kann nach und nach beispielsweise metallisches oder keramisches Pulver 5 aus dem Pulvervorratsbehälter 25 bis über die Arbeitsfläche 21 angehoben werden (entlang Pfeil 26). Wird eine neue Lage zur Bestrahlung benö- tigt, kann mit dem Schieber 19 das über die Arbeitsfläche 21 hinausragende frische Pulver 5A seitlich in X-Richtung in den Bauplattformbereich 23 A verschoben werden. Entsprechend erstreckt sich der Schieber 19 in Fig. 2 in Y-Richtung, welche orthogonal zur Querrichtung (X-Richtung) in der Arbeitsfläche 21 verläuft. Der Bauplattformbereich 23A weist einen z.B. zylinderförmigen Bauzylinder 27 mit einem absenkbaren, eine Plattform zur Ausbildung eines Pulverbetts bereitstellenden Stempel 27A auf. Durch das Absenken bildet sich ein durch die Plattform begrenzter Bauteil-Pulver- Bereich aus, der durch die Bestrahlungsöffnung 21 A in der Arbeitsfläche 21 mit dem Bauplattformbereich 23A verbunden ist. Wurde eine Schicht des Bauteils 3 durch Verschmelzen von Pulver 5 gebildet, wird der Stempel 27A abgesenkt, so dass sich eine durch eine Bestrahlungsöffnung 21 A in der Arbeitsfläche 21 begrenzte Vertiefung ausbildet, in die das frische Pulver 5A mit dem Schieber 19 verschoben werden kann, so dass sich eine neue obere Pulverlage im zu bestrahlenden Pulverbett ausbildet. Nicht zum Aufbau der neuen Lage benötigtes Pulver 5B kann mit dem Schieber 19 durch eine Öffnung 21C der Arbeitsfläche 21 im Pulver- sammelbereich 23C z.B. zur Wiederverwertung in einen Sammelbehälter verschoben werden. As shown in Fig. 2, the building platform portion 23A is arranged in the X direction (i.e., the opening 17 in the transverse direction) between the powder reservoir portion 23B and the powder collecting portion 23C. The powder reservoir area 23B has a e.g. cylindrical powder reservoir 25, the upper end of which opens into a (powder) supply opening 21B of the working surface 21. By means of a punch 25 A, for example, metallic or ceramic powder 5 can gradually be lifted from the powder reservoir 25 to above the working surface 21 (along arrow 26). If a new layer is required for irradiation, the slider 19 can be used to move the fresh powder 5A projecting beyond the working surface 21 laterally in the X-direction into the building platform area 23A. Accordingly, the slider 19 extends in Fig. 2 in the Y direction, which is orthogonal to the transverse direction (X direction) in the work surface 21. The build platform area 23A has a e.g. cylindrical construction cylinder 27 with a lowerable, a platform for forming a powder bed providing punch 27A. As a result of the lowering, a component powder region bounded by the platform is formed, which is connected to the building platform region 23A through the irradiation opening 21A in the working surface 21. If a layer of the component 3 has been formed by fusing powder 5, the punch 27A is lowered so that a recess defined by an irradiation opening 21A in the working surface 21 is formed, into which the fresh powder 5A can be displaced with the slide 19, so that a new upper powder layer is formed in the powder bed to be irradiated. Powder 5B not needed to build up the new layer can be moved with the slider 19 through an opening 21C of the working surface 21 in the powder collecting area 23C, e.g. be moved to a collection container for recycling.
Das Hauptgehäuse 11 weist ferner zumindest Teile eines Gaskreislaufsystems 41 auf, wie z.B. einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss und ein Pumpensystem (nicht gezeigt) sowie eine Filtereinheit 71. Das Gaskreislaufsystem 41 erlaubt es, den Fertigungsraum 13 mit z.B. inertem Gas wie Argon oder Stickstoff während des Herstellungsprozesses zu fluten. Weitere Details des Gaskreislaufsystems 41 werden nachfolgend insbesondere in Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert. Ein Bestrahlungssystem 51 kann auf dem Hauptgehäuse 11 z.B. über dem Bauplattformbereich 23 A angebracht werden. Das Bestrahlungssystem 51 ist zur Erzeugung von Strahlung, z.B. Laserlicht, welches das Pulver 5 zu Materialschichten eines Bauteils 11 verschmelzen kann, ausgebildet. Es basiert beispielsweise auf einem Faser- oder Scheibenlasersystem. Alternativ kann Laserlicht von einer derartigen Quelle zum Hauptgehäuse 11 geführt werden. Das Hauptgehäuse 11 weist ein Scanner-System auf, das die Strahlung in einem auf das Bauteil 3 abgestimmten Pfad im Bauplattformbereich 23A zum lokalen Aufschmelzen der obersten Pulverlage des Pulverbetts führen kann. The main housing 11 further comprises at least parts of a gas circulation system 41, such as a protective gas tank and / or an inert gas connection and a pump system (not shown) and a filter unit 71. The gas circulation system 41 allows the production space 13 to flood with eg inert gas such as argon or nitrogen during the manufacturing process. Further details of the gas circulation system 41 are explained below in particular in connection with FIG. 5. An irradiation system 51 can be mounted on the main housing 11, for example above the building platform area 23A. The irradiation system 51 is designed to generate radiation, for example laser light, which can fuse the powder 5 into material layers of a component 11. It is based for example on a fiber or disk laser system. Alternatively, laser light may be guided from such a source to the main body 11. The main housing 11 has a scanner system, which can guide the radiation in a matched to the component 3 path in the building platform area 23A for locally melting the uppermost powder layer of the powder bed.
