EP3512650A1 - Verfahren zur additiven herstellung mit selektivem entfernen von basismaterial - Google Patents

Verfahren zur additiven herstellung mit selektivem entfernen von basismaterial

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EP3512650A1
EP3512650A1 EP17794680.3A EP17794680A EP3512650A1 EP 3512650 A1 EP3512650 A1 EP 3512650A1 EP 17794680 A EP17794680 A EP 17794680A EP 3512650 A1 EP3512650 A1 EP 3512650A1
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EP
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base material
component
coating
additive
manufacturing
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Withdrawn
Application number
EP17794680.3A
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Ole Geisen
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for Additi ⁇ ven or layered production of a component and a device for the additive production of the component and ei ⁇ ne corresponding system.
  • the device may further consist of a cryogened ⁇ gen alloy or comprise.
  • the component is preferably provided for use in a flow machine, preferably in the hot gas path of a gas turbine.
  • the component preferably consists of a Ni ⁇ ckelbasis- or superalloy, in particular a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the alloy may be precipitation hardened or precipitation hardenable.
  • Generative or additive manufacturing methods include, for example, as a powder bed process selective laser ⁇ melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melts (EBM). Laser deposition welding (LMD) is also one of the additive processes.
  • SLM powder bed process selective laser ⁇ melting
  • SLS laser sintering
  • EBM electron beam melts
  • LMD Laser deposition welding
  • Additive or generative manufacturing processes have proved to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree designed components, for example labyrinth-like structures, cooling structures and / or lightweight structures Chain of Pro ⁇ zess Colouren advantageous because a manufacturing or Ferti ⁇ tion step of a component can be done directly on the basis of a corresponding CAD file.
  • the additive manufacturing is particularly advantageous for the development or production of prototypes, which For example, for cost reasons, they can not be produced or can not be produced efficiently by means of conventional subtractive or cutting methods or casting technology.
  • One problem frequently encountered in powder bed additive manufacturing is the difficulty of reliably removing a powdered base material from discrete areas, cavities, or cavities that have the component due to its predetermined geometry.
  • the coating or structure resulting ⁇ Nisses during the additive preparation may be useful, by way of quality control or monitoring of the coating or structure resulting ⁇ Nisses during the additive preparation, individual, in particular already coated with powder area on a manufacturing position surface in the installation space, in particular during the ad ⁇ ditiven structure completely or partially free from powder or base material.
  • a method for additive production with a powder-suction device is known, for example, from DE 10 2013 206 205 A1.
  • the known processes described do not allow powder already applied to a manufacturing surface during the additive construction of individual layers, especially between or during the solidification of individual layers, to free areas of the manufacturing surface of powder.
  • this can be particularly advantageous or even indispensable, if the component has a complex geometry, and hard-to-reach cavities for the functionality of the component must be freed from powder. Otherwise powdered base material may otherwise not be removed, ie after the finished construction of the component, possibly not at all, in particular if the cavities are completely closed. A subsequent heat treatment would then sintering this powder at least, bringing the functi ⁇ tionality of the corresponding cavity is substantially restricts or ⁇ would be destroyed. It is therefore an object of the present invention to provide means which selectively removing, in particular from ⁇ suck, of base material during the additive manufacturing, ie during or between the additive built-up of individual layers of a component, allow.
  • One aspect of the present invention relates to a method for the additive, in particular a layer-wise manufacturing of a component, comprising selectively removing, in particular from ⁇ sucking, a base material for the component during the ad ⁇ ditiven building up of the component.
  • the base material can be selectively removed between the additive structure of individual component layers or during the additive construction of a single component layer or a corresponding coating.
  • Said additive assembly preferably further comprises the coating of a surface with a preparation Ba ⁇ sismaterial and then solidifying the entforementioned- NEN layer by irradiation or exposure to an energy beam, such as a laser or electron beam.
  • the base material is removed from a predetermined area of a manufacturing surface during a movement, preferably a horizontal movement, of an additive manufacturing coating apparatus.
  • the base material can preferably be removed on or in the production surface or in any other area already coated with base material in a construction space.
  • Said field of manufacturing surface preference ⁇ a (lateral) portion thereof, that is, for example, considered in view of the production surface.
  • Said production surface is expediently a surface formed by a base material layer in the
  • the production surface may further designate an area in the powder bed of the base material, as well as an area which is located, for example, laterally next to already solidified component layers. Accordingly, it is also possible to remove powder below the production surface, for example between exposure or solidification steps of individual layers.
  • the method described is particularly advantageous if, for example, as indicated above, the edge or a vertical side surface of the component is to be reworked - for example, by ablation or remelting with the laser. Such reworking is made possible by the method described in the first place.
  • the rough surface selectively with a laser of molten layers is created in the SLM process by pulling powder particles into the molten bath.
  • the manufacturing surface may alternatively represent a surface of a component substrate or a part of an already additively structured component which is covered with the base material.
  • the fact that the selective removal of the base ⁇ material from the predetermined area during the additive construction of the actual component and during movement of a coating device for the additive production takes place, can be particularly advantageous influence on the additive buildup process.
  • the Ba ⁇ sismaterial can be removed from previously established areas of the component layers again.
  • a coating result can be corrected and / or even weld spatters can be sucked out of the installation space in layers together with otherwise excess base material.
  • the process is a powder bed based additive manufacturing process.
  • the base material is a réellespul ⁇ ver for the component.
  • the selective removal is performed by suction.
  • the selective removal is performed during a coating process of the process.
  • DIE se design advantageously allows a particularly useful ⁇ even and above all, time efficient extraction of powder as this is done in one step with the powder application.
  • this embodiment relates to a particularly simple Way, for example, the powder removal implement hardware technology, since a corresponding suction head or nozzle (see below) can be attached to a coating device.
  • the selective removal is performed during a return movement, for example in the reverse direction, of the coating device for additive production. This embodiment also makes it possible to exploit the above-mentioned advantages.
  • the selective removal is performed after an exposure process of the method.
  • This embodiment may be expedient ⁇ SSIG for the above described mechanical rework of side surfaces of the component in particular.
  • a construction platform, on which the component is expediently built up additively is lowered during removal or suction.
  • the coating ⁇ device such as a blade, a vane or a brush, does not collide with a previously established device layer or a portion of the part and damage polluter gently.
  • side walls of the component or of an already solidified part thereof, which adjoin the predetermined region and have been exposed by pulverulent base material are mechanically reworked after the selective removal.
  • the method is a powder bed-based method, for example a method for selective laser melting
  • the base material is a pulverulent ges base material, wherein the selective removal is conducted by sucking ⁇ From the powder.
  • the method is a stereolithography chromatography method
  • the base material is a liquid base Mate ⁇ rial.
  • the base material can also be sucked off and / or pumped out.
  • the method comprises introducing at least one prefabricated component element after se ⁇ -selective removal of such in an additive build-up or in an area over the production surface, that the construction ⁇ part element defined a through suctioned powder and a verfes ⁇ preferential structure of the component Cavity immediately limited in or along a direction of construction.
  • the component element which is for example an (additively) prefabricated part of the component, preferably made of the same material as the future component, can limit a cavity for the component as a bridge. In this way can be more expensive to manufacture with advantage
  • a software or a data processing program automatically or semi-automatically calculates the amount of base material needed for a subsequent coating process from a volume of the previously removed base material (suction).
