EP3538302A1 - Homogene absaugung bei der generativen fertigung - Google Patents

Homogene absaugung bei der generativen fertigung

Info

Publication number
EP3538302A1
EP3538302A1 EP17804475.6A EP17804475A EP3538302A1 EP 3538302 A1 EP3538302 A1 EP 3538302A1 EP 17804475 A EP17804475 A EP 17804475A EP 3538302 A1 EP3538302 A1 EP 3538302A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
protective gas
gas
powder
production
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17804475.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Björn Ullmann
Jörg Zaiß
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 SE
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP3538302A1 publication Critical patent/EP3538302A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/364—Conditioning of environment
    • B29C64/371—Conditioning of environment using an environment other than air, e.g. inert gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B22F10/322—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber of the gas flow, e.g. rate or direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/77—Recycling of gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus 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
    • B22F12/38—Housings, e.g. machine housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus 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
    • B22F12/70—Gas flow means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/35—Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/73—Recycling of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus 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
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus 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
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/49—Scanners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/10—Inert gases
    • B22F2201/11—Argon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a device for laser-based additive manufacturing and in particular an extraction of protective gas during the additive manufacturing. Furthermore, the invention relates to a method for the extraction of a production space in the generative production of a component.
  • 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.
  • EP 3 023 228 A1 discloses a machine for generatively producing three-dimensional products on a platform which directs gas flow across the platform to remove e.g. Provides smoke from the interaction zone.
  • Other gas cycle configurations are e.g. from DE 198 53 947 C1, DE 10 2010 052 206 AI, DE 10 2006 014 835 AI,
  • EP 1 839 781 A2 and EP 3 147 047 AI known.
  • side inflowing inert gas in the processing zone merged with a directed from top to bottom inert gas stream to prevent distraction of the laterally incoming protective gas upwards and so u. a. to protect a radome docking window from contamination.
  • One aspect of this disclosure is based on the object to improve the extraction characteristics in the production space and in particular in the area of a construction platform. Furthermore, this disclosure is based on the object, the suction during an LMF process in particular without increasing the flow velocity in the area of the construction platform.
  • At least one of these objects is achieved by a manufacturing apparatus for the generative production of a three-dimensional component from a powder according to claim 1 or claim 21 and by a method for extracting a production space for the generative production according to claim 19. Further developments are specified in the subclaims.
  • a manufacturing apparatus for generatively producing a three-dimensional component from a powder comprises a main housing providing in a manufacturing space a work surface on which a build platform area is provided, an optical system connectable to a beam source for providing a beam for the irradiation of Powder in the construction platform area for producing the component in layers and a protective gas system for providing a protective gas area flow in the production space.
  • the shielding gas system has at least one outlet opening structure and a suction opening structure, which are designed for the flow of gas into the production space or for the extraction of gas from the production space.
  • the outlet port structure and the suction port structure are disposed on opposite sides of the main housing such that the protective gas surface flow flows across the working surface between the opposite sides of the main housing.
  • the protective gas system has at least one secondary outlet opening for the flow of gas in the direction of the protective gas surface flow into the production space, which is designed to form at least one secondary protective gas stream which also determines the flow profile of the protective gas surface flow.
  • the at least one secondary outlet opening is optionally provided on a side wall connecting the opposite sides of the main housing with a corresponding outflow direction directed toward the protective gas surface flow in order to co-determine the flow profile of the protective gas surface flow in the area in front of the suction opening structure.
  • a method of extracting a manufacturing space for additive manufacturing includes the step of providing a blanket gas flow areally and parallel to a workspace provided in the manufacturing space via a powder bed in the build platform area and increasing the suction power while maintaining the flow rate of the Protective gas above the powder bed (and / or homogenizing the flow velocity of the protective gas above the powder bed) by at least one additional protective gas flow, which is supplied laterally, from above and / or obliquely from above the inert gas surface stream.
  • a main housing which provides a work surface in a production space on which a building platform area is provided
  • an optical system which can be connected to a beam source, for providing a beam for the irradiation of powder in the building platform region for producing the component in layers, and
  • the protective gas system for providing a protective gas flow in the production room.
  • the protective gas system has at least one outlet opening structure and a suction opening structure, which are designed to flow gas into the production space or to extract gas from the production space and which are arranged on opposite sides of the main housing in such a way that the protective gas surface flow over the working area between flows the opposite sides of the main housing.
  • the protective gas system has at least one secondary outlet opening structure, which is arranged and configured such that a secondary protective gas stream flows obliquely from above into the production space at an angle to the working surface, in particular to counteract a recirculation of the protective gas surface flow (in particular an extent of recirculation).
  • the at least one secondary outlet opening on the front frame, the door or the ceiling is arranged and formed such that the secondary protective gas stream flows out obliquely to the protective gas surface flow and a fanning of the
  • the flow profile can be formed with a substantially constant velocity distribution over the entire construction platform region, at least over a construction platform arranged in the construction platform region.
  • the at least one secondary outlet opening can be provided on a side wall connecting the opposite sides of the main housing and / or above, laterally and / or laterally above the outlet opening structure with a corresponding outflow direction directed onto the protective gas surface flow.
  • the outlet port structure may include an elongated discharge area extending parallel to the work surface for generating a blanket gas flow surface-parallel and parallel to the work surface.
  • the suction opening structure may have an elongated extraction area extending parallel to the work surface for receiving a protective gas surface stream flowing flat and parallel to the work area, and / or the at least one secondary outlet opening having an elongated discharge area extending parallel to the work area.
  • the outlet port structure, the suction port structure, and optionally the at least one secondary outlet port may be disposed at a substantially equal distance above the work surface.
  • the protective gas system may be configured such that the protective gas surface flow is homogenized in front of the suction opening structure by gas flowing from the at least one secondary outlet opening in such a way that a nearly constant flow velocity in the building platform area and / or in the powder reservoir area between the outlet port structure and the suction port structure.
  • the almost constant flow velocity can be below a limit speed that swirls up the powder bed.
  • the orientation of the shielding gas surface flow can be transverse, oblique or along the direction of thinning and it can flow substantially parallel to the working surface.
  • the at least one secondary outlet opening may comprise an array of outlet openings.
  • the at least one outlet opening structure can be arranged in the region of the front wall, in particular on or in the front wall or in a door of the production device, and the suction opening structure can be arranged on or in the rear wall of the production device, or vice versa.
  • the outlet port structure and the suction port structure may be disposed on opposite side walls of the manufacturing apparatus.
  • the manufacturing apparatus further comprises a building cylinder having a lowerable, in particular for a building platform and the formation of a powder bed provided stamp and a limited by the dimensions of the stamp component Powder area, which is connected by an exposure opening in the work surface with the building platform area, wherein the inert gas system forms the inert gas flow substantially transversely, obliquely or along the Aukahungsraum the openings in the work surface.
  • the protective 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.
  • the outlet port structure and the suction port structure may be disposed on opposite sides of the build platform.
  • the outlet opening structure and / or the suction opening structure can be designed in such a way that a flow course of the protective gas flow directed towards the building platform, in particular laminar, is formed.
  • the protective gas system can be configured as a gas circulation, which comprises a filter unit with a drying medium for removing moisture from the gas.
  • the drying medium can be arranged in particular in a replaceable, and for example separable via valves component in the gas circulation.
  • the protective 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 circuit, in particular comprising argon or nitrogen.
  • the protective gas system can be subdivided into a main housing section, which is arranged, for example, below and behind the production space, and a (door) section, for example integrated in a door.
  • the inert gas system is configured to provide a flow of inert gas comprising a drying gas flow in the region of the powder supply and a particle discharge gas flow in the region of the construction platform.
  • the concepts disclosed herein may allow particles to be dissipated from the entire range of fabrication under comparable conditions and the 3D component to be constructed.
  • the secondary outlet port structure is configured such that the secondary gas stream is discharged obliquely toward the rear wall.
  • the secondary outlet port structure may include an array of slots that are oriented at an angle in the range of 10 ° to 40 ° to the normal direction of the work surface and together form a planar entrance region of the secondary gas flow into the production space.
  • the secondary outlet port structure may include, in particular, an array of slots transverse to the long axis of the slots and, optionally, an array of slots along the long axis of the slots, and optionally, the slots or rows of slots spaced from one another by 0.5 mm Millimeters.
  • the concepts disclosed herein are particularly effective for larger build platforms that are more prone to detrimentally fanning the shield gas face stream. In general, the concepts described herein can thus enable stabilization of the manufacturing process.