Wie eingangs angesprochen beeinflussen die Paramater des Pulvers die Wechselwirkung der Strahlung/des Laserlichts mit dem Pulver und damit das Verschmelzen der Pulverkörner. Insbesondere der Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers wirkt sich auf den Herstellungsprozess aus. As mentioned above, the parameters of the powder influence the interaction of the radiation / the laser light with the powder and thus the fusion of the powder grains. In particular, the moisture content of the powder affects the manufacturing process.
Um den Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers 5 unmittelbar vor der Wechselwirkung mit dem Strahl zu reduzieren, ist das Gaskreislaufsystem 41 derart ausgelegt, dass ein Oberflächen- trocknungsstrom 40 des Schutzgases über/auf die Öffnung 21B der Arbeitsfläche 21 und damit über/auf die oberste Pulverlage des Pulvervorratsbehälters 25 gerichtet ist. Bevorzugt ist das Schutzgas„getrocknet", z.B. weist es einen Feuchtigkeitsgehalt von kleiner ca. 0,0005 g/1 auf. Beispiele für trockenbare Schutzgase sind Argon und Stickstoff. Die Trocknung des Schutzgases kann durch Leiten des Schutzgases durch oder über ein Trocknungsmedi- um/Trockenmittel (z.B. Anhydrone von LECO) im Gaskreislaufsystem 41 erfolgen. In order to reduce the moisture content of the powder 5 immediately before the interaction with the jet, the gas cycle system 41 is designed such that a surface drying flow 40 of the protective gas via / on the opening 21B of the working surface 21 and thus on / on the top powder layer of the powder reservoir 25 is directed. The protective gas is preferably "dried", for example it has a moisture content of less than about 0.0005 g / 1. Examples of dryable protective gases are argon and nitrogen The drying of the protective gas can be effected by passing the protective gas through or over a drying medium / Desiccant (eg anhydrone from LECO) in the gas circulation system 41 done.
In der gezeigten Ausführungsform bildet sich der Trocknungsgasstrom 40 im Wesentlich quer zur Aufreihungsrichtung (hier der X-Richtung) der Öffnungen 21A, 21B aus, d.h. er strömt entsprechend in Y-Richtung über die Öffnung 21 A in der Arbeitsfläche 21. In the embodiment shown, the drying gas stream 40 is formed substantially transversely to the direction of alignment (here, the X direction) of the openings 21A, 21B, i. He flows accordingly in the Y direction through the opening 21 A in the work surface 21st
Die Trocknung und die nachfolgende Überleitung des getrockneten Gases über die oberste Pulverschicht im Pulvervorratsbehälter 25 können dazu ausgelegt werden, gerade diejenige geringe Menge an Pulver (gering im Vergleich zur gesamten Pulvermenge im Pulvervorratsbehälter 25) zu trocknen, die unmittelbar im Anschluss für den Aufbau der nächsten Schicht des Bauteils 3 mit dem Laserstrahl verwendet wird. Da im Wesentlichen nur die obere Lage an Pulver 5A im Vorratsbehälter für die nächste Schicht verwendet wird, ist die Menge an zu trocknendem Pulver gering, so dass das Pulver 5A durch das entlangströmende Schutzgas ausreichend getrocknet werden kann. Allgemein kann die Trocknung vor, während und/oder nach Anheben des Stempels 25 A, insbesondere dauerhaft, erfolgen. The drying and the subsequent transfer of the dried gas over the uppermost powder layer in the powder reservoir 25 can be designed to dry just that small amount of powder (small compared to the total amount of powder in the powder reservoir 25), immediately following for the construction of the next layer of the component 3 is used with the laser beam. Since substantially only the upper layer of powder 5A is used in the next-layer reservoir, the amount of powder to be dried is small, so that the powder 5A can be sufficiently dried by the inert gas flowing along. In general, the drying before, during and / or after lifting the stamp 25 A, in particular permanently.