  • the method includes the lateral coating of the preparation surface to the base material by a coating apparatus, wherein - is adapted to the coating rate for an optimal or before ⁇ part exemplary coating result - depending on the to be coated, the volume of the swept from the coating device region the preparation surface.
  • a coating apparatus wherein - is adapted to the coating rate for an optimal or before ⁇ part exemplary coating result - depending on the to be coated, the volume of the swept from the coating device region the preparation surface.
  • the adaptation of the coating speed is also carried out by the software described above.
  • the coating speed for large (predetermined) layer thicknesses or large with Ba ⁇ sismaterial to be covered volumes or cavities is smaller ge ⁇ selects, as for - relative thereto - smaller layer thicknesses or smaller with the base material to be covered volumes.
  • Another aspect of the present invention relates to an apparatus for the additive production of the component, which is designed, the base material according to the described Remove the process selectively from the predetermined area by suction.
  • the device has a suction head or a nozzle, which is coupled to the coating device for the additive production and is movable relative to the production surface.
  • the suction head is both laterally along the manufacturing surface and perpendicular to the
  • Manufacturing surface is movable so that powder can be removed un ⁇ below the manufacturing surface.
  • the device is designed in such a way that the suction head reaches each (lateral) point or area on the component board or the production surface, ie for example in the XY direction.
  • the suction head may preferably be in an area below the powder manufacturing ⁇ surface, ie lowered in the Z direction, there to remove Pul ⁇ ver.
  • a suction capacity of the device is sufficiently sized component elements to a Budapest ⁇ voted or critical thickness or a critical weight of the respective component element by means of a vacuum currency rend the additive production in a structure on the production surface or in the space to move.
  • a component element of a region for example, viewed in a plan view of a manufacturing surface in which no base material is held, in an area above the manufacturing surface moves (via a cavity) who ⁇ .
  • Positioning means for component elements act.
  • Said thickness may be for example a layer thickness to be applied egg ner layer of the base material or a multiple ⁇ multiple thereof.
  • the device is designed so that (previously) removed base material via a Schutzgasab ⁇ sucking device to remove from a manufacturing or installation space for additive manufacturing.
  • the device has a collecting container in which aspirated base material, for example ⁇ until a possible emptying at the end of the production of the component, can be maintained.
  • Another aspect of the present invention relates to a plant for additive production, comprising the coating device and the device as described above.
  • Embodiments, features and / or advantages relating vorlie ⁇ quietly for the method may further relate to the device or the system, or vice versa.
  • Figure 1 shows a schematic sectional or side view of a system comprising a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows, according to the representation of FIG. 1, an alternative view of the device according to the invention.
  • FIGS. 3 to 6 in a representation analogous to FIGS. 1 and 2 indicates method steps according to the invention.
  • FIGS. 7 and 8 each indicate embodiments of the method according to the invention in a representation similar to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 9 shows a schematic flow diagram of the method according ⁇ proper.
  • identical or similar elements in each case with the same padszei ⁇ surfaces may be provided.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be regarded as true to scale, but individual elements, for better representation and / or better understanding exaggerated be shown thick or large.
  • FIG. 1 shows a plant 100 for the additive production of a component 3.
  • the plant 100 comprises a device 10 for the additive production of the component 3.
  • the additive manufacturing method for the component 3 described herein on the basis of the system 100 and the device 10 is preferably a powder bed-based production method, preferably selective laser melting, alternatively to electron beam melting or selective laser sintering.
  • a powder bed with a powdery base material 1 for the component 3 (see FIG. 3) is shown.
  • the base material 1 forms a powder bed having a manufacturing surface HOB.
  • the device 10 is shown above the production surface HOB.
  • the pre ⁇ device 10 is a device for selectively removing, in particular suction of powder of areas of the surface producing HOB to simplify an additive manufacturing process for the device 3 or to improve.
  • the component 3 is preferably a high-temperature-resistant component, preferably for use in the hot gas path of a gas turbine. Accordingly, the component 3 is preferably made of a nickel base or superalloy. Accordingly, the base material is preferably a powder of a corresponding alloy.
  • the device 10 comprises a suction head 12.
  • the suction head 12 preferably has a relatively small diameter for sucking the base material or powder in order to provide a suitable suction power (for powder removal) for a suitable spatial resolution.
  • the suction head 12 is also preferably movable relative to the manufacturing surface HOB, ie in the X, Y and Z directions (compare the coordinate systems in the bottom left of the powder bed).
  • the Z-direction preferably describes a construction direction for the component (see FIG. 3).
  • the device 10 further comprises a collecting container 11, in which the removed or sucked powder can be collected and held in ⁇ example, during movement of the device 10.
  • the device 10 preferably further comprises a coating tool or a coating device 20.
  • the device 10 may be coupled to the coating device 20 or provided integrally therewith.
  • the coating device 20 may comprise or constitute, for example, a slider, a squeegee, a blade and / or a brush.
  • the device 10 could be coupled to the coating device 20 in such a way that the device 10 is nevertheless movable relative to the coating device, for example in the X and / or Y direction. Accordingly, the device 10 could - similar to a trolley - be moved over a rail, for example in the X and / or Y direction.
  • FIG. 1 further shows an irradiation device, preferably a device for exposing the powder bed a laser or electron beam according to a predetermined geometry for the component 3.
  • This geometry is preferential ⁇ cases already before the manufacturing process in the form of
  • the vertical dashed line in Figure 1 is single ⁇ Lich schematically indicated that the powder bed at the edge may include egg NEN overflow, in which, from the coating device 20 moving the excess powder can be discharged.
  • FIG. 1 preferably shows a sectional view cut along the XZ plane (compare coordinate system bottom left).
  • FIG. 2 shows an alternative view of the device 10.
  • the device from FIG. 2 shows a connection coupled to a protective gas suction device 30, via which the powder 1 is removed, for example, from a production or installation space (not further identified) can. This is preferably done during a BEWE ⁇ supply of the coating apparatus 20.
  • the connection referred to can be a win ⁇ kel, in particular have any convenient shape before ⁇ geous, a fluidic communication between the suction head 12 and the To produce suction device 30.
  • the collecting container 11 shown in FIG. 1 may be dispensable.
  • Figure 2 shows a sectional or side view along the YZ plane cut (see coordinate system bottom left).
  • Figure 3 shows a situation of the system 100, in which already a component 3 partially additive, that is layer by layer by coating the manufacturing surface HOB and irradiating the corresponding powder layer z. B. by a laser beam.
  • the component 3 WUR ⁇ de, as usual in the additive manufacturing, mounted on a lowerable build platform. 6
  • FIG. 4 shows a step of the method according to the invention, which subsequent to the Darge in Figure 3 ⁇ presented situation, but preferably after a complete cavity (see Figure 4), a component element 5 was freed 8 or sucked region AB of the base material 1 before ⁇ preferably from a location behind the described overflow in an area above the component 3 and preferably of said cavity 8 is moved.
  • the construction element ⁇ part along a rearward direction RR, which is opposite to the coating direction BR is moved.
  • the building platform 6 can continue to be lowered. In this way, affect the forward direction 20, for example, which the blade, not the last hergestell ⁇ te device layer.