  • 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 of FIG. 1 parallel to the XY plane through the production space
  • 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. 4 shows schematic exemplary sectional views of the generative manufacturing apparatus of FIG. 1 parallel to the YZ plane through the production space as indicated in FIG. 2 (FIGS. 4A and 4B) and specifically through a secondary outlet opening (FIGS. 4C and 4D),
  • FIG. 5 is a sketch to illustrate an exemplary gas cycle of a generative manufacturing device
  • Fig. 6 is a sketch to illustrate the flow control with an array of arranged in the ceiling obliquely-slotted slots. Aspects described herein are based in part on the insight that a flow pattern in the production space can lead to different flow velocities and thus to a spatially varying effect of the flow on the manufacturing process. Furthermore, it was recognized that the formation of the flow in a relevant area / in relevant areas can be homogenized in the production area by targeted lateral inflow, in particular with the same flow velocity or a reduced flow speed compared to the main flow.
  • the additional feed allows for increased suction and thus faster gas exchange in the production room, without thereby achieving flow rates close to powder which would move and in particular agitate the powder.
  • FIGS. 1 to 4A which is designed to provide such a flow course integrated in the production process.
  • FIGS. 4B to 4D show further developments to the outlet opening.
  • Fig. 5 shows an exemplary gas cycle for use in such LMF machines.
  • FIG. 6 illustrates the influence of the flow by means of a slot arrangement arranged above a building platform area.
  • FIG. 1 shows an exemplary generative production device 1 for producing a 3D 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 includes a back wall 18, two side walls 16A, 16B and a ceiling which together define the manufacturing 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 apparatus 1 is made possible.
  • the opening 17 can be closed during the manufacturing process by, for example, a door 31 (handle 31 A, closure 31 B) attached to the front wall 15 (see FIG. 2).
  • Fig. 1 further shows a slider 19 (also called 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 build platform area 23A, a powder reservoir area 23B, and (optionally) a powder collection area 23C.
  • the building platform area 23 A can be provided centrally with respect to the opening 17. In it, the irradiation process for producing 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 layer-wise production of the 3D component 3 in the construction platform region 23A.
  • the build platform portion 23A is disposed in the X direction between the powder reservoir portion 23B and the powder collecting portion 23C.
  • the powder reservoir region 23B has a cylindrical powder reservoir 25, for example, whose upper end 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).
  • the slider 19 can 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 front wall 15 and parallel to the work surface 21.
  • the building platform region 23 A has an eg cylindrical construction cylinder 27 with a lowerable, a platform for forming a powder bed providing punch 27A. Lowering results in a component-powder coating limited by the platform. rich, which is connected through the irradiation opening 21 A in the working surface 21 with the building platform area 23 A. If a layer of the component 3 was 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 forms, into which fresh powder can be displaced with the slide 19, so that a new upper powder layer forms in the powder bed to be irradiated.
  • the main housing 11 further comprises at least parts of a protective gas system 41, such as a protective gas tank and / or a protective gas connection and a pump system (not shown) and a filter unit 71 (schematically indicated in Fig. 1).
  • the protective gas system 41 allows the production space 13 to be flooded with, for example, inert gas such as argon or nitrogen during the manufacturing process. Further details of the protective gas system 41 will be explained below, in particular in connection with FIG. 5.
  • An irradiation system may be attached to a housing on the main body 11 e.g. connected to the building platform area 23 A mounted optical system 51.
  • the irradiation system is for generating radiation, e.g. Laser light, which can melt the powder 5 to material layers of a component 11, formed. It is based, for example, on a fiber or disk laser system. Alternatively, laser light may be guided from such a source to the optical system 51 on the main body 11.
  • the optical system 11 has a scanner system which can guide the radiation in a path matched to the component 3 in the building platform area 23A for locally melting the uppermost powder layer of the powder bed.
  • the protective gas system 41 is designed in such a way that a protective gas flow 40 is formed in the production space 13, which has a particularly favorable flow profile and forms a flat surface over the irradiation opening 21 A in the work surface 21 for flue gas removal.
  • the shielding gas surface stream 40 can flow in the region of the opening 21B of the working surface 21 as a surface drying stream over the uppermost powder layer of the powder reservoir 25 (indicated by dashed arrows and structures in FIGS. 1 to 3).
  • the protective gas surface flow 40 is formed substantially transversely to the alignment direction (in this case the X direction) of the openings 21A, 21B parallel to the working surface 21, ie it flows in the Y direction via the openings 21A, 21B in the working surface 21
  • the protective gas surface flow 40 is co-formed in its flow profile by gas flows 42A, which flow laterally into the production space 13 from openings 46A in the side wall 16A adjoining the powder reservoir area 23B.
  • gas flows 42B may also be provided from secondary outlet openings 46B (indicated by dashed lines) in the side wall 16B adjacent to the powder collecting area 23C.
  • the protective gas surface stream 40 flows from the door 31 to the rear wall 18 (or in the opposite direction) over the building platform area 23A.
  • carbon black is representative of very small particles that can form when the laser light interacts with the powder.
  • these very small particles can be blown out of the interaction region by a corresponding flow and then sucked off.
  • the protective gas surface stream 40 should not influence the quality of the production, ie, for example, not cause turbulence of the powder bed.
  • the protective gas system 41 includes, by way of example, a main housing section, which is arranged below and behind the production space 13, for example, and a door section integrated in the door 31.
  • the main body portion comprises e.g. the protective gas tank and / or the protective gas connection to an external protective gas source, a pump system and the filter unit 71.
  • the filter unit 71 is fluidly connected to one or more suction port structures 55 in the rear wall 18 via a conduit.
  • the suction port structure 55 is in the range of Powder reservoir portion 23B disposed near the working surface 21 and indicated schematically in Fig. 2.
  • the filter unit 71 is fluidly connected to one or more outlet port structures 45 in the door 31.
  • the main housing section of the protective gas system 41 comprises a line to the front wall 15, which opens into a (housing) connection opening 43 A in a region covered by the door 31.
  • the connection opening 43 A is at a closed door 31 via a (door) port opening 43 B and connecting lines in fluid communication with the door portion of the protective gas system 41st
  • the outlet opening structure 45 comprises, for example, an elongated outflow region extending parallel to the work surface 21.
  • an elongated outflow region is formed by a plurality of round openings arranged in a row.
  • the suction opening structure 55 may comprise an elongate extraction area extending parallel to the work surface 21 for receiving the protective gas flow 40 flowing flat and parallel to the work surface 21.
  • a suction region is schematically indicated by an oblong rectangle which extends parallel to the working surface 21.
  • the four secondary outlet openings 46A in FIG. 4A also form an elongated outflow area extending parallel to the working surface 21.
  • switchable valves may be further provided, for example, to control the outflow of the shielding gas from the outlet port structure 45 and the secondary outlet ports 46A, 46B, 46A ', 46A''Further, the outlet port structure 45 and / or the suction port structure 55 and / or the secondary outlet openings 46A, 46B, 46A ', 46A "are shaped in such a way that a flow path which is as laminar as possible (in the direction of the provision opening 21B) is as close as possible to the flow path Work surface 21 forms.
  • An exemplary embodiment of a slot-shaped output opening specially configured for this purpose is explained by way of example in conjunction with FIG. 4D.
  • the secondary outlet ports 46A may be formed as an array of outlet ports on at least one of the side walls 16A, 16B.
  • four bores per side wall 16A, 16B are implemented. These each have, for example, a diameter of a few 10 mm, e.g. 60 mm.
  • Shaped sheet metal nozzles can be screwed into these recesses, which generate the secondary gas flow in accordance with e.g. to 50 mm tapered opening e.g. let it escape laterally (or downwards).
  • Paragraphs are provided to perforated plates or nozzles in the
  • These additional inflow openings may also have other positions and shapes, whereby the formation of possible inserts variable to different flow velocities - conditional, for. through different sized production rooms - can be adjusted.
  • FIG. 4B shows an array of, by way of example, three slot-shaped exit openings 46A 'provided on the side wall 16A and spaced a distance in the range of e.g. 5 to 50 mm above the working surface 21 are provided.
  • the slot-shaped exit openings 46A ', 46A “have a very small (e.g., sub-millimeter) slot thickness in the Z-direction and a significantly greater (e.g., in the millimeter-to-centimeter area) parallel to the work surface 21, for example
  • the distance D is plotted with respect to a Z-direction center of the slot-shaped exit opening 46A '(indicated by a dot-dashed centerline of the opening).