Eine beispielhafte Verwirklichung des angestrebten Strömungsverlaufs im Fertigungsraum 13 kann durch das in den Fig. 1 bis 4 verdeutlichte Gaskreislaufsystem 41 erfolgen. Dabei ist der Strömungsverlauf beispielhaft in Kombination mit einem speziellen Strömungsverlauf zur Rußabfuhr umgesetzt, bei dem ein (Rußabfuhr-) Gasstrom 42 von der Tür 31 aus zur Rückwand 18 (oder in entgegengesetzter Richtung) über den Bauplattformbereich 23 A strömt. Hierin steht Ruß stellvertretend für Kleinstpartikel, die bei der Wechselwirkung des z.B. Laserlichts mit dem Pulver entstehen können. Um eine Beeinflussung des Herstellungsprozesses, (Ablagerung auf Optiken oder dem Bauteil selbst) zu verhindern, können diese Kleinstpartikel durch eine entsprechende Strömung aus dem Wechselwirkungsbereich geblasen und anschließend abgesaugt werden. An exemplary realization of the desired flow course in the production space 13 can be effected by the gas circulation system 41 illustrated in FIGS. 1 to 4. In this case, the flow pattern is implemented by way of example in combination with a special flow pattern for Rußabfuhr, in which a (Rußabfuhr-) gas stream 42 from the door 31 to the rear wall 18 (or in the opposite direction) flows over the Bauplattformbereich 23 A. Here, carbon black is representative of minute particles that are involved in the interaction of e.g. Laser light can arise with the powder. In order to prevent an influence on the manufacturing process (deposition on optics or the component itself), these very small particles can be blown out of the interaction region by a corresponding flow and then sucked off.
Das Gaskreislaufsystem 41 umfasst einen Hauptgehäuseabschnitt 41A, der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum 13 angeordnet ist, und einen in die Tür 31 integrier- ten Türabschnitt 41B. Der Hauptgehäuseabschnitt 41A umfasst z.B. den Schutzgastank und/oder den Schutzgasanschluss an eine externe Schutzgasquelle, das Pumpensystem und die Filtereinheit 71 des Gaskreislaufsystems 41. The gas cycle system 41 comprises a main housing section 41A, which is arranged below and behind the production space 13, for example, and an door section 41B integrated in the door 31. The main body portion 41A includes e.g. the protective gas tank and / or the protective gas connection to an external source of protective gas, the pump system and the filter unit 71 of the gas circulation system 41.
Die Filtereinheit 71 ist mit einer Absaugöffnungsstruktur 55 in der Rückwand 18 über eine Leitung 46 A fluidverbunden. Die Absaugöffnungsstruktur 55 ist im Bereich des Pulverreservoirbereichs 23B nahe der Arbeitsfläche 21 angeordnet. In Fig. 2 ist eine Verlängerung der Absaugöffnungsstruktur 55 in den Bauplattformbereich 23 A gestrichelt angedeutet. The filter unit 71 is fluidly connected to a suction port structure 55 in the rear wall 18 via a conduit 46A. The suction port structure 55 is disposed near the work surface 21 in the area of the powder reservoir portion 23B. In Fig. 2, an extension of the Absaugöffnungsstruktur 55 in the building platform area 23 A is indicated by dashed lines.