  • the suction head 12 or a entspre ⁇ sponding nozzle of the same along the Z-direction to be flexible and accordingly powder 1 and below the manufacturing ⁇ surface HOB suction.
  • the component element 5 may consist of the same or a similar material as the rest of the component 3.
  • the construction ⁇ part element 5 may for example be prefabricated proceedings by the same procedural.
  • FIG 5 a situation is shown in which the Bauteilele ⁇ ment 5 has been moved from the apparatus 10 by an applied by the suction head 12 under pressure to the component 3 on the component 3, such that the cavity 8 is covered completeness, ⁇ dig ,
  • a thickness of the component element 5 should not be too thick to keep the weight of the component element within reasonable limits and it reliably still suck and move through the suction head 12 can.
  • the thickness D of the component element 5 may correspond, for example, to a multiple of a component layer thickness or a corresponding thickness of a layer of the base material.
  • Cosmeticli ⁇ che base material layer thicknesses range from 20 to 50 .mu.m.
  • the thickness D can carry, for example, be a few millimeters ⁇ .
  • the cavity 8 which is also defined in addition to the component element 5 of the hitherto constructed structure of the component 3, completely closed (ver ⁇ same figure 6).
  • a formed by the component element 5 manufacturing ⁇ surface is now preferably with new base material coated whereby the structure of the building ⁇ part (a coating-with a new base material is shown in Figures 3 to 6 are not explicitly labeled), with Increased levels of stability can be imparted to increasingly built-up layers, and so a bridge over the cavity 8 also does not run the risk of breaking.
  • FIG. 7 shows a situation in which a production surface, in particular regions at last solidified points of the component 3, have been freed from base material 1 by the device (not explicitly indicated in FIG. 7) as described above. These areas are marked AB (extracted area). It may be particularly expedient to free edge regions of the component 3 during the additive production of powder in order to machine the edge regions mechanically or with the laser, without the applied powder influencing the process.
  • FIG. 8 schematically indicates that in the context of the present invention, for example, depending on the flow behavior of the powder in certain regions of the production surface, the coating speed can be changed in contrast to other VI ranges in order to ensure a cleaner or more reliable filling, application or coating ,
  • the described method can include the late-rale coating the fabrication surface HOB with Basisma ⁇ TERIAL 1 by the coating apparatus 20, wherein - depending on the to be covered volume of the swept from the coating device, the lateral area of the fabrication surface HOB - (coating speed cf. VI, V2) for an optimal coating result.
  • the coating ⁇ speed V2 can be chosen smaller than for the behaves ⁇ nis for large layer thicknesses or large with base material 1 to be covered volumes to smaller layer thicknesses or smaller to be covered with the base material 1 by volume, to obtain a better coating result ,
  • the coating speed can also be adapted or reduced automatically or semi-automatically by means of software (cf. method steps B in FIG. 9).
  • the amount of powder is placed in a coating step provided the customization of automatically.
  • the flowchart comprises a method step a), which designates a coating step, for example the production surface HOB described above.
  • a coating step for example the production surface HOB described above.
  • the step may be a conventional or prior art technique for coating a component surface.
  • Process step b) describes a -Light ⁇ , Bestrah ⁇ lung-, or exposure to an energy beam such as a laser beam to the component according to its preparatory agreed to add geometry accordingly (see above).
  • a data processing device of the system 100 and / or of the device 10 can, for example via a corresponding program or software, determine the quantity of base material 1 required for a subsequent coating process, starting from the volume of the previously removed base material, 1 automatically calculate.
  • the aspirated volume thereby increasing the amount of powder placed in the following step will be wearing ⁇ must, unless the volume was in an intermediate step through the loading of a component element - complete - as described above.
  • This aspect can be automatically adjusted by the software described, for example by a "travel path" along which a piston of a powder feed is moved upwards along the Z direction, for example, is increased each time by a corresponding parameter in the software Application mechanisms , the applied powder amount can be adjusted accordingly ⁇ .
  • Process step c) preferably refers to the selekti ⁇ ve removing the base material from predetermined areas of the preparation surface, in particular for freeing of Be ⁇ range of the component, which should not contain any powder as described above, by suction.
  • steps dl) d2) and d3) are cumulatively or alternatively shown in FIG.
  • Step dl) indicates a further exposure step (laser scanning) for solidifying the base material (see step b) above).
  • Step d2) indicates a possible mechanical reworking of powder-exposed side surfaces of the component in order to improve, as described above, corresponding surface properties.
  • Step d3) designates the introduction of a component element, as described above, in particular for covering a cavity, so that it is advantageously possible to dispense with the construction of complex support structures in this area.
  • the method steps shown in the flowchart of FIG. 9 can preferably be performed iteratively in the context of an additive manufacturing method.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils (3), umfassend das selektive Entfernen, insbesondere Absaugen, eines Basismaterials (1) für das Bauteil (3) während des additiven Aufbaus, wobei das Basismaterial (1) während einer Bewegung einer Beschichtungsvorrichtung (20) für die additive Herstellung aus einem vorbestimmten Bereich einer Herstellungsoberfläche (HOB) entfernt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur additiven Herstellung mit selektivem Entfernen von Basismaterial
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additi¬ ven bzw. schichtweisen Herstellung eines Bauteils sowie eine Vorrichtung für die additive Herstellung des Bauteils und ei¬ ne entsprechende Anlage.
Das Bauteil kann weiterhin aus einer hochtemperaturbeständi¬ gen Legierung bestehen oder diese umfassen.
Das Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strö- mungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gasturbine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Ni¬ ckelbasis- oder Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein.
Generative oder additive Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laser¬ schmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Ebenso gehört das Laserauftrag- schweißen (LMD) zu den additiven Verfahren.
Additive oder generative Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufacturing" ) haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bautei- le, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Pro¬ zessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Ferti¬ gungsschritt eines Bauteils direkt auf Basis einer entspre- chenden CAD-Datei erfolgen kann.
Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen mittels konventioneller sub- traktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können. Ein Problem, welches häufig in der pulverbettbasierten additiven Herstellung auftritt, ist die Schwierigkeit, ein pul- verförmiges Basismaterial zuverlässig wieder aus einzelnen Bereichen, Kavitäten oder Hohlräumen, welche das Bauteil aufgrund seiner vorbestimmten Geometrie haben, zu entfernen.
Weiterhin kann es sinnvoll sein, im Wege einer Qualitätskontrolle oder Überwachung des Beschichtungs- oder Aufbauergeb¬ nisses während der additiven Herstellung, einzelne, insbesondere bereits mit Pulver beschichtete Bereich auf eine Her- Stellungsoberfläche im Bauraum, insbesondere während des ad¬ ditiven Aufbaus, ganz oder teilweise von Pulver oder Basismaterial zu befreien. Insbesondere ist es wünschenswert, die Oberflächengüte von Seitenflächen des Bauteils zu verbessern. Wenn diese Seitenflächen nicht im direkten Kontakt mit Pulver stehen, kann, beispielsweise mit einem Laser oder einem anderen Werkzeug, die Oberfläche in einem Zwischenschritt bear¬ beitet und deren Qualität verbessert werden.