  • the slit-shaped exit ports 46A, 46A may be provided in an orifice plate 81, the opening of associated outflow slots 80 ', 80" located on the side of the manufacturing space.
  • the slot 80 ', 80 has been worked into the diaphragm plate 81 with a laser treatment the depth of the outflow slot 80 ', 80 "(in the X direction in Fig. 4C) is given by the thickness of the diaphragm sheet 81 (limited downwards).
  • the panel 81 covers openings 83 in the side wall 16A, which are supplied with gas from the protective gas system 41.
  • the gas supply is illustrated in FIGS. 4C and 4B by an arrow 85.
  • a shallow gas flow 42 ⁇ ', 42A "will exit the slit exit port (s) 46A and continue toward and join the primary gas flow 40 as the shield gas face stream cause the gas stream 40 to form as homogeneously as possible over the powder bed.
  • a plurality of slots or rows of slots can preferably be arranged one above the other.
  • the slots or rows may have a pitch of 0.5 mm to a few millimeters, with up to 1000 rows and more depending on the slot size.
  • the slot-shaped exit openings 46A ', 46A “have a thickness which is usually narrower than the thickness of the diaphragm sheet 81 in order to achieve shaping of the jet.
  • the thickness of an outflow slot 80', 80" and in particular, the thickness of the outlet openings 46A, 46A "in the range of 15 ⁇ m to 250 ⁇ m, for example in the range of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m, for example, the slots 80 ', 80" have a minimum thickness of 150 ⁇ m or 50 ⁇ m
  • the slot 80 ', 80 may have a slightly tapering or widening cross-section to the exit side
  • a tapered cross section is indicated by dashed lines 87 in the sectional views of Fig. 4C and may result in an additional nozzle effect.
  • a preferred slot depth is greater than the slot thickness and a slot length may be selected in dependence on the number of outflow slots 80 ', 80 "such that a secondary flow 42 ⁇ ', 42A" is established.
  • Example slot lengths are in the range of 2 mm to 50 mm, with a number of up to 10 or more slots.
  • Figures 4C and 4D illustrate schematically two exemplary orientation of outflow slots 80 ', 80 "in the panel sheet 81.
  • the formation of the outflow slot 80 'in Fig. 4C is parallel to the working surface 21 and thus causes the parallel to the bottom gas flow 42A'.
  • Outflow slot 80 "in Fig. 4D was made by slanting at an angle ⁇ to the normal of the top of the sheet whereby the secondary gas stream impinges obliquely downward at angle ⁇ on the working surface 21.
  • the angle of a slot depth axis 89 - the orientation of the slot in the flow direction Defining axis - with respect to the working surface 21 (and thus the primary flow path) is in the assembled state of the shutter plate 81, for example in the range of 0 ° (parallel to the ground) to 50 ° ° to 40 °, eg 20 ° or 30 °, between slit depth axis 89 and working surface 21 lead to a quasi-laminar secondary gas flow 42A ", which, as indicated in Fig.
  • a baffle plate provided with outflow slots 80 ', 80' ' can be used to generate side gas flows since then the secondary gas flow quickly impacts the work surface 21. There the gas flows tend to move along the bottom surface , so that, as is advantageous for the side gas flows, a readily controllable protective gas flow can be obtained, in particular with provision of the lateral (or primary) outflow slots in the process-near area, a correspondingly effective protective gas flow can be formed.
  • primary openings may also be slit-shaped and at an angle to the floor.
  • primary and secondary outflow slots may vary in location, number, and angular orientation around the inlet ports (primary and secondary).
  • secondary flows during process gas circulation can be generated in addition to the main flow.
  • the secondary flows are thereby formed using one or more laser-cut walls (for example, explained on the panel).
  • the outflow slots can be made, for example, with a laser-based oblique cut at an angle of, for example, 30 ° to the surface normal of the side wall (in particular in the case of a side wall / aperture arranged perpendicular to the bottom surface). sheet metal).
  • the outflow slots and correspondingly generated secondary flows serve accordingly as means for the targeted design of the flow path in the process chamber. Unwanted backflow, turbulence of inert gas laden with process residues can thus be avoided or at least reduced, so that overall process residues can be detected more efficiently and fed to the filter unit.
  • the outlet port structure 45, the suction port structure 55 and the one or more secondary outlet ports 46A, 46B, 46A, 46A may be disposed at substantially the same distance above the working surface 21.
  • the protective gas system 41 is designed to homogenize the protective gas surface flow 40 in front of the suction opening structure 55 by gas flowing from the one or more secondary outlet openings 46A, 46B, 46A, 46A "into the production space 13 in such a way that For example, in Fig. 5, flow velocities vi and v2 are assigned to the front and rear regions (in terms of accessibility of the process space 13), respectively, in the building platform portion 23A and / or the powder reservoir portion 23B.
  • the aim of the adjustment of the gas flow coming from the secondary outlet ports 46A, 46B, 46A, 46A is to adjust the flow velocities vi and v2 in their size.
  • the increase in the suction power causes an acceleration of the primary flow over the building platform in the rear area, which could otherwise be overflowed too slowly. In particular, an almost constant flow velocity is to be effected which lies below a limiting speed which swirls up the powder bed.
  • the generative manufacturing apparatus 1 has a control unit for adjusting the speed and / or the quantity of gas leaving the at least one secondary outlet opening 46A, 46B, 46A, 46A "and for adjusting the suction power through the suction opening structure 55 additional lateral influx of gas through the outlet ports 46A, 46B, 46A, 46A "can be increased without an excessive flow velocity near the powder bed. Generally so much gas to be sucked, as is also flowed. That is, an increase in the inflow volume by additional lateral inflow entails an increase in the suction.
  • the cross flow may fan out so that the flow velocity v2 (near the exit) becomes smaller than the flow velocity vi (near the inlet) and thus spatially varying conditions, eg Smoke evacuation above the powder bed can occur, which can affect the manufacturing process, especially in large building platforms.
  • the protective gas system 41 is designed to allow protective gas to flow out on one side of the main housing 11 in the direction of the working surface 21 and to discharge the protective gas on an opposite side.
  • the slider 19 may be formed or positioned during manufacture so that results in a uniform flow as possible. For example, during the 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 that the different flows for drying and soot discharge are little affected.
  • the flow profile is influenced by the gas streams 42A, 42B.
  • the respective currents can be activated, reduced or completely inhibited as a function of the current method step.
  • the slider 19 includes a supply of entrained powder, so that manufacturing devices for additive manufacturing with a work surface without powder reservoir portion 23 B, and thus more compact, can be implemented.
  • the supply of transported powder for example, is filled outside the work surface.
  • the implementation of the concepts disclosed herein into the inert gas purge of the overall system may be integrated throughout the manufacturing process.
  • the shielding gas can circulate in a gas circulation in which the gas flow is dried with a desiccant and possibly additionally with a filter for the separation of micro particles / suspended matter such as soot is cleaned.
  • 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. It can be seen the shield gas flow 40, which flows transversely to the longer extension of the rectangular shaped working surface 21. Furthermore, the gas flows 42A, 42B, 42A ', 42A "flowing in at the side can be seen, which are sucked out together on the rear wall, and the protective gas containing wet and / or soot is fed to the filter unit 71 via gas lines 52.
  • the filter unit 71 has a fines 73 for removing particles from the gas. Subsequent drying of the gas stream takes place by transfer via a drying medium in a preferably easily exchangeable component, for example a pipe 75.
  • a drying medium in a preferably easily exchangeable 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.
  • impurities can be e.g. be avoided with another 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.
  • the gas flow can be supplied to different outlet ports, wherein the valves 79 for adjusting the flow paths and the flow rates can be controlled by a control unit (not shown).
  • the outlet opening structure 45 and the suction opening structure 55 are arranged on the side of the front wall 15, in particular in the door 31 of the production apparatus 1 and on or in the rear wall 18 of the production apparatus 1.
  • the concepts disclosed herein to avoid divergence and / or to equalize velocities is also dependent on an inverted flow direction (eg, from behind / from the rear wall to the front / to the front wall) or flow directions from left to right and from right to right on the left (eg between the side walls) applicable.
  • At least one secondary outlet opening can be arranged and configured on the front frame, the door or the ceiling in such a way that it can emit a secondary inert gas flow obliquely to the protective gas surface flow which opposes and / or opposes a fanning out of the protective gas surface flow to the side and / or upwards compensated or prevented.
  • the flow profile can be formed with a substantially constant velocity distribution over the entire construction platform region, at least over a construction platform arranged in the construction platform region.