Ferner ist die Filtereinheit 71 mit einer Auslassöffnungsstruktur 45 A in der Tür 31 fluidver- bunden. Dazu umfasst der Hauptgehäuseabschnitt 41 A des Gaskreislaufsystems 41 eine Leitung 46B zur Frontwand 15, die in einer (Gehäuse-) Anschlussöffnung 43 A in einem von der Tür 31 abgedeckten Bereich mündet. Die Anschlussöffnung 43 A steht bei geschlossener Tür 31 über eine (Tür-) Anschlussöffnung 43B in Fluidverbindung mit dem Türabschnitt 41B des Gaskreislaufsystems 41. Entsprechend umfasst der Türabschnitt 41B die Auslassöffnungsstruktur 45 A für den Trocknungsstrom, evtl. eine weitere Auslassöffnungsstruktur 45B für den Rußabfuhrstrom, die Anschlussöffnung 45 A und eine oder mehrere Verbindungsleitungen 47 von der Anschlussöff- nung 45A zu der bzw. den Auslassöffnungsstrukturen 45A, 45B. In einigen Ausführungsformen können ferner z.B. schaltbare Ventile oder mehrere Anschlussöffnungen vorgesehen werden, um das Ausströmen des Schutzgases aus den Auslassöffnungsstrukturen 45 A, 45B kontrollieren zu können. Ferner können die Auslassöffnungsstruktur 45A und/oder die Ab- saugöffnungsstruktur 55 derart geformt sein, dass sich ein möglichst laminarer (in Richtung Bereitstellungsöffnung 21B) gerichteter Strömungsverlauf möglichst nah über dem Furthermore, the filter unit 71 is fluid-connected to an outlet opening structure 45 A in the door 31. For this purpose, the main housing portion 41 A of the gas circulation system 41 comprises a line 46 B to the front wall 15, which opens into a (housing) port 43 A in a region covered by the door 31 area. When the door 31 is closed, the connection opening 43 A is in fluid communication with the door portion 41 B of the gas circulation system 41 via a (door) connection opening 43 B. Accordingly, the door portion 41B includes the drying flow discharge port structure 45A, possibly a soot discharge flow outlet port structure 45B, the port 45A, and one or more communication lines 47 from the port 45A to the outlet ports 45A, 45B. In some embodiments, switchable valves or a plurality of connection openings may, for example, also be provided in order to be able to control the outflow of the protective gas from the outlet opening structures 45 A, 45 B. Furthermore, the outlet opening structure 45A and / or the suction opening structure 55 may be shaped in such a way that a flow path which is as laminar as possible (in the direction of the supply opening 21B) is as close as possible to the flow path
Pulverreservoirbereich 23B ausbildet (siehe Oberflächentrocknungsstrom 40A in Fig. 4).  Powder reservoir region 23B is formed (see surface drying stream 40A in Fig. 4).
Allgemein ist das Gaskreislaufsystem 41 dazu ausgebildet, auf einer Seite des Generally, the gas circulation system 41 is configured to be on one side of the
Pulverreservoirbereichs 23B (trockenes) Schutzgas in Richtung der Öffnung 21B der Arbeits- fläche 21 ausströmen zu lassen und auf einer gegenüberliegenden Seite das Schutzgas abzuführen, wobei das Schutzgas etwas Feuchte aus dem Pulver 5A aufgenommen hat (falls das Pulver 5A„feucht" ist). Auf diese Weise kann ein (evtl. zuvor getrockneter) Gasstrom über das Pulverreservoir im Vorratsbehälter geleitet werden, der eine dünne Pulverschicht an der Oberfläche des Pulverreservoirs trocknet. Aufgrund der Positionierung nahe des Powder reservoir portion 23 B (dry) inert gas in the direction of the opening 21 B of the working surface 21 to flow out and on an opposite side to discharge the protective gas, wherein the protective gas has absorbed some moisture from the powder 5 A (if the powder is "wet" 5A). In this way, a (possibly previously dried) gas stream can be passed over the powder reservoir in the reservoir, which dries a thin layer of powder on the surface of the powder reservoir
Pulverreservoirbereichs 23B und evtl. aufgrund der speziellen Formgebung kann der Oberflächentrocknungsstrom 40 gleichmäßig ausgebildet werden, so dass ein die gesamte Oberfläche möglichst gleichmäßig abtrocknender Strom über das Pulver 5 A geführt wird. Dies kann eine gleichmäßige Trocknung der obersten Schicht an Pulver während des Fertigungsprozesses ermöglichen. D.h., zeitgleich zur Trocknung kann im Bauzylinder 27 eine - entsprechend zu- vor getrocknete und verteilte - Pulverschicht belichtet werden, um das 3D-Bauteil 3 schichtweise zu sintern, d.h. das Pulver schichtweise aufzuschmelzen. Powder reservoir portion 23B and possibly due to the special shape of the surface drying stream 40 can be formed uniformly, so that a uniformly drying the entire surface of the current over the powder 5 A is performed. This can allow uniform drying of the topmost layer of powder during the manufacturing process. In other words, at the same time as drying, a powder layer-correspondingly dried and distributed-can be exposed in the construction cylinder 27 in order to sinter the 3D component 3 in layers, i. melt the powder layer by layer.
Für die Belichtung der nächsten Schicht wird das während der vorausgehenden Schichterzeugung getrocknete Pulver durch den Schieber 19 auf die zuvor bestrahlte und abgesenkte Pul- veroberfläche im Bauzylinder 27 verteilt. Während daraus die nächste Schicht des Bauteils 3 erzeugt wird, kann wieder zeitgleich die nächste Pulvermenge getrocknet werden. For the exposure of the next layer, the powder dried during the preceding layer formation is distributed by the slide 19 onto the previously irradiated and lowered powder surface in the construction cylinder 27. While the next layer of the component 3 is produced from this, the next quantity of powder can be dried again at the same time.