Im Stand der Technik dürften bereits Verfahren beschrieben sein, mit welchen insbesondere nach der additiven Herstellung, beispielsweise nachdem eine Schutzgasatmosphäre für den eigentlichen Aufbau wieder entfernt wurde, der Bauraum, in dem sich das Bauteil befindet, von überschüssigem Pulver zu befreien, insbesondere durch entsprechende Absaugvorrichtun- gen.
Ein Verfahren zur additiven Herstellung mit einer Pulversaugeinrichtung ist beispielsweise bekannt aus DE 10 2013 206 205 AI .
Die beschriebenen, bekannten Verfahren erlauben es jedoch nicht, bereits auf eine Herstellungsoberfläche aufgetragenes Pulver während des additiven Aufbaus einzelner Schichten, insbesondere zwischen oder während der Verfestigung einzelner Schichten, Bereiche der Herstellungsoberfläche wieder von Pulver zu befreien. Dies kann jedoch insbesondere dann vorteilhaft oder sogar unentbehrlich sein, wenn das Bauteil eine komplexe Geometrie aufweist, und schwerzugängliche Hohlräume für die Funktionalität des Bauteils von Pulver befreit werden müssen. Pulverförmiges Basismaterial kann sonst, d.h. nach dem fertigen Aufbau des Bauteils, möglicherweise gar nicht mehr entfernt werden, insbesondere wenn die Hohlräume voll- ständig geschlossen sind. Eine nachfolgende Wärmebehandlung würde dieses Pulver dann zumindest sintern, womit die Funkti¬ onalität des entsprechenden Hohlraums wesentlich einge¬ schränkt oder zerstört würde. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welche das selektive Entfernen, insbesondere Ab¬ saugen, von Basismaterial während der additiven Herstellung, d.h. während oder zwischen dem additiven Aufbau einzelner Schichten für ein Bauteil, erlauben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge¬ genstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven, insbesondere schichtweisen Herstellung eines Bauteils, umfassend das selektive Entfernen, insbesondere Ab¬ saugen, eines Basismaterials für das Bauteil während des ad¬ ditiven Aufbauens des Bauteils.
In einer Ausgestaltung kann das Basismaterial zwischen dem additiven Aufbau einzelner Bauteilschichten oder während des additiven Aufbaus einer einzelnen Bauteilschicht oder einer entsprechenden Beschichtung selektiv entfernt werden.
Der genannte additive Aufbau umfasst vorzugsweise weiterhin die Beschichtung einer Herstellungsoberfläche mit einem Ba¬ sismaterial und das anschließende Verfestigen der entstände- nen Schicht durch Bestrahlung oder Exponierung mit einem Energiestrahl, beispielsweise einem Laser- oder Elektronenstrahl . Bei dem beschriebenen Verfahren wird das Basismaterial während einer Bewegung, vorzugsweise einer Horizontalbewegung, einer Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung aus einem vorbestimmten Bereich einer Herstellungsoberfläche entfernt. Mit anderen Worten kann das Basismaterial gemäß dem beschriebenen Verfahren vorzugsweise an oder in der Herstellungsoberfläche oder in jedem beliebigen anderen, bereits mit Basismaterial beschichteten Bereich in einem Bauraum, entfernt werden. Der genannte Bereich der Herstellungsoberfläche ist vorzugs¬ weise ein (lateraler) Teilbereich derselben, d.h. beispielsweise in Aufsicht auf die Herstellungsoberfläche betrachtet.
Die genannte Herstellungsoberfläche ist zweckmäßigerweise ei- ne durch eine Basismaterialschicht gebildete Oberfläche im
Bauraum, und entsprechend durch ein Pulverbett definiert. Die Herstellungsoberfläche kann weiterhin einen Bereich im Pulverbett des Basismaterials bezeichnen, ebenso einen Bereich, welcher sich beispielsweise lateral neben bereits verfestig- ten Bauteilschichten befindet. Demgemäß kann auch Pulver unterhalb der Herstellungsoberfläche - beispielsweise zwischen Belichtungs- oder Verfestigungsschritten einzelner Schichten - entfernt werden. Das beschriebene Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn, beispielsweise wie oben angedeutet, der Rand oder eine senkrechte Seitenfläche des Bauteils nachbearbeitet werden soll - beispielsweise durch Abtragen oder erneutes Umschmel- zen mit dem Laser. Eine derartige Nacharbeit wird durch das beschriebene Verfahren überhaupt erst ermöglicht. Die raue Oberfläche selektiv mit einem Laser aufgeschmolzener Schichten entsteht beim SLM-Verfahren dadurch, dass Pulverpartikel ins Schmelzbad gezogen werden. Die Herstellungsoberfläche kann alternativ eine Oberfläche eines Bauteilsubstrats oder eines Teils eines bereits additiv aufgebauten Bauteils darstellen, welche mit dem Basismaterial bedeckt ist. Insbesondere dadurch, dass das selektive Entfernen des Basis¬ materials aus dem vorbestimmten Bereich während des additiven Aufbaus des eigentlichen Bauteils und während einer Bewegung einer Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung erfolgt, kann besonders vorteilhaft Einfluss auf den additi- ven Aufbauprozess genommen werden. Insbesondere kann das Ba¬ sismaterial aus zuvor bereits aufgebauten Räumen des Bauteils schichtweise wieder entfernt werden. Weiterhin kann - beispielsweise im Wege einer Qualitätssicherung oder - Überwachung, ein Beschichtungsergebnis korrigiert und/oder sogar Schweißspritzer schichtweise zusammen mit anderweitig überschüssigem Basismaterial aus dem Bauraum abgesaugt werden .
In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein pulverbett- basiertes additives Herstellungsverfahren.
In einer Ausgestaltung ist das Basismaterial ein Ausgangspul¬ ver für das Bauteil. In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen mittels Absaugen durchgeführt.
In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen während eines Beschichtungsvorgangs des Verfahrens durchgeführt. Die- se Ausgestaltung ermöglicht mit Vorteil eine besonders zweck¬ mäßige und vor allem Zeit effiziente Absaugung von Pulver, da dies in einem Schritt mit dem Pulverauftrag erfolgt. Weiter¬ hin betrifft diese Ausgestaltung einen besonders einfachen Weg, beispielsweise die Pulverentfernung hardwaretechnisch umzusetzen, da ein entsprechender Saugkopf oder eine Düse (siehe unten) an einer Beschichtungsvorrichtung angebracht werden kann.
In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen während einer Rückbewegung, beispielsweise in Rückwärtsrichtung, der Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung durchgeführt. Diese Ausgestaltung ermöglicht ebenfalls die Ausnut- zung der oben genannten Vorteile.
In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen nach einem Belichtungsvorgang des Verfahrens durchgeführt. Diese Ausgestaltung kann insbesondere für die oben beschriebene me- chanische Nacharbeit von Seitenflächen des Bauteils zweckmä¬ ßig sein.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Bauplattform, auf welcher das Bauteil zweckmäßigerweise additiv aufgebaut wird, während des Entfernens beziehungsweise des Absaugens, abgesenkt. Dies erlaubt mit Vorteil, dass die Beschichtungs¬ vorrichtung, beispielsweise eine Klinge, ein Schieber oder eine Bürste, nicht mit einer zuvor aufgebauten Bauteilschicht oder eines Teils des Bauteils kollidiert und Schäden verur- sacht.