  • the fan-out of the inert gas surface flow 40 can be counteracted both from the side and from above in order to force the flow as far as possible in the direction of the suction opening structure.
  • an additional protective gas flow which is alone on the side, preferably from both sides, or alone from above, can be sufficient.
  • a flowing from the ceiling and / or door (or depending on the direction of flow from the rear wall) flowing additional protective gas from above on the fanning Schutzgas vomstrom 40 can be used.
  • the supplemental protective gas flow can keep the protective gas surface flow 40 slowing down due to the fanning out at a substantially constant speed in a laminar flow near the powder bed, even if there is a lateral fanning of the protective gas surface flow 40 (in FIG. 2 along the X axis).
  • a secondary outlet opening 46C arranged above the outlet opening structure 45 is schematically indicated with walls sloping towards the horizontal.
  • the auxiliary protective gas flow acting in the vertical direction can support one or more laterally acting supplementary protective gas flows from lateral secondary outlet openings.
  • laterally acting inert gas streams may also be provided with outlet openings provided adjacent to the outlet opening structure, which may be formed by e.g. a corresponding wall, laterally on the inert gas surface 40 directed Ausströmungs- direction have generated.
  • a lateral flow of protective gas can lead the smoke / particles transported by the protective gas surface flow 40 directly in the direction of the suction opening structure which is elongated parallel to the working surface 21 (usually horizontally).
  • a flow over the powder reservoir region 23B and over the building platform region 23A was indicated. Since powder drying does not have to be necessary or can be effected by measures other than a drying gas flow, further expansion of gas flows is conceivable, which are essentially limited to the construction platform area 23A. The concepts disclosed herein to avoid divergence and / or to equalize velocities may be implemented accordingly.
  • a laterally entering secondary gas stream could be used for (assisting) drying of the powder in the powder reservoir region 23B, in particular if only opening structures 45, 55 are provided for the building platform (eg centered in the door and rear wall to the building platform) and no further opening structures for the Powder reservoir area 23B are used.
  • FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment in which a supplementary protective gas flow 93 flowing from a top wall 91 of the production space from above (ie at an angle to the work surface 21 obliquely from above) in the region of the building platform region 21 A acts on the protective gas surface flow or a return flow taking place over it.
  • a flow path 95 is shown in broken lines in the production space, as it could be formed without protective gas stream 93.
  • the ceiling wall 91 comprises, for example, an outlet opening structure 82 which is designed as a panel 8.
  • An arrangement of slots 99 is provided in the panel 8, which via a gas distribution housing 100A and gas supply line 100B with the gas system for discharging protective gas into the production space 13 fluidly connected.
  • the slots 99 are formed at an angle ⁇ in the range of 10 ° to 40 °, for example 20 ° or 30 °, to the Z direction in the aperture 8, so that from each of the slots 99 a strip-shaped output beam (arrow 101 in the center of a dotted illustrated jet) emerges. These enter together as protective gas stream 93 obliquely in the direction of the rear wall 18 in the production room 13 a.
  • the panel 8 is exemplary of an oriented slotted ceiling wall of the manufacturing space, the slots 99 being e.g. were incorporated in a diagonal cutting process with a laser.
  • the aperture 8 has, for example, a thickness of a few millimeters (for example 2 mm) with a slot width in the range from 15 ⁇ m to 250 ⁇ m, for example in the range from 20 ⁇ m to 200 ⁇ m, e.g. 0.2 mm.
  • a corresponding aspect ratio in the cross section of a slot 99 of, for example, about 10: 1 causes the directed strip-shaped output beam of the slot 99th
  • the diaphragm 8 is arranged in the front region of the ceiling 91 (for example, up to the middle of the production space or up to 2/3 of the production space).
  • the slots 99 or a row of slots extending in the X direction for example, at least the extent of the building platform portion 21 A and / or the powder reservoir portion 21 B and over, for example, 50% of the depth of the production space 13 in the Y direction.
  • the protective gas stream 93 can have a two-dimensional cross section, for example with comparable dimensions in the X direction and Y direction, if only the building platform region 21 A is to be influenced.
  • laterally-provided slot structures may be made in accordance with the manner of an oriented slotted wall discussed in connection with FIG. 6, for example to bias the laterally entering secondary gas flow Align towards the back wall. This may be done for X-Y plane flow directions (FIG. 4C) or for downhole flow directions (FIG. 4D), where the slots are slanted with respect to the XZ plane so that the narrow side end faces the slots are at an angle to the XZ plane. In order to increase the gas flow leading to the effect of the narrow side surfaces, the number of slots in the Y direction can be increased accordingly. The same applies to, for example, round openings.
  • LMF machines in which the concepts described herein can be used include, for example, the "mysint 100", “TruPrint 1000” and “TruPrint 3000" systems.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Eine Fertigungsvorrichtung (1) zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils(3) aus einem Pulver (5) umfasst ein Hauptgehäuse (11), das in einem Fertigungsraum (13) eine Arbeitsfläche (21) bereitstellt,ein mit einer Strahlquelle verbindbares optisches System (51) zur Bereitstellung eines Strahls für die Bestrahlungvon Pulver (5) in einem Bauplattformbereich (23A)der Arbeitsfläche (21) zum schichtweisen Herstellen des Bauteils (3),und ein Schutzgassystem (41) zum Bereitstellen eines Schutzgasflächenstroms im Fertigungsraum (13). Das Schutzgassystem (41) weist mindestens eine Auslassöffnungsstruktur (45) und eine Absaugöffnungsstruktur (55), die zum Einströmen von Gas in den Fertigungsraum (13) bzw. zum Absaugen von Gas aus dem Fertigungsraum (13) ausgebildet sind, auf. Diese sind auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses derart angeordnet, dass der Schutzgasflächenstrom (40) über die Arbeitsfläche (21) zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses strömt. Ferner weist das Schutzgassystem (41) mindestens eine sekundäre Auslassöffnung(46A, 46B, 42A', 42A") zum Einströmen von Gas in Richtung des Schutzgasflächenstroms (40) in den Fertigungsraum (13) auf, welche zur Ausbildung mindestens eines sekundären Schutzgasstroms (42A, 42B, 42A', 42A") ausgebildet ist, der das Strömungsprofil des Schutzgasflächenstroms (40) mitbestimmt.

Description

HOMOGENE ABSAUGUNG
BEI DER GENERATIVEN FERTIGUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur laserbasierten generativen Fertigung und insbesondere eine Absaugung von Schutzgas während der generativen Fertigung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Absaugung eines Fertigungsraums bei der generativen Fertigung eines Bauteils.
Die laserbasierte generative Fertigung von, insbesondere metallischen oder keramischen, Werkstücken basiert auf einem Verfestigen eines in Pulverform vorliegenden Ausgangsmaterials 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.
Für eine reproduzierbare Wechselwirkung des Laserlichts mit dem Pulver ist unter anderem ein homogener Zustand der Bedingungen im Bereich der Fertigung von Bedeutung, da variierende Bedingungen z.B. zu unterschiedlich verfestigten Materialstrukturen führen können.