In Fig. 2 ist ferner ein Wärmestrahler 59 schematisch dargestellt, der auf die Öffnung 21B in der Arbeitsfläche 21 gerichtet ist und den Trocknungsvorgang unterstützen kann. Wärmestrah- ler 59 ist für ein Aufheizen des Pulvers von oben ausgebildet. Zusätzlich kann er ferner für die Vorheizung des Pulvers im Bereich der Öffnung 23A eingesetzt werden. In Fig. 2, a heat radiator 59 is also shown schematically, which is directed to the opening 21 B in the work surface 21 and can support the drying process. Wärmestrah- Ler 59 is designed for heating the powder from above. In addition, it can also be used for the preheating of the powder in the region of the opening 23A.
Ferner kann der Schieber 19 derart geformt sein oder während der Trocknung derart positio- niert werden, dass sich eine möglichst gleichförmige Trocknung der Pulveroberfläche ergibt. Beispielsweise kann während der Bestrahlung der Schieber 19 in einer Warteposition zwischen dem Pulverreservoirbereich 23B und dem Bauplattformbereich 23A positioniert werden (siehe Fig. 2), damit sich die unterschiedlichen Ströme zur Trocknung und zur Rußabfuhr nicht beeinflussen. Ferner können die jeweiligen Ströme in Abhängigkeit vom aktuellen Ver- fahrensschritt aktiviert, reduziert oder ganz unterbunden werden. Furthermore, the slide 19 can be shaped in this way or be positioned during the drying in such a way that results in the most uniform possible drying of the powder surface. For example, during irradiation, the slider 19 may be positioned in a waiting position between the powder reservoir portion 23B and the build platform portion 23A (see FIG. 2) so as not to affect the different drying and soot discharge currents. Furthermore, the respective currents can be activated, reduced or completely suppressed as a function of the current method step.
Wie zuvor beispielhaft erläutert wurde, kann die Umsetzung der hierin offenbarten Konzepte in die Schutzgasspülung des Gesamtsystems, insbesondere die Schutzgasspülung zumindest eines Großteils des Fertigungsraums, während des gesamten Fertigungsprozesses integriert werden. Zusammengefasst wird ein trockener Gasstrom gezielt über das zu trocknende Pulver geführt. Ein entsprechend„feuchter" Gasstrom wird aus der Kammer abgeführt. Wie zuvor erläutert kann das Schutzgas in einem Gaskreislauf zirkulieren, in dem der Gasstrom mit einem Trockenmittel getrocknet wird und evtl. zusätzlich mit einem Filter zur Abscheidung von Kleinstpartikeln/Schwebstoffen wie z.B. Ruß gereinigt wird. Alternativ kann der Gasstrom Teil eines übergeordneten Gastrocknungs- und Reinigungsprozesses sein, d.h., trockenes Gas wird zugeführt und das angefeuchtete Gas einer zentralen Aufbereitung zugeführt. As previously exemplified, the implementation of the concepts disclosed herein into the inert gas purge of the overall system, particularly the inert gas purge of at least a majority of the manufacturing space, may be integrated throughout the manufacturing process. In summary, a dry gas stream is deliberately passed over the powder to be dried. As explained above, the protective gas can circulate in a gas circulation in which the gas stream is dried with a desiccant and possibly additionally cleaned with a filter for the separation of very small particles / suspended matter such as soot Alternatively, the gas stream may be part of a higher level gas drying and purification process, ie, dry gas is supplied and the humidified gas is fed to a central treatment.
In Fig. 5 ist ein Gaskreislauf schematisch gezeigt. Man erkennt einen trocknenden Schutzgasstrom 81 A und (gestrichelt) einen optionalen rußabführenden Schutzgasstrom 81B durch den schematisch dargestellten Fertigungsraum 13. Über Gasleitungen 52 wird das feuchte (und evtl. rußaufweisende) Schutzgas der Filtereinheit 71 zugeführt. In Fig. 5, a gas cycle is shown schematically. One recognizes a drying protective gas stream 81 A and (dashed) an optional soot-discharging protective gas flow 81B through the schematically shown production space 13. Via gas lines 52 the moist (and possibly soot-containing) protective gas is fed to the filter unit 71.