In einer Ausgestaltung werden Seitenwände des Bauteils bzw. eines bereits verfestigten Teils desselben, welche an den vorbestimmten Bereich angrenzen und von pulverförmigen Basis- material freigelegt wurden, nach dem selektiven Entfernen mechanisch nachbearbeitet werden. Dies ermöglicht, wie oben be¬ schrieben, die Verbesserung der Oberflächengüte des Bauteils, und damit möglicherweise ebenfalls die Bauteilfunktion. In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein pulverbett- basiertes Verfahren, beispielsweise ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen, und das Basismaterial ein pulverförmi- ges Basismaterial, wobei das selektive Entfernen mittels Ab¬ saugen des Pulvers durchgeführt wird.
In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein Stereolithogra- phie-Verfahren und das Basismaterial ein flüssiges Basismate¬ rial. Gemäß dieser Ausgestaltung, kann das Basismaterial ebenfalls abgesaugt und/oder abgepumpt werden.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Einbringen mindestens eines vorgefertigten Bauteilelements nach dem se¬ lektiven Entfernen derart in einen additiven Aufbau bzw. in einen Bereich über der Herstellungsoberfläche, dass das Bau¬ teilelement einen durch abgesaugtes Pulver und eine verfes¬ tigte Struktur des Bauteils definierten Hohlraum unmittelbar in oder entlang einer Aufbaurichtung begrenzt. Mit anderen Worten kann das Bauteilelement, welches beispielsweise ein (additiv) vorgefertigtes Teil des Bauteils, vorzugsweise aus demselben Material wie das zukünftige Bauteil bestehend, ist, als Brücke einen Hohlraum für das Bauteil begrenzen. Auf die- se Weise kann mit Vorteil auf die Herstellung aufwendiger
Stützstrukturen, welche bei pulverbettbasierten Verfahren bei größeren Überhängen oder Hinterschneidungen notwendig sind, verzichtet werden. In dem Fall, dass der beschriebene Hohl¬ raum gemäß der vorbestimmten Geometrie des Bauteils vollstän- dig geschlossen ist, ermöglicht diese Ausgestaltung überhaupt erst die additive Fertigung, da andernfalls durch das be¬ schriebene Verfahren keine Möglichkeit besteht, das vorhande¬ ne Pulver - ohne eine nachträgliche spanende Bearbeitung - wieder aus dem Hohlraum zu entfernen.
Eine solche spanende Bearbeitung kann jedoch vor einer obligatorischen Wärmebehandlung nach dem additiven Aufbau (Lösungsglühen) aufgrund der während des Aufbaus entstehenden Spannungsverhältnisse im Bauteil kritisch sein und häufig zur Rissbildung oder sogar zur Zerstörung und Ausschuss des Bauteils führen. Nach einer entsprechenden Wärmebehandlung wäre weiterhin das Pulver im Raum schon gesintert, was eine nachträgliche Ent¬ fernung der gesinnten Struktur aus dem Hohlraum ebenfalls entscheidend erschwert oder unmöglich macht.
In einer Ausgestaltung berechnet eine Software oder ein Datenverarbeitungsprogramm die Menge des für einen folgenden Beschichtungsvorgang benötigten Basismaterials ausgehend von einem Volumen des zuvor entfernten Basismaterials (Absaugung) automatisch oder halbautomatisch.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das laterale Beschichten der Herstellungsoberfläche mit dem Basismaterial durch eine Beschichtungsvorrichtung, , wobei - abhängig von dem zu beschichtenden Volumen des von der Beschichtungsvorrichtung überstrichenen Bereichs der Herstellungsoberfläche - die Beschichtungsgeschwindigkeit für ein optimales oder vor¬ teilhaftes Beschichtungsergebnis angepasst wird. Auf diese Art kann insbesondere das Beschichtungsergebnis und somit möglicherweise die spätere Mikrostruktur oder Oberflächenqua¬ lität für das eigentliche Bauteil verbessert werden. Weiter¬ hin kann das Fließverhalten des pulverförmigen Basismaterials auf diese Art berücksichtigt und/oder einer fehlerhaften Be- schichtung vorgebeugt werden.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Anpassung der Beschichtungsgeschwindigkeit ebenfalls durch die oben beschriebene Software . In einer Ausgestaltung wird die Beschichtungsgeschwindigkeit für große (vorbestimmte) Schichtdicken oder für große mit Ba¬ sismaterial zu bedeckende Volumina oder Hohlräume kleiner ge¬ wählt als für - im Verhältnis dazu - kleinere Schichtdicken oder kleinere mit Basismaterial zu bedeckende Volumina.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die additive Herstellung des Bauteils, welche ausgebildet ist, das Basismaterial gemäß dem beschriebenen Verfahren selektiv aus dem vorbestimmten Bereich durch Absaugen zu entfernen.
In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Saugkopf oder eine Düse auf, welche an die Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung gekoppelt und relativ zu der Herstellungsoberfläche bewegbar ist.
In einer Ausgestaltung ist der Saugkopf sowohl lateral ent- lang der Herstellungsoberfläche als auch senkrecht zu der
Herstellungsoberfläche, bewegbar ist, so dass auch Pulver un¬ terhalb der Herstellungsoberfläche entfernt werden kann.
Idealerweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass der Saugkopf jeden (lateralen) Punkt oder Bereich auf der Bau- platte bzw. der Herstellungsoberfläche, d.h. beispielsweise in XY-Richtung erreicht. Zusätzlich kann der Saugkopf vorzugsweise in einen Pulverbereich unterhalb der Herstellungs¬ oberfläche, d.h. in Z-Richtung abgesenkt werden, um dort Pul¬ ver zu entfernen.
In einer Ausgestaltung ist eine Saugleistung der Vorrichtung ausreichend bemessen, Bauteilelemente bis zu einer vorbe¬ stimmten oder kritischen Dicke oder einem kritischen Gewicht des jeweiligen Bauteilelements mittels eines Unterdrucks wäh- rend der additiven Herstellung in einen Aufbau über die Herstellungsoberfläche oder im Bauraum zu bewegen. Vorzugsweise kann ein Bauteilelement von einem Bereich, beispielweise in Aufsicht auf eine Herstellungsoberfläche betrachtet, in dem kein Basismaterial gehalten wird, in einen Bereich oberhalb der Herstellungsoberfläche (über einen Hohlraum) bewegt wer¬ den. In diesem Sinne kann die Vorrichtung als
Positioniermittel für Bauteilelemente fungieren.
Die genannte Dicke kann beispielsweise eine Schichtdicke ei- ner aufzutragenden Schicht des Basismaterials oder ein Viel¬ faches davon betragen. In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass (zuvor) entfernte Basismaterial über eine Schutzgasab¬ saugvorrichtung, aus einem Herstellungs- oder Bauraum für die additive Herstellung zu entfernen.