EP 3 023 228 AI offenbart eine Maschine zur generativen Fertigung von dreidimensionalen Produkten auf einer Plattform, die eine Gasströmung über die Plattform zur Entfernung von z.B. Rauch aus der Wechselwirkungszone bereitstellt. Weitere Gaskreislaufkonfigurationen sind z.B. aus DE 198 53 947 Cl, DE 10 2010 052 206 AI, DE 10 2006 014 835 AI,
WO 2010/007394 AI, EP 1 839 781 A2 und EP 3 147 047 AI bekannt. Beispielsweise wird in DE 198 53 947 Cl und EP 3 147 047 AI seitlich einströmendes Schutzgas in der Bearbeitungszone mit einem von oben nach unten gerichteten Schutzgasstrom zusammengeführt, um ein Ablenken des seitlich einströmenden Schutzgases nach oben zu verhindern und so u. a. ein Strahleinkoppelfenster vor Verschmutzung zu schützen.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, die Absaugcharakteristik im Fertigungsraum und insbesondere im Bereich einer Bauplattform zu verbessern. Ferner liegt dieser Offenbarung die Aufgabe zugrunde, die Absaugleistung während eines LMF-Prozesses zu erhöhen, insbesondere ohne Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Bauplattform.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver nach Anspruch 1 oder Anspruch 21 und durch ein Verfahren zur Absaugung eines Fertigungsraums für die generative Fertigung nach Anspruch 19. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem Aspekt umfasst eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidi- mensionalen Bauteils aus einem Pulver ein Hauptgehäuse, das in einem Fertigungsraum eine Arbeitsfläche bereitstellt, auf der ein Bauplattformbereich vorgesehen ist, ein mit einer Strahlquelle verbindbares optisches System zur Bereitstellung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver im Bauplattformbereich zum schichtweisen Herstellen des Bauteils und ein Schutzgassystem zum Bereitstellen eines Schutzgasflächenstroms im Fertigungsraum. Das Schutzgas- System weist mindestens eine Auslassöffnungsstruktur und eine Absaugöffnungsstruktur, die zum Einströmen von Gas in den Fertigungsraum bzw. zum Absaugen von Gas aus dem Fertigungsraum ausgebildet sind, auf. Die Auslassöffnungsstruktur und die Absaugöffnungsstruktur sind auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses derart angeordnet, dass der Schutz- gasflächenstrom über die Arbeitsfläche zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Haupt- gehäuses strömt. Ferner weist das Schutzgassystem mindestens eine sekundäre Auslassöff- nung zum Einströmen von Gas in Richtung des Schutzgasflächenstroms in den Fertigungsraum auf, welche zur Ausbildung mindestens eines sekundären Schutzgasstroms ausgebildet ist, der das Strömungsprofil des Schutzgasflächenstroms mitbestimmt. Dabei ist optional zum Mitbestimmen des Strömungsprofils des Schutzgasflächenstroms im Bereich vor der Absau- göffnungsstruktur die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung an einer die gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses verbindenden Seitenwand mit einer entsprechenden auf den Schutzgasflächenstrom gerichteten Ausströmungsrichtung vorgesehen ist.
In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur Absaugung eines Fertigungsraums für die generative Fertigung den Schritt des Bereitstellens eines Schutzgasflächenstroms, der flächig und parallel zu einer im Fertigungsraum vorgesehenen Arbeitsfläche über ein Pulverbett im Bauplattformbereich strömt und den Schritt des Erhöhens der Absaugleistung unter Beibehaltung der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases oberhalb des Pulverbetts (und/oder Homogenisieren der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases oberhalb des Pulverbetts) durch mindestens einen ergänzenden Schutzgasstrom, der seitlich, von oben und/oder schräg von oben dem Schutzgasflächenstrom zugeführt wird.
In einem weiteren Aspekt umfasst eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver
- ein Hauptgehäuse, das in einem Fertigungsraum eine Arbeitsfläche bereitstellt, auf der ein Bauplattformbereich vorgesehen ist,
- ein mit einer Strahlquelle verbindbares optisches System zur Bereitstellung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver im Bauplattformbereich zum schichtweisen Herstellen des Bau- teils und
- ein Schutzgassystem zum Bereitstellen eines Schutzgasflächenstroms im Fertigungsraum. Das Schutzgassystem weist mindestens eine Auslassöffnungsstruktur und eine Absaugöff- nungsstruktur auf, die zum Einströmen von Gas in den Fertigungsraum bzw. zum Absaugen von Gas aus dem Fertigungsraum ausgebildet sind und die auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses derart angeordnet sind, dass der Schutzgasflächenstrom über die Arbeitsfläche zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses strömt. Ferner weist das Schutzgassystem mindestens eine sekundäre Auslassöffnungsstruktur auf, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass ein sekundärer Schutzgasstrom unter einem Winkel zur Arbeitsfläche schräg von oben in den Fertigungsraum einströmt, um so insbesondere einer Rezirkulation des Schutzgasflächenstroms (insbesondere einem Ausmaß der Rezirkulation) entgegenzuwirken.
In einigen Ausführungsformen ist die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung am Frontrahmen, der Tür oder der Decke derart angeordnet und ausgebildet, dass der sekundäre Schutzgasstrom schräg zum Schutzgasflächenstrom ausströmt und einer Auffächerung des
Schutzgasflächenstroms zur Seite und/oder nach oben entgegenwirkt. Dadurch kann das Strömungsprofil mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeitsverteilung über den gesamten Bauplattformbereich, zumindest über eine im Bauplattformbereich angeordnete Bauplattform, ausgebildet werden. Beispielsweise kann die mindestens eine sekundäre Auslassöff- nung an einer die gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses verbindenden Seitenwand und/oder oberhalb, seitlich und/oder seitlich oberhalb der Auslassöffnungsstruktur mit einer entsprechenden auf den Schutzgasflächenstrom gerichteten Ausströmungsrichtung vorgesehen sein. In einigen Ausführungsformen kann die Auslassöffnungsstruktur einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche erstreckenden Ausströmbereich zum Erzeugen eines flächig und parallel zur Arbeitsfläche strömenden Schutzgasflächenstroms aufweisen. Ebenso kann die Absau- göffnungsstruktur einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche erstreckenden Absaugbe- reich zum Aufnehmen eines flächig und parallel zur Arbeitsfläche strömenden Schutzgasflächenstroms aufweisen, und/oder die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche erstreckenden Ausströmbereich aufweisen. Optional können die Auslassöffnungsstruktur, die Absaugöffnungsstruktur und optional die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung in einem im Wesentlichen gleichen Abstand oberhalb der Ar- beitsfiäche angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Schutzgassystem derart ausgebildet sein, dass der Schutzgasflächenstrom durch Gas, welches aus der mindestens einen sekundären Auslassöff- nung in den Fertigungsraum einströmt, vor der Absaugöffnungsstruktur derart homogenisiert wird, dass sich eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit im Bauplattformbereich und/oder im Pulverreservoirbereich zwischen der Auslassöffnungsstruktur und der Absaugöffnungsstruktur ausbildet. Insbesondere kann die nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit unterhalb einer das Pulverbett aufwirbelnden Grenzgeschwindigkeit liegen. Die Orientierung des Schutzgasflächenstroms kann quer, schräg oder entlang zur Aufrei- hungsrichtung sein und er kann im Wesentlichen parallel zur Arbeitsfläche strömen. Die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung kann eine Aufreihung von Auslassöffnungen umfassen. Beispielsweise kann die mindestens eine Auslassöffnungsstruktur im Bereich der Frontwand, insbesondere an oder in der Frontwand oder in einer Tür der Fertigungsvorrichtung, angeordnet sein und die Absaugöffnungsstruktur kann an oder in der Rückwand der Fertigungsvorrichtung angeordnet sein, oder umgekehrt. Ferner können die Auslassöffnungsstruktur und die Absaugöffnungsstruktur an gegenüberliegenden Seitenwänden der Fertigungsvorrichtung an- geordnet sein.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung ferner einen Bauzylinder, der einen absenkbaren, insbesondere für eine Bauplattform und zur Ausbildung eines Pulverbetts vorgesehenen, Stempel und einen durch die Ausmaße des Stempels begrenzten Bauteil- Pulver-Bereich aufweist, der durch eine Bestrahlungsöffhung in der Arbeitsfläche mit dem Bauplattformbereich verbunden ist, wobei das Schutzgassystem den Schutzgasflächenstrom im Wesentlich quer, schräg oder entlang zur Aufreihungsrichtung der Öffnungen in der Arbeitsfläche ausbildet.
Ferner kann das Schutzgassystem eine Auslassöffnungsstruktur, insbesondere angeordnet an oder in einer Frontwand oder einer Tür der Fertigungsvorrichtung, und eine Absaugöffnungs- struktur, insbesondere angeordnet an oder in einer Rückwand der Fertigungsvorrichtung, umfassen. Die Auslassöffnungsstruktur und die Absaugöffnungsstruktur können an gegenüberlie- genden Seiten der Bauplattform angeordnet sein. Die Auslassöffnungsstruktur und/oder die Absaugöffnungsstruktur können derart ausgebildet sein, dass sich ein in Richtung Bauplattform gerichteter, insbesondere laminarer, Strömungsverlauf des Schutzgasfiächenstroms ausbildet. Des Weiteren kann das Schutzgassystem als Gaskreislauf ausgebildet sein, das eine Filtereinheit mit einem Trocknungsmedium zum Feuchtigkeitsentziehen aus dem Gas umfasst. Das Trocknungsmedium kann insbesondere in einem austauschbaren, und beispielsweise über Ventile abtrennbaren Bauteil im Gaskreislauf angeordnet sein. Allgemein kann das Schutzgassystem ferner einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss, ein Pumpensystem, Ventile und/oder Leitungen zum Verbinden der einzelnen Komponenten des insbesondere Argon oder Stickstoff führenden Gaskreislaufs umfassen. Das Schutzgassystem kann in einen Hauptgehäuseabschnitt, der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum angeordnet ist, und einen, beispielsweise in eine Tür integrierten, (Tür-) Abschnitt untergliedert sein. In einigen Ausführungsformen ist das Schutzgassystem zum Bereitstellen eines Schutzgasfiächenstroms ausgebildet, der einen Trocknungsgasstrom im Bereich des Pulvervorrats und einen Partikelabführgasstrom im Bereich der Bauplattform umfasst.