Die Filtereinheit 71 weist ein Feinstfüter 73 zur Entfernung von Partikel aus dem Gasstrom auf. Eine anschließende Trocknung des Gasstroms erfolgt durch Überleitung über ein Trock- nungsmedium in einem bevorzugt leicht austauschbaren Bauteil, beispielsweise einem Rohr 75. Das Rohr 75 kann beispielsweise durch Ventile 77 an beiden Enden vom Gaskreislauf abgetrennt werden, so dass das verwendete Trocknungsmedium leicht und schnell ausgetauscht werden kann. Allgemein ist darauf zu achten, dass das Trocknungsmedium das Pulver 5 im Fertigungsraum 13 nicht verunreinigt. Dies kann z.B. mit einem weiteren Filter (nicht gezeigt) oder mit entsprechend feinporigen Verpackungen des Trocknungsmediums vermieden werden. Der gereinigte und getrocknete Gasstrom wird anschließend über Leitungen 52 und evtl. Ventile 79 in den Fertigungsraum 13 zurückgeführt. Wird der Gasstrom unterschiedlichen Bereichen zugeführt, können die Ventile 79 zur Einstellung der Strömungswege und der Durchflussraten mit einer Steuerungseinheit (nicht gezeigt) angesteuert werden. Die Gasströme für die Trocknung und die Rußabfuhr können somit integriert oder getrennt voneinander ausge- bildet werden. The filter unit 71 has a Feinstfüter 73 for removing particles from the gas stream. Subsequent drying of the gas stream takes place by transfer via a drying medium in a preferably easily replaceable component, for example a pipe 75. The pipe 75 can be separated from the gas circulation by valves 77 at both ends, for example, so that the drying medium used is exchanged easily and quickly can be. In general, care must be taken that the drying medium does not contaminate the powder 5 in the production space 13. This can be avoided, for example, with a further filter (not shown) or with correspondingly fine-pored packaging of the drying medium. The cleaned and dried gas stream is then returned via lines 52 and possibly valves 79 in the production room 13. If the gas flow is supplied to different areas, the valves 79 for adjusting the flow paths and the flow rates can be controlled by a control unit (not shown). The gas streams for drying and removal of soot can thus be integrated or formed separately from one another.
Ferner kann (wie zuvor bereits erwähnt) zur räumlichen Trennung des Gasstroms für die Trocknung vom Gasstrom für die Rußabfuhr der Schieber 19 während der Bestrahlung zur Einnahme einer Warteposition zwischen dem Vorratsbehälter und dem Bauzylinder bei- spielsweise ebenfalls mit der Steuerungseinheit angesteuert werden. Furthermore, as already mentioned above, for spatially separating the gas stream for drying from the gas stream for removing soot, the slide 19 can also be controlled by the control unit during irradiation to take a waiting position between the storage container and the building cylinder, for example.
Das Rohr mit dem Trocknungsmedium kann sowohl vor das Feinstfilter 73 zur Rußabschei- dung, als auch nach diesem Filter eingebaut werden. Im ersteren Fall ist kein zusätzliches Rückhaltefüter für das Trocknungsmedium notwendig. The tube with the drying medium can be installed both upstream of the superfine filter 73 for Rußabschei- tion, as well as after this filter. In the former case, no additional retention filler for the drying medium is necessary.
Alternativ zur Verwendung eines Trocknungsmediums kann die Feuchtigkeit z.B. durch eine Kühlfalle in der Filtereinheit 71 aus dem Gasstrom entfernt werden. Alternatively to the use of a drying medium, the moisture may e.g. be removed from the gas stream by a cold trap in the filter unit 71.
LMF -Maschinen, in denen die hierin beschriebenen Konzepte eingesetzt werden können, um- fassen beispielsweise die Anlagen„mysint 100",„TruPrint 1000" und„TruPrint 3000". LMF machines in which the concepts described herein can be used include, for example, the systems "mysint 100", "TruPrint 1000" and "TruPrint 3000".
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe. It is explicitly pointed out that all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and / or the claims should. It is explicitly stated that all range indications or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as the limit of a range indication.

Claims

Patentansprüche claims
1. Fertigungsvorrichtung (1) zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils (3) aus einem Pulver (5) mit 1. manufacturing device (1) for generative production of a three-dimensional component (3) from a powder (5) with
einem eine Arbeitsfläche (21) bereitstellenden Fertigungsraum (11), der einen Bauplattformbereich (23 A) und einen Pulverreservoirbereich (23B) umfasst,  a production space (11) providing a work surface (21) comprising a building platform area (23A) and a powder reservoir area (23B),
einer Strahlquelle (51) zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver (5) im Bauplattformbereich (23 A) zum schichtweisen Herstellen des Bauteils (3),  a beam source (51) for generating a beam for the irradiation of powder (5) in the building platform area (23 A) for the layered production of the component (3),
einem Pulvervorratsbehälter (25) zum Bereitstellen des Pulvers (5) durch eine Bereits- tellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) in den Pulverreservoirbereich (23B),  a powder reservoir (25) for supplying the powder (5) through an opening (21B) in the work surface (21) into the powder reservoir area (23B),
einer Schiebevorrichtung (19) zur Überführung des Pulvers vom  a sliding device (19) for transferring the powder from
Pulverreservoirbereich (23B) in den Bauplattformbereich (23 A) und Powder reservoir area (23B) in the building platform area (23 A) and
ein Gassystem (41) zum Bereitstellen eines Trocknungsgasstroms (40), der über die Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers (5A) strömt.  a gas system (41) for providing a drying gas flow (40) flowing via the supply port (21B) in the working surface (21) for receiving moisture from an uppermost layer of the powder (5A).
2. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner mit 2. Manufacturing apparatus (1) according to claim 1, further comprising
einem Bauzylinder (27), der einen absenkbaren, eine Plattform zur Ausbildung eines Pulverbetts bereitstellenden Stempel (27A) und einen durch die Plattform begrenzten Bauteil- Pulver-Bereich aufweist, der durch eine Bestrahlungsöffnung (21A) in der Arbeitsfläche (21) mit dem Bauplattformbereich (23 A) verbunden ist,  a building cylinder (27) having a lowerable platen (27A) providing a platform for forming a powder bed and a component powder area bounded by the platform, passing through an irradiation opening (21A) in the work surface (21) with the building platform area (23 A) is connected,
wobei das Gassystem den Trocknungsgasstrom (40) im Wesentlich quer zur Aufreihungsrich- tung der Öffnungen (21A, 21B) in der Arbeitsfläche (21) ausbildet. wherein the gas system forms the drying gas flow (40) essentially transversely to the line-up direction of the openings (21A, 21B) in the working surface (21).
3. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gassystem (41) umfasst: eine Auslassöffnungsstruktur (45 A), insbesondere angeordnet an oder in einer Frontwand (15) oder einer Tür (31) der Fertigungsvorrichtung (1), und 3. Manufacturing apparatus (1) according to claim 1 or 2, wherein the gas system (41) comprises: an outlet opening structure (45 A), in particular arranged on or in a front wall (15) or a door (31) of the manufacturing apparatus (1), and
eine Absaugöffnungsstruktur (55), insbesondere angeordnet an oder in einer Rückwand (18) der Fertigungsvorrichtung (1),  a suction opening structure (55), in particular arranged on or in a rear wall (18) of the production apparatus (1),
wobei die Auslassöffnungsstruktur (45A) und die Absaugöffnungsstruktur (55) an gegenüberliegenden Seiten der Bereitstellungsöffnung (21B) angeordnet sind. wherein the outlet port structure (45A) and the suction port structure (55) are disposed on opposite sides of the supply port (21B).
4. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Auslassöffnungsstruktur (45 A) und/oder die Absaugöffnungsstruktur (55) derart ausgebildet sind, dass sich ein in Richtung Bereitstellungsöffnung (21B) gerichteter, insbesondere laminarer, Strömungsverlauf des Trocknungsgasstroms (42) im Pulverreservoirbereich (23B) ausbildet. 4. Manufacturing device (1) according to claim 3, wherein the outlet opening structure (45 A) and / or the Absaugöffnungsstruktur (55) are formed such that in a direction Provision opening (21 B) directed, in particular laminar, flow path of the drying gas stream (42) in the powder reservoir region (23 B) is formed.
5. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gas- System (41) ferner als Gaskreislaufsystem ausgebildet ist, das eine Filtereinheit (71) mit einem Trocknungsmedium zum Feuchtigkeitsentziehen aus dem Gas umfasst, und 5. Manufacturing apparatus (1) according to one of the preceding claims, wherein the gas system (41) is further formed as a gas circulation system comprising a filter unit (71) with a drying medium for removing moisture from the gas, and
wobei das Trocknungsmedium insbesondere in einem austauschbaren, und beispielsweise über Ventile (77) abtrennbaren Bauteil (75) im Gaskreislauf angeordnet ist.  wherein the drying medium is arranged in particular in a replaceable, and for example via valves (77) separable component (75) in the gas circulation.
6. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gassystem (41) ferner umfasst 6. manufacturing apparatus (1) according to one of the preceding claims, wherein the gas system (41) further comprises
einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss,  a protective gas tank and / or an inert gas connection,
ein Pumpensystem,  a pump system,
Ventile und/oder  Valves and / or
Leitungen zum Verbinden der einzelnen Komponenten des insbesondere Argon oder Lines for connecting the individual components of the particular argon or
Stickstoff führenden Gaskreislaufsystems. Nitrogen leading gas circulation system.
7. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gassystem (41) in einen Hauptgehäuseabschnitt (41A), der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum (13) angeordnet ist, und einen, beispielsweise in eine Tür (31) integrierten, (Tür-) Abschnitt (41B) untergliedert ist. 7. Manufacturing device (1) according to one of the preceding claims, wherein the gas system (41) in a main housing portion (41 A), for example, below and behind the production space (13) is arranged, and one, for example, in a door (31) integrated, (Door) section (41B) is divided.
8. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gassystem (41) ferner zum Bereitstellen eines, insbesondere parallel zum Trocknungsgasstrom (40) strömenden, Partikelabführgasstroms (42) ausgebildet ist, der sich über der Bestrahlungsöffnung (21A) in der Arbeitsfläche (21) zum Abführen von Partikel aus einer Wechselwirkungszone im Bauplattformbereich (23 A) erstreckt. 8. Production device (1) according to one of the preceding claims, wherein the gas system (41) further for providing a, in particular parallel to the drying gas flow (40) flowing Partikelabführgasstroms (42) is formed, which extends over the irradiation opening (21A) in the work surface (21) for removing particles from an interaction zone in the building platform area (23 A) extends.
9. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 9. Manufacturing apparatus (1) according to one of the preceding claims, further with
einer Steuerungseinheit zum Einstellen des Trocknungsgasstroms (40) und insbesondere des Partikelabführgasstroms (42) und/oder  a control unit for adjusting the drying gas flow (40) and in particular the Partikelabführgasstroms (42) and / or
zum Einstellen der Position der Schiebevorrichtung (19) während des Bestrahlungsvorgangs zwischen der Bereitstellungsöffnung (21B) und der Bestrahlungsöffnung (21A) zum räumlichen Trennen des Trocknungsgasstroms (40) vom Bauplattformbereich (23 A) und insbesondere dem Partikelabführgasstrom (42). for adjusting the position of the pushing device (19) during the irradiation process between the supply opening (21B) and the irradiation opening (21A) for spatially separating the drying gas stream (40) from the building platform region (23 A) and in particular the Partikelabführgasstrom (42).
10. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 10. Manufacturing apparatus (1) according to one of the preceding claims, further with
einem Wärmestrahler (59) zum Erzeugung einer auf die Bereitstellungsöffnung (21B), und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung (21A), gerichtete Wärmestrahlung,  a heat radiator (59) for generating a heat radiation directed to the supply opening (21B), and in particular also to the irradiation opening (21A),
wobei der Wärmestrahler (59) ferner insbesondere im Fertigungsraum (11) im Bereich oberhalb der Bereitstellungsöffnung (21B) angeordnet ist.  wherein the heat radiator (59) is further arranged in particular in the production space (11) in the region above the supply opening (21B).
11. Verfahren zur Trocknung von Pulver (5) für die generative Fertigung mit den Schritten: 11. Process for drying powder (5) for additive production with the steps:
Bereitstellen einer Menge an frischem Pulver oberhalb einer Bereitstellungsöffnung (21B) in einer Arbeitsfläche (21) und  Providing a quantity of fresh powder above a supply opening (21B) in a work surface (21) and
Bereitstellen eines Trocknungsgasstroms (40), der über die Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) zum Aufnehmen von Feuchtigkeit aus einer obersten Lage des Pulvers (5A) strömt.  Providing a drying gas stream (40) which flows via the supply opening (21B) in the working surface (21) for receiving moisture from an uppermost layer of the powder (5A).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei 12. The method of claim 11, wherein
das Bereitstellen der Menge an frischem Pulver durch schrittweises Anheben einer Pulvervorratsmenge über die Arbeitsfläche (1) durch die Bereitstellungsöffnung (21B) erfolgt, das Bereitstellen des Trocknungsgasstroms (40) zeitgleich mit einem Pulverbestrahlungsvorgang bei einer Bestrahlungsöffnung (21A) erfolgt und/oder  providing the amount of fresh powder by gradually increasing a powder supply amount across the work surface (1) through the supply port (21B), providing the drying gas stream (40) at the same time as a powder irradiation operation at an irradiation port (21A), and / or
der Trocknungsgasstrom (40) im Wesentlich quer zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen (21A, 21B) in der Arbeitsfläche (21) strömt.  the drying gas flow (40) flows essentially transversely to the direction of arrangement of the openings (21A, 21B) in the working surface (21).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, ferner mit dem den Trocknungsvorgang unterstützenden Schritt: 13. The method according to any one of claims 11 or 12, further comprising the step supporting the drying process:
Heizen der oberhalb der Bereitstellungsöffnung (21B) bereitgestellten Menge an frischem Pulver (23B) von oben, insbesondere durch Einstrahlen von Wärmestrahlung auf die Bereitstellungsöffnung (21B), und insbesondere auch auf die Bestrahlungsöffnung (21A), in der Arbeitsfläche (21) zum Erwärmen der obersten Lage des Pulvers (5A).  Heating the above provided the supply opening (21B) amount of fresh powder (23B) from above, in particular by irradiating heat radiation to the supply opening (21B), and in particular also to the irradiation opening (21A), in the working surface (21) for heating the top layer of the powder (5A).
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