In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Auffangbehälter auf, in welchem abgesaugtes Basismaterial, beispiels¬ weise bis zu einer möglichen Entleerung am Ende der Herstellung des Bauteils, gehalten werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage für die additive Herstellung, umfassend die Beschich- tungsvorrichtung und die Vorrichtung wie oben beschrieben. Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie¬ gend auf das Verfahren beziehen, können ferner die Vorrichtung oder die Anlage betreffen oder umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht einer Anlage, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Figur 2 zeigt entsprechend der Darstellung der Figur 1 eine alternative Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Figuren 3 bis 6 deuten jeweils in einer Darstellung analog zu den Figuren 1 und 2 erfindungsgemäße Verfahrensschrit- te an.
Die Figuren 7 und 8 deuten jeweils in einer zu den Figuren 1 und 2 ähnlichen Darstellung Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
Figur 9 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens . In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein . Figur 1 zeigt eine Anlage 100 zur additiven Herstellung eines Bauteils 3. Die Anlage 100 umfasst eine Vorrichtung 10 zur additiven Herstellung des Bauteils 3.
Bei dem vorliegend anhand der Anlage 100 und der Vorrichtung 10 beschriebenen additiven Herstellungsverfahren für das Bauteil 3 handelt es sich vorzugsweise um ein pulverbett- basiertes Herstellungsverfahren, vorzugsweise um selektives Laserschmelzen, alternativ dazu, um Elektronenstrahlschmelzen oder selektives Lasersintern.
Im unteren Bereich der Figur 1 ist ein Pulverbett mit einem pulverförmigen Basismaterial 1 für das Bauteil 3 (vergleiche Figur 3) gezeigt. Das Basismaterial 1 bildet ein Pulverbett mit einer Herstellungsoberfläche HOB. Oberhalb der Herstel- lungsoberfläche HOB ist die Vorrichtung 10 gezeigt. Die Vor¬ richtung 10 ist eine Vorrichtung zum selektiven Entfernen, insbesondere Absaugen von Pulver von Bereichen der Herstellungsoberfläche HOB, um einen additiven Herstellungsprozess für das Bauteil 3 zu vereinfachen oder zu verbessern.
Das Bauteil 3 ist vorzugsweise ein hochtemperaturbeständiges Bauteil, vorzugsweise für den Einsatz im Heißgaspfad einer Gasturbine. Dementsprechend ist das Bauteil 3 vorzugsweise aus einer Nickelbasis- oder Superlegierung hergestellt. Dem- entsprechend ist das Basismaterial vorzugsweise ein Pulver aus einer entsprechenden Legierung. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Saugkopf 12. Der Saugkopf 12 weist vorzugsweise einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser zum Absaugen des Basismaterials oder Pulvers auf, um einer zweckmäßigen räumlichen Auflösung eine entsprechende Saug- leistung (für die Pulverentfernung) zur Verfügung zu stellen. Der Saugkopf 12 ist weiterhin vorzugsweise relativ zu der Herstellungsoberfläche HOB beweglich, d.h. in X, Y und Z- Richtung (vergleiche die Koordinatensysteme unten links im Pulverbett) . Die Z-Richtung beschreibt vorzugsweise eine Auf- baurichtung für das Bauteil (vergleiche Figur 3) .
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin einen Auffangbehälter 11, in welchem das entfernte oder abgesaugtes Pulver bei¬ spielsweise während der Bewegung der Vorrichtung 10 aufgefangen und gehalten werden kann. Das Basismaterial oder Pulver 11, kann anders als in Figur gekennzeichnet, durch eine ent¬ sprechende Rohrleitung oder Schläuche in den Auffangbehälter 1 geleitet und beispielsweise durch einen Zyklon darin abge¬ schieden werden.
Die Vorrichtung 10 weist vorzugsweise weiterhin ein Beschich- tungswerkzeug oder eine Beschichtungsvorrichtung 20 auf. Insbesondere kann die Vorrichtung 10 mit der Beschichtungsvorrichtung 20 gekoppelt oder einstückig durch diese bereitgestellt sein. Die Beschichtungsvorrichtung 20 kann beispielsweise einen Schieber, eine Rakel, eine Klinge und/oder eine Bürste umfassen oder darstellen.
Alternativ oder zusätzlich könnte die Vorrichtung 10 derart mit der Beschichtungsvorrichtung 20 gekoppelt werden, dass die Vorrichtung 10 dennoch beweglich, beispielsweise in X und/oder Y-Richtung beweglich relativ zu der Beschichtungsvorrichtung ist. Demgemäß könnte die Vorrichtung 10 - ähnlich einer Laufkatze - über eine Schiene beispielsweise in X und/oder Y Richtung verfahrbar sein.
Figur 1 zeigt weiterhin eine Bestrahlungsvorrichtung, vorzugsweise eine Einrichtung zum Exponieren des Pulverbetts mit einem Laser- oder Elektronenstrahl gemäß einer für das Bauteil 3 vorgegebenen Geometrie. Diese Geometrie liegt vorzugs¬ weise bereits vor dem Herstellungsprozess in Form von
CAM/CAD-, oder anderen Konstruktionsdaten vor. Ebenso ist das Bauteil im Vorfeld bereits in den Konstruktionsdaten in die einzelnen Bauteilschichten unterteilt ("slicing") .
Durch die vertikale gestrichelte Linie in Figur 1 ist ledig¬ lich schematisch angedeutet, dass das Pulverbett am Rand ei- nen Überlauf umfassen kann, in welchen, von der Beschich- tungsvorrichtung 20 bewegtes überschüssiges Pulver entleert werden kann.
Figur 1 zeigt vorzugsweise eine Schnittansicht entlang der XZ-Ebene geschnitten (vergleiche Koordinatensystem unten links) .
Figur 2 zeigt eine alternative Ansicht der Vorrichtung 10. Im Gegensatz zu Figur 1 zeigt die Vorrichtung aus Figur 2 eine an eine Schutzgasabsaugvorrichtung 30 gekoppelte Verbindung, über welche das Pulver 1 beispielsweise aus einem Herstel- lungs- oder Bauraum (nicht weiter gekennzeichnet) entfernt werden kann. Dies geschieht vorzugsweise während einer Bewe¬ gung der Beschichtungsvorrichtung 20. Die genannte Verbindung (in der Figur nicht explizit gekennzeichnet) kann einen Win¬ kel, insbesondere jede zweckmäßige Form aufweisen, die vor¬ teilhaft ist, eine fluidische Kommunikation zwischen dem Saugkopf 12 und der Absaugvorrichtung 30 herzustellen. In der Ausgestaltung der Vorrichtung 10 gemäß Figur 2 kann der in Figur 1 dargestellte Auffangbehälter 11 entbehrlich sein .
Figur 2 zeigt eine Schnitt- oder Seitenansicht entlang der YZ-Ebene geschnitten (vergleiche Koordinatensystem unten links) . Figur 3 zeigt eine Situation der Anlage 100, in welcher bereits ein Bauteil 3 teilweise additiv, das heißt schichtweise durch abwechselndes Beschichten der Herstellungsoberfläche HOB und Bestrahlen der entsprechenden Pulverschicht z. B. durch einen Laserstrahl, aufgebaut wurde. Das Bauteil 3 wur¬ de, wie in der additiven Fertigung üblich, auf einer absenkbaren Bauplattform 6 aufgebaut.