Ein Vorteil der hierin beschriebenen Konzepte ist es, dass der Fertigungsraum durch die zu- sätzliche seitliche Zufuhr von Gas schneller abgesaugt werden kann und somit ein größerer
Partikelabführgasstrom bewirkt wird. Ferner kann durch die seitliche Anordnung der sekundären Zuströmöffnungen und die sekundäre Einströmung ein Auffächern des Schutzgasfiächenstroms zwischen dem Ort der Einströmung und dem Ort des Austritts unterdrückt werden. Insbesondere kann die sekundäre Einströmung eine Beschleunigung des Gasstroms über dem Baufeld im hinteren Bereich bewirken. Ohne sekundäre Einströmung könnte dagegen dort durch das Auffächern des Stroms eine Reduzierung der Geschwindigkeit eintreten, so dass sich die Fertigungsbedingungen im Bereich der Bauplattform (vorne - hinten) ändern. Entsprechend können es die hierin offenbarten Konzepte erlauben, aus dem gesamten Bereich der Fertigung unter vergleichbaren Bedingungen Partikel abzuführen und das 3D-Bauteil aufzubauen.
In einigen Ausführungsformen ist die sekundäre Auslassöffnungsstruktur derart ausgebildet, dass der sekundäre Gasstrom schräg in Richtung der Rückwand abgegeben wird. Die sekundäre Auslassöffnungsstruktur kann eine Anordnung von Schlitzen umfassen, die unter einem Winkel im Bereich von 10° bis 40° zur Normalenrichtung der Arbeitsfläche ausgerichtet sind und gemeinsam einen flächigen Eintrittsbereich des sekundären Gasstroms in den Fertigungsraum ausbilden. Ferner kann die sekundäre Auslassöffnungsstruktur insbesondere eine Aufreihung von Schlitzen quer zur langen Achse der Schlitze und optional ferner eine Aufreihung von Schlitzen entlang der langen Achse der Schlitze umfasst, und wobei optional die Schlitze oder Reihen von Schlitzen einen Abstand von 0,5 mm bis zu einige Millimetern aufweisen.
Die hierin offenbarten Konzepte wirken sich insbesondere bei größeren Bauplattformen aus, die anfälliger für ein nachteiliges Auffächern des Schutzgasflächenstroms sind. Allgemein können die hierin beschriebenen Konzepte somit eine Stabilisierung des Fertigungsprozesses ermöglichen.
Hierin werden Konzepte offenbart, die 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 Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig.l eine schematische räumliche Darstellung einer beispielhaften generativen Fertigungsvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 parallel zur XY-Ebene durch den Fertigungsraum,
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 schematische beispielhafte Schnittansichten der generativen Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 parallel zur YZ-Ebene durch den Fertigungsraum wie in Fig. 2 angedeutet (Figuren 4A und 4B) und speziell durch eine sekundäre Auslassöffnung (Figuren 4C und 4D),
Fig. 5 eine Skizze zur Verdeutlichung eines beispielhaften Gaskreislaufs einer generativen Fertigungsvorrichtung und
Fig. 6 eine Skizze zur Verdeutlichung der Strömungsbeeinflussung mit einer Anordnung von in der Decke angeordneten schräg-geschnittenen Schlitzen. Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass ein Strömungsverlauf im Fertigungsraum zu unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und damit zu einer räumlich variierenden Auswirkung der Strömung auf den Fertigungsprozess führen kann. Ferner wurde erkannt, dass im Fertigungsraum durch gezieltes seitliches Zuströmen, insbesondere mit der gleichen oder einer im Vergleich zur Hauptströmung reduzierten Strömungsge- schwindigkeit, die Ausbildung der Strömung in einem relevanten Bereich/in relevanten Bereichen homogenisiert werden kann.
Ferner erlaubt der zusätzliche Zustrom eine vergrößerte Absaugung und damit einen schnelleren Austausch des Gases im Fertigungsraum, dies ohne dabei Strömungsgeschwindigkeiten nahe von Pulver zu erreichen, die das Pulver bewegen und insbesondere aufwirbeln würden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4A eine Ausführungsform einer LMF-Maschine erläutert, die zur Bereitstellung eines derartigen, in den Herstellungsprozess integrierten, Strömungsverlaufs ausgebildet ist. Die Figuren 4B bis 4D zeigen Weiterbildun- gen zur Auslassöffnung. Fig. 5 zeigt einen beispielhaften Gaskreislauf zum Einsatz in derartigen LMF-Maschinen. Fig. 6 verdeutlicht die Beeinflussung der Strömung mithilfe einer oberhalb eines Bauplattformbereichs angeordneten Schlitzanordnung.
In Fig. 1 ist eine beispielhafte generative Fertigungsvorrichtung 1 zur Erzeugung eines 3D- Bauteils 3 aus einem Pulver 5 gezeigt. Zum Fertigungsvorgang wird auf die eingangs erwähnte 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, zwei Seitenwände 16A, 16B 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 eines Pulvervorratsbehälters vornehmen und das fertiggestellte Bauteil 3 entnehmen. Fig. 1 zeigt ferner einen Schieber 19 (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 Bauplattformbereich 23 A, einen Pulverreservoirbereich 23B und (optional) einen Pulversammelbereich 23 C auf. Der Bauplattformbereich 23 A kann zentral bezüglich der Öffnung 17 vorgese- hen werden. In ihm findet der Bestrahlungs Vorgang zur Herstellung des 3D-Bauteils 3 statt. Der Pulverreservoirbereich 23B dient der Bereitstellung von frischem Pulver 5A, das zur lagenweisen Herstellung des 3D-Bauteils 3 in den Bauplattformbereich 23A mit dem Schieber 19 übertragen wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Bauplattformbereich 23A in X-Richtung 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 benötigt, 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 Frontwand 15 und parallel zur Arbeitsfläche 21 verläuft.
Der Bauplattformbereich 23 A 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-Be- reich aus, der durch die Bestrahlungsöffnung 21 A in der Arbeitsfläche 21 mit dem Bauplattformbereich 23 A 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 frisches Pulver 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 kann mit dem Schieber 19 durch eine Öffnung 21C der Arbeitsfläche 21 im Pulversammelbereich 23C z.B. zur Wiederverwertung in einen Sammelbehälter verschoben werden. Das Hauptgehäuse 11 weist ferner zumindest Teile eines Schutzgassystems 41 auf, wie z.B. einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss und ein Pumpensystem (nicht gezeigt) sowie eine Filtereinheit 71 (schematisch in Fig. 1 angedeutet). Das Schutzgassystem 41 erlaubt es, den Fertigungsraum 13 mit z.B. inertem Gas wie Argon oder Stickstoff während des Herstellungsprozesses zu fluten. Weitere Details des Schutzgassystems 41 werden nach- folgend insbesondere in Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert.
Ein Bestrahlungssystem kann an ein auf dem Hauptgehäuse 11 z.B. über dem Bauplattformbereich 23 A angebrachtes optisches System 51 angeschlossen werden. Das Bestrahlungssystem ist zur Erzeugung von Strahlung, z.B. Laserlicht, welche das Pulver 5 zu Materialschichten ei- nes Bauteils 11 verschmelzen kann, ausgebildet. Es basiert beispielsweise auf einem Faseroder Scheibenlasersystem. Alternativ kann Laserlicht von einer derartigen Quelle zum optischen System 51 am Hauptgehäuse 11 geführt werden. Das optische System 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 füh- ren kann.
Wie eingangs angesprochen findet während der Wechselwirkung der Strahlung/des Laserlichts mit dem Pulver ein Spülen des Fertigungsraums 13 statt, wodurch insbesondere Rauchgase mit Partikeln aus dem Fertigungsraum entfernt werden.
Das Schutzgassystem 41 ist derart ausgelegt, dass sich ein Schutzgasfiächenstrom 40 im Fertigungsraum 13 ausbildet, der ein besonders günstiges Strömungsprofil aufweist und sich flächig über der Bestrahlungsöffnung 21 A in der Arbeitsfläche 21 zur Rauchgasentfernung ausbildet. Ergänzend oder alternativ zur Rauchgasentfernung aus der aktuellen Fertigungszone kann der Schutzgasflächenstrom 40 z.B. im Bereich der Öffnung 21B der Arbeitsfläche 21 als Oberflächentrocknungsstrom über die oberste Pulverlage des Pulvervorratsbehälters 25 strömen (in den Figuren 1 bis 3 durch gestrichelte Pfeile und Strukturen angedeutet). In der gezeigten Ausführungsform bildet sich der Schutzgasflächenstrom 40 im Wesentlichen quer zur Aufreihungsrichtung (hier der X-Richtung) der Öffnungen 21A, 21B parallel zur Arbeitsfläche 21 aus, d.h. er strömt entsprechend in Y-Richtung über die Öffnungen 21A, 21B in der Arbeitsfläche 21. Der Schutzgasflächenstrom 40 wird in seinem Strömungsprofil durch Gasströme 42A, die aus Öffnungen 46A in der an den Pulverreservoirbereich 23B angrenzen- den Seitenwand 16A seitlich in den Fertigungsraum 13 einströmen, mitgeformt. Alternativ o- der ergänzend können ferner Gasströme 42B aus sekundären Auslassöffnungen 46B (gestrichelt angedeutet) in der an den Pulversammelbereich 23C angrenzenden Seitenwand 16B vorgesehen werden. In der beispielhaft in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Umsetzung des angestrebten Strömungsverlaufs im Fertigungsraum 13 wird der Strömungsverlauf beispielhaft in Kombination mit einem speziellen Strömungsverlauf zur Rußabfuhr umgesetzt. Dabei strömt der Schutzgasflächenstrom 40 von der Tür 31 aus zur Rückwand 18 (oder in entgegengesetzter Richtung) über den Bauplattformbereich 23A hinweg. 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. Dabei soll der Schutzgas- flächenstrom 40 allerdings nicht die Qualität der Fertigung beeinflussen, d.h. z.B. nicht das Pulverbett aufwühlen.
Das Schutzgassystem 41 umfasst beispielhaft einen Hauptgehäuseabschnitt, der beispielsweise unterhalb und hinter dem Fertigungsraum 13 angeordnet ist, und einen in die Tür 31 integrierten Türabschnitt. Der Hauptgehäuseabschnitt umfasst z.B. den Schutzgastank und/oder den Schutzgasanschluss an eine externe Schutzgasquelle, ein Pumpensystem und die Filtereinheit 71.
Die Filtereinheit 71 ist mit einer oder mehreren Absaugöffnungsstrukturen 55 in der Rückwand 18 über eine Leitung fluidverbunden. Die Absaugöffnungsstruktur 55 ist im Bereich des Pulverreservoirbereichs 23B nahe der Arbeitsfläche 21 angeordnet und in Fig. 2 schematisch angedeutet.
Ferner ist die Filtereinheit 71 mit einer oder mehreren Auslassöffnungsstrukturen 45 in der Tür 31 fiuidverbunden. Dazu umfasst der Hauptgehäuseabschnitt des Schutzgassystems 41 eine Leitung 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 und Verbindungsleitungen in Fluidverbindung mit dem Türabschnitt des Schutzgassystems 41.
Zum Erzeugen eines flächig und parallel zur Arbeitsfläche 21 strömenden Schutzgasfiächen- stroms 40 umfasst die Auslassöffnungsstruktur 45 beispielsweise einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche 21 erstreckenden Ausströmbereich. In Fig. 1 wird ein derartiger länglicher Ausströmbereich durch eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten runden Öffnun- gen gebildet.
Entsprechend kann die Absaugöffnungsstruktur 55 einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche 21 erstreckenden Absaugbereich zum Aufnehmen des flächig und parallel zur Arbeitsfläche 21 strömenden Schutzgasfiächenstroms 40 umfassen. In Fig. 3 ist ein derartiger Ab- saugbereich schematisch durch ein längliches Rechteck, das sich parallel zur Arbeitsfläche 21 erstreckt, angedeutet.
Ferner bilden beispielhaft auch die vier sekundären Auslassöffnungen 46A in Fig. 4A einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche 21 erstreckenden Ausströmbereich aus. Das gleiche gilt für die nachfolgend in Zusammenhang mit den Figuren 4B bis 4D beschriebenen schlitzförmigen Ausgangsöffnungen 46A, 46A", die z. B. wie die Auslassöffnungsstrukturen 45 mit der Filtereinheit 71 fiuidverbunden.
In einigen Ausführungsformen können ferner z.B. schaltbare Ventile vorgesehen werden, um das Ausströmen des Schutzgases aus der Auslassöffnungsstruktur 45 und den sekundären Auslassöffnungen 46A, 46B, 46A', 46A" zu kontrollieren. Ferner können die Auslassöffnungsstruktur 45 und/oder die Absaugöffnungsstruktur 55 und/oder die sekundären Auslassöffnungen 46A, 46B, 46A', 46A" derart geformt sein, dass sich ein möglichst laminarer (in Richtung Bereitstellungsöffnung 21B) gerichteter Strömungsverlauf möglichst nah über der Arbeitsfläche 21 ausbildet. Ein Ausführungsbeispiel einer speziell hierfür konfigurierten schlitzförmigen Ausgangsöffnung ist beispielhaft in Zusammenhang mit Fig. 4D erläutert.
Wie in Fig. 1 angedeutet, können die sekundären Auslassöffnungen 46A als eine Aufreihung von Auslassöffnungen auf mindestens einer der Seitenwände 16A, 16B ausgebildet werden. Beispielhaft sind jeweils vier Bohrungen pro Seitenwand 16A, 16B umgesetzt. Diese haben jeweils beispielsweise einen Durchmesser von einigen 10 mm, z.B. 60 mm. In diese Aussparungen können geformte Blechdüsen eingeschraubt werden, die den sekundären Gasstrom aus entsprechend z.B. auf 50 mm verjüngte Öffnung z.B. seitlich (oder abwärts) gerichtet austre- ten lassen. So können z.B. Absätze vorgesehen werden, um Lochbleche oder Düsen in die
Bohrungen einsetzten zu können. Diese zusätzlichen Einströmöffnungen können ferner andere Positionen und Formen aufweisen, wobei auch die Ausbildung möglicher Einsätze variabel an unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten - bedingt z.B. durch unterschiedlich große Fertigungsräume - angepasst werden kann.
Ansätze zur Erzeugung eines sekundären Gasstroms 42A, dessen Strömungsverlauf möglichst laminar und optional möglichst nah über der Arbeitsfläche 21, insbesondere das Pulver 5, gerichtet ist, wird durch die Verwendung der schlitzförmigen Ausgangsöffnungen 46 A' möglich. Z. B. zeigt Fig. 4B eine Aufreihung von beispielhaft drei schlitzförmigen Ausgangsöffnungen 46A', die an der Seitenwand 16A vorgesehen sind und in einem Abstand im Bereich von z.B. 5 bis 50 mm über der Arbeitsfläche 21 vorgesehen sind.
Die schlitzförmigen Ausgangsöffnungen 46A', 46A" weisen eine sehr geringe (z.B. im sub- Millimeterbereich liegende) Schlitzdicke in Z-Richtung und eine erheblich größere (z.B. im Millimeter- bis Zentimeterbereich liegende) z.B. parallel zur Arbeitsfläche 21 verlaufende
Schlitzlänge (in Fig. 4B in Y-Richtung) auf. In Fig. C ist der Abstand D bezüglich eines Mittelpunkts in Z-Richtung der schlitzförmigen Ausgangsöffnung 46A' eingezeichnet (angedeutet durch eine strichpunktierte Mittellinie der Öffnung). Wie in den Figuren 4C und 4D gezeigt ist, können die schlitzförmigen Ausgangsöffnungen 46A, 46A" die auf der Seite des Fertigungsraums liegende Öffnung zugehöriger Ausströmungsschlitze 80', 80" in einem Blendenblech 81 vorgesehen sein. Der Schlitz 80', 80" ist z.B. mit einer Laserbearbeitung in das Blendenblech 81 eingearbeitet worden. Allgemein ist somit die Tiefe des Ausströmungsschlitzes 80', 80" (in Fig. 4C in X-Richtung) durch die Dicke des Blendenblechs 81 gegeben (nach unten begrenzt).