Es ist weiterhin gezeigt, dass während einer Bewegung der Vorrichtung 10 entlang einer Beschichtungsrichtung BR (vergleiche nach links gerichteter Pfeil) Basismaterial von der Herstellungsoberfläche HOB oberhalb des Bauteils 3 durch Ab¬ saugen entfernt wird. Dies kann auch in mehreren Schritten oder Bewegungen der Vorrichtung 10 erfolgen.
Figur 4 zeigt einen Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, welcher anschließend an die in Figur 3 darge¬ stellte Situation, vorzugsweise jedoch nachdem ein kompletter Hohlraum 8 oder abgesaugter Bereich AB von Basismaterial 1 befreit wurde (vergleiche Figur 4), ein Bauteilelement 5 vor¬ zugsweise von einem Ort hinter dem beschriebenen Überlauf in einen Bereich oberhalb des Bauteils 3 und vorzugsweise des genannten Hohlraums 8 bewegt wird. Insbesondere wird das Bau¬ teilelement entlang einer Rückwärtsrichtung RR, welche der Beschichtungsrichtung BR entgegengesetzt ist, bewegt.
Beim Absaugen, zum Beispiel während der Rückbewegung RR der Beschichtungsvorrichtung 20, kann die Bauplattform 6 weiterhin abgesenkt werden. Auf diese Weise berührt das die Vor- richtung 20, z.B. deren Klinge, nicht die zuletzt hergestell¬ te Bauteilschicht.
Da weiterhin, abhängig von der Saugleistung der Vorrichtung 10, nur Pulver aus einer bestimmten Tiefe des Pulverbetts ab- gesaugt werden kann, kann der Saugkopf 12 oder eine entspre¬ chende Düse desselben entlang der Z-Richtung beweglich sein und dementsprechend Pulver 1 auch unterhalb der Herstellungs¬ oberfläche HOB absaugen. Das Bauteilelement 5 kann aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie der Rest des Bauteils 3 bestehen. Das Bau¬ teilelement 5 kann beispielsweise mittels desselben Verfah- rens vorgefertigt sein.
In Figur 5 ist eine Situation gezeigt, in der das Bauteilele¬ ment 5 bereits von der Vorrichtung 10 durch einen von dem Saugkopf 12 angewendeten Unterdruck an das Bauteil 3 auf das Bauteil 3 bewegt wurde, derart, dass der Hohlraum 8 vollstän¬ dig abgedeckt wird.
Dazu sollte eine Dicke des Bauteilelements 5 nicht zu dick gewählt werden, um auch das Gewicht des Bauteilelements in vertretbaren Grenzen zu halten und es zuverlässig noch durch den Saugkopf 12 ansaugen und bewegen zu können.
Die Dicke D des Bauteilelements 5 kann beispielsweise einem Vielfachen einer Bauteilschichtdicke oder einer entsprechen- den Dicke einer Schicht des Basismaterials entsprechen. Übli¬ che Basismaterial-Schichtdicken liegen im Bereich von 20 bis 50 ym. Die Dicke D kann beispielsweise einige Millimeter be¬ tragen . Es sei darauf hingewiesen, dass das Ansaugen des Bauteilele¬ ments 5 und das Entfernen des Basismaterials 1 von der Her¬ stellungsoberfläche HOB für das beschriebene Verfahren einen gekoppelten Vorteil (Synergie) bietet, da nur auf diese Weise ohne eine übermäßig komplizierte Anlagentechnik, geschlossene Hohlräume in additiv gefertigten Bauteilen von Pulver befreit und damit zweckmäßig hergestellt werden können.
Entsprechend kann der Hohlraum 8, welcher neben dem Bauteilelement 5 auch noch von der bis dato aufgebauten Struktur des Bauteils 3 definiert ist, vollständig geschlossen sein (ver¬ gleiche Figur 6) . Im Wege der weiteren additiven Fertigung wird nun vorzugsweise eine durch das Bauteilelement 5 gebildete Herstellungs¬ oberfläche mit neuem Basismaterial beschichtet (eine Be- schichtung mit neuem Basismaterial ist in den Figuren 3 bis 6 nicht explizit gekennzeichnet) , wodurch der Struktur des Bau¬ teils mit zunehmend aufgebauten Schichten mehr Stabilität verliehen werden kann, und so eine Brücke über dem Hohlraum 8 auch nicht Gefahr läuft, zu brechen. Figur 7 zeigt eine Situation, in der eine Herstellungsoberfläche, insbesondere Bereiche an zuletzt verfestigten Stellen des Bauteils 3 von der Vorrichtung (in Figur 7 nicht explizit gekennzeichnet) - wie oben beschrieben - von Basismaterial 1 befreit wurden. Diese Bereiche sind mit AB (abgesaugter Be- reich) gekennzeichnet. Es kann insbesondere zweckmäßig sein, Randbereiche des Bauteils 3 während der additiven Herstellung von Pulver zu befreien, um die Randbereiche mechanisch oder mit dem Laser zu bearbeiten, ohne dass das anliegende Pulver den Prozess beeinflusst.
Figur 8 deutet schematisch an, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung, beispielsweise abhängig vom Fließverhalten des Pulvers in bestimmten Bereichen der Herstellungsoberfläche die Beschichtungsgeschwindigkeit im Gegensatz zu anderen VI- Bereichen verändert werden kann, um ein sauberes bzw. zuverlässigeres Auffüllen, Auftragen oder Beschichten zu gewährleisten .
Mit anderen Worten kann das beschriebene Verfahren das late- rale Beschichten der Herstellungsoberfläche HOB mit Basisma¬ terial 1 durch die Beschichtungsvorrichtung 20 umfassen, wobei - abhängig von dem zu bedeckenden Volumen des von der Beschichtungsvorrichtung überstrichenen, lateralen Bereichs der Herstellungsoberfläche HOB - die Beschichtungsgeschwindigkeit (vgl. VI, V2) für ein optimales Beschichtungsergebnis ange- passt wird. Beispielsweise kann für große Schichtdicken oder für große mit Basismaterial 1 zu bedeckende Volumina die Beschichtungs¬ geschwindigkeit V2 kleiner gewählt werden als für im Verhält¬ nis dazu kleineren Schichtdicken oder kleineren mit Basisma- terial 1 zu bedeckende Volumina, um ein besseres Beschich- tungsergebnis zu erzielen.
Die Beschichtungsgeschwindigkeit kann auch automatisch oder semiautomatisch über eine Software (vergleiche Verfahrens- schritte B in Figur 9) angepasst bzw. herabgesetzt werden.
Insbesondere kann oder sollte ab einem bestimmten abgesaugten Volumen standardmäßig mehrfach beschichtet werden. Ein soge¬ nannter „boost factor" in der Software kann die Pulvermenge, die in einem Beschichtungsschritt zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise automatisch anpassen.
Nach dem Auftragen einer neuen Schicht in einem zuvor von Pulver befreitem Bereich, kann vorzugsweise überprüft werden, ob wieder ein gleichmäßiges Pulverbett vorliegt. Dies kann optisch oder durch andere geeignete Mittel erfolgen. Bei ei¬ nem negativen Ergebnis kann der Beschichtungsvorgang (vor dem Scannen oder Belichten) wiederholt werden.
Figur 9 zeigt schematisch und möglicherweise unvollständig erfindungsgemäße Verfahrensschritte anhand eines Flussdiag¬ ramms .
Das Flussdiagramm umfasst einen Verfahrensschritt a) , welcher einen Beschichtungsschritt, beispielsweise der oben beschrie- benen Herstellungsoberfläche HOB, bezeichnet. Bei diesem
Schritt kann es sich um eine konventionelle oder im Stand der Technik übliche Technik zum Beschichten einer Bauteiloberfläche handeln. Der Verfahrensschritt b) beschreibt ein Belichtung-, Bestrah¬ lung-, oder Exponierung mit einem Energiestrahl, beispielsweise einem Laserstrahl, um das Bauteil gemäß seiner vorbe- stimmten Geometrie entsprechend additiv aufzubauen (siehe oben) .
In einem folgenden Verfahrensschritt (nicht explizit in Figur 9 gekennzeichnet) kann eine Datenverarbeitungseinrichtung der Anlage 100 und/oder der Vorrichtung 10, beispielsweise über ein entsprechendes Programm oder eine Software, die Menge des für einen folgenden Beschichtungsvorgang benötigten Basismaterials 1, ausgehend von dem Volumen des zuvor entfernten Ba- sismaterials , 1 automatisch berechnen. Das abgesaugte Volumen erhöht dabei die Pulvermenge, die im folgenden Schritt aufge¬ tragen werden muss, es sei denn, das Volumen wurde in einem Zwischenschritt durch das Einlegen eines Bauteilelements - wie oben beschrieben - abgeschlossen. Dieser Aspekt kann durch die beschriebene Software automatisch angepasst werden, beispielsweise indem ein „Verfahrweg" , entlang dem ein Kolben einer Pulverzuführung beispielsweise entlang der Z-Richtung nach oben verfahren wird, jedes Mal über einen entsprechenden Parameter in der Software vergrößert wird. Auch bei anderen Auftragsmechanismen kann die aufgetragene Pulvermenge ent¬ sprechend angepasst werden.
Der Verfahrensschritt c) bezeichnet vorzugsweise das selekti¬ ve Entfernen des Basismaterials aus vorbestimmten Bereichen der Herstellungsoberfläche, insbesondere zum Befreien von Be¬ reichen des Bauteils, welche kein Pulver enthalten sollen, wie oben beschrieben, durch Absaugen.
Als mögliche folgende Verfahrensschritte sind kumulativ oder alternativ die Schritte dl) d2) und d3) in Figur 9 gezeigt.
Schritt dl) deutet einen weiteren Belichtungsschritt (Laser scanning) zum Verfestigen des Basismaterial an (vgl. Schritt b) oben) . Nach dem selektiven Entfernen des Pulvers können im Rahmen der vorliegenden Erfindung also weitere, von Pulver befreite oder tieferliegende, Bereiche belichtet und/oder Um¬ geschmolzen werden. Schritt d2) deutet eine mögliche mechanische Nacharbeit von von Pulver freigelegten Seitenflächen des Bauteils an, um, wie oben beschrieben, entsprechende Oberflächeneigenschaften zu verbessern.
Schritt d3) bezeichnet das Einbringen eines Bauteilelements, wie oben beschrieben, insbesondere zum Abdecken eines Hohlraums, sodass vorteilhafterweise in diesem Bereich auf den Aufbau von aufwendigen Stützstrukturen verzichtet werden kann.
Die in dem Flussdiagram der Figur 9 gezeigten Verfahrensschritte können vorzugsweise im Rahmen eines additiven Herstellungsverfahrens iterativ ausgeführt werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils (3), umfassend das selektive Entfernen, insbesondere Absaugen, ei- nes Basismaterials (1) für das Bauteil (3) während des addi¬ tiven Aufbaus, wobei das Basismaterial (1) während einer Be¬ wegung einer Beschichtungsvorrichtung (20) für die additive Herstellung aus einem vorbestimmten Bereich einer Herstellungsoberfläche (HOB) entfernt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das selektive Entfernen während eines Beschichtungsvorgangs des Verfahrens durch¬ geführt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das selektive Entfernen während einer Rückbewegung (RR) einer Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung und/oder nach einem Belichtungsvorgang durchgeführt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Seitenwände des Bauteils, welche an den vorbestimmten Be¬ reich angrenzen, nach dem selektiven Entfernen mechanisch nachbearbeitet werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, umfassend das Einbringen mindestens eines vorgefertigten Bauteilelements (5) nach dem selektiven Entfernen derart in einen additiven Aufbau, dass das Bauteilelement (5) einen durch entferntes Basismaterial definierten Hohlraum (8) unmittelbar in einer Aufbaurichtung (Z) begrenzt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Bauteilelement (5) für den additiven Aufbau einer folgenden Bauteilschicht (4) zumindest teilweise eine Herstellungsfläche (HOB) bildet, welche nach dem Einbringen des Bauteilelements (5) mit einer neuen Basismaterialschicht beschichtet wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Software eine Menge des für einen folgenden Be- schichtungsvorgang benötigten Basismaterials (1), ausgehend von einem Volumen des entfernten Basismaterials (1), automa- tisch berechnet.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das laterale Beschichten der Herstellungsoberfläche (HOB) mit dem Basismaterial durch eine Beschichtungsvorrich- tung (20), wobei - abhängig von dem zu bedeckenden Volumen des von der Beschichtungsvorrichtung (20) überstrichenen Bereichs der Herstellungsoberfläche (HOB) - die Beschichtungs- geschwindigkeit (VI, V2) für ein optimales Beschichtungser- gebnis angepasst wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Beschichtungsge- schwindigkeit (VI, V2) für große Schichtdicken oder für große mit Basismaterial (1) zu bedeckende Volumina kleiner gewählt wird als für die im Verhältnis dazu kleineren Schichtdicken oder kleineren mit Basismaterial (1) zu bedeckenden Volumina.
10. Vorrichtung (10) für die additive Herstellung eines Bau¬ teils (3), welche ausgebildet ist, ein Basismaterial (1) ge¬ mäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche während der additiven Herstellung selektiv aus dem vorbestimmten Bereich durch Absaugen zu entfernen, wobei die Vorrichtung (10) einen Saugkopf (12) aufweist, welcher an eine Beschichtungsvorrichtung (20) für die additive Herstellung gekoppelt und relativ zu der Herstellungsoberfläche (HOB) be- wegbar ist.
11. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 10, wobei der Saugkopf (12) sowohl lateral entlang der Herstellungsoberfläche (HOB) als auch senkrecht zu der Herstellungsoberfläche (HOB) , be- wegbar ist, so dass auch Pulver unterhalb der Herstellungs¬ oberfläche (HOB) entfernt werden kann.
12. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei eine Saugleistung der Vorrichtung (10) ausreichend ist, Bauteil¬ elemente (5) bis zu einer vorbestimmten Dicke (D) mittels ei¬ nes Unterdrucks während der additiven Herstellung über die Herstellungsoberfläche (HOB) zu bewegen.
13. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, welche ausgebildet ist, das entfernte Basismaterial (1) über eine Schutzgasabsaugvorrichtung (30) aus einem Herstellungs- räum für die additive Herstellung zu entfernen.
14. Anlage (100) für die additive Herstellung, umfassend die Beschichtungsvorrichtung (20) und die Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13.
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