Das Blendenblech 81 deckt Öffnungen 83 in der Seitenwand 16A ab, die mit Gas vom Schutz- gassystem 41 versorgt werden. Die Gaszufuhr wird in den Figuren 4C und 4B mit einem Pfeil 85 verdeutlicht. Entsprechend wird ein flacher Gasstroms 42Α', 42A" aus der/den schlitzförmigen Ausgangsöffnung(en) 46A austreten und sich in Richtung des primären Gasstroms 40 fortsetzen und mit diesem als Schutzgasflächenstrom vereinen. Allgemein kann das seitliche Mitformen des Schutzgasflächenstroms durch insbesondere die schlitzförmigen Öffnungen 46A bewirken, dass sich der Gasstrom 40 über dem Pulverbett möglichst homogen ausbildet.
Bevorzugt können hierzu mehrere Schlitze oder Reihen von Schlitzen übereinander angeordnet werden. Die Schlitze oder Reihen können einen Abstand von 0,5 mm bis zu einige Millimetern aufweisen, wobei je nach Schlitzgröße bis zu 1000 Reihen und mehr vorgesehen wer- den können.
Die schlitzförmigen Ausgangsöffnungen 46 A', 46 A" weisen dabei eine Dicke auf, die meist schmaler ist als die Dicke des Blendenblechs 81 , um eine Formung des Strahls zu erreichen. In beispielhaften Ausführungen liegt die Dicke eines Ausströmungsschlitzes 80', 80", und so- mit insbesondere die Dicke der Ausgangsöffnungen 46A, 46A" im Bereich von 15 μιη bis 250 μιη, beispielsweise im Bereich von 20 μι Μβ 200 μιη. Z. B. weisen die Schlitze 80', 80" eine minimale Dicke von 150 μιη oder 50 μιη auf. Dabei kann der Schlitz 80', 80" z.B. einen sich zur Ausgangseite leicht verjüngenden oder aufweitenden Querschnitt aufweisen. Ein sich verjüngender Querschnitt ist mit gestrichelten Linien 87 in der Schnittansichten der Fig. 4C ange- deutet und kann zu einem zusätzlichen Düseneffekt führen.
Eine bevorzugte Schlitztiefe ist größer ist als die Schlitzdicke und eine Schlitzlänge kann in Abhängigkeit der Anzahl von Ausströmungsschlitzen 80', 80" derart gewählt werden, dass ein Sekundärstrom 42Α', 42A" aufgebaut wird. Beispielshafte Schlitzlängen liegen im Bereich von 2 mm bis 50 mm, bei einer Anzahl bis zu 10 oder mehr Schlitzen.
Die Figuren 4C und 4D verdeutlichen schematisch zwei beispielhafte Orientierung von Ausströmungsschlitzen 80', 80" im Blendenblech 81. Die Ausbildung des Ausströmungsschlitzes 80' in Fig. 4C ist parallel zur Arbeitsfläche 21 und bewirkt somit den parallel zum Boden verlaufenden Gasstroms 42A'.
Ausströmungsschlitz 80" in Fig. 4D wurde mittels Schrägschnitt unter einem Winkel α zur Normalen der Blechoberseite erstellt, wodurch der sekundäre Gasstrom schräg nach unten unter dem Winkel α auf die Arbeitsfläche 21 auftrifft. Der Winkel einer Schlitztiefenachse 89 - die die Ausrichtung des Schlitzes in Durchströmungsrichtung definierende Achse - bezüglich der Arbeitsfläche 21 (und damit dem primären Strömungsverlaufs) liegt im montierten Zustand des Blendeblechs 81 beispielsweise im Bereich von 0° (parallel zum Boden) bis 50°. Bei einer Schlitzdicke von 150 μιη kann beispielsweise ein Winkel im Bereich von 10° bis 40°, z.B. 20° oder 30°, zwischen Schlitztiefenachse 89 und Arbeitsfläche 21 zu einem quasi-lami- naren sekundären Gasstrom 42A" führen, der wie in Fig. 4D angedeutet auf der Arbeitsfläche 21 haftet und den primären Gasstrom insbesondere vom Auseinanderlaufen abhält. Wie erläutert kann ein mit Ausströmungsschlitze(n) 80', 80" versehenes Blendenblech für die Erzeugung von Seitengasströmungen eingesetzt werden, da dann der sekundäre Gasstrom schnell auf die Arbeitsfläche 21 trifft. Dort hat die Gasströmungen die Tendenz sich an der Bodenf äche entlang zu bewegen, so dass, wie es gerade für die Seitengasströmungen von Vorteil ist, ein gut kontrollierbarer Schutzgasstrom erhalten werden kann. Insbesondere bei einem Vorsehen der seitlichen (oder primären) Ausströmungsschlitze im prozessnahen Bereich kann so ein entsprechend wirksamer Schutzgasstrom ausgebildet werden.
Wie angedeutet können auch die primären Öffnungen schlitzförmig und unter einem Winkel zum Boden verlaufend ausgebildet werden. Allgemein können primäre und sekundäre Aus- Strömungsschlitze in Lage, Anzahl und Winkelorientierung im Bereich der Einlassöffnungen (primär wie sekundär) variieren.
In technisch hochwertigen LMF Maschinen können so zusätzlich zur Hauptströmung Nebenströmungen bei der Prozessgasumwälzung erzeugt werden. Die Nebenströmungen werden da- bei unter Verwendung einer oder mehrerer lasergeschlitzer Wände (beispielhaft am Blendenblech erläutert) ausgebildet. Wie erwähnt können die Ausströmungsschlitze z.B. mit einem laserbasierten Schrägschnitt unter einem Winkel von z.B. 30° zur Flächennormale der Seitenwand (insbesondere bei einer senkrecht zur Bodenfläche angeordneten Seitenwand/Blenden- blech) erstellt werden. Die Ausströmungsschlitze und entsprechend erzeugten Nebenströmungen dienen entsprechend als Mittel zum gezielten Design des Strömungsverlaufs in der Prozesskammer. Unerwünschte Rückströmungen, Turbulenzen von, mit Prozessrückständen bela- denem Schutzgas können so vermieden oder zumindest reduziert werden, sodass insgesamt Prozessrückstände effizienter erfasst und der Filtereinheit zugeführt werden können.
Zur Ausbildung eines laminaren, sich parallel zur Arbeitsfläche 21 erstreckenden Strömungsprofils können die Auslassöffnungsstruktur 45, die Absaugöffnungsstruktur 55 und die eine oder mehreren sekundären Auslassöffnungen 46A, 46B, 46A, 46A" in einem im Wesentli- chen gleichen Abstand oberhalb der Arbeitsfläche 21 angeordnet sein.
Allgemein ist das Schutzgassystem 41 dazu ausgebildet, den Schutzgasflächenstrom 40 durch Gas, welches aus der einen oder den mehreren sekundären Auslassöffnungen 46A, 46B, 46A, 46 A" in den Fertigungsraum 13 einströmt, vor der Absaugöffnungsstruktur 55 derart zu ho- mogenisieren, dass sich eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit im Bauplattformbereich 23A und/oder im Pulverreservoirbereich 23B zwischen der Auslassöffnungsstruktur 45 und der Absaugöffnungsstruktur 55 ausbildet. In Fig. 5 sind beispielsweise Strömungsgeschwindigkeiten vi und v2 den (bzgl. der Zugänglichkeit des Fertigungsraums 13) vorderen bzw. hinteren Bereichen zugeordnet. Ziel der Einstellung des aus den sekundären Auslassöff- nungen 46A, 46B, 46A, 46A" tretenden Gasstroms ist es, die Strömungsgeschwindigkeiten vi und v2 in ihrer Größe anzupassen. Die Erhöhung der Absaugleistung bewirkt eine Beschleunigung des Primärstroms über der Bauplattform im hinteren Bereich, der andernfalls zu langsam überströmt werden könnte. Insbesondere soll dabei eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit bewirkt werden, die unterhalb einer das Pulverbett aufwirbelnden Grenzge- schwindigkeit liegt.
Dazu weist die generative Fertigungsvorrichtung 1 eine Steuerungseinheit zum Einstellen der Geschwindigkeit und/oder der Menge des aus der mindestens einen sekundären Auslassöff- nung 46A, 46B, 46A, 46A" austretenden Gases sowie zum Einstellen der Absaugleistung durch die Absaugöffnungsstruktur 55 auf. Letztere kann bei zusätzlichem seitlichen Einströmen von Gas durch die Auslassöffnungen 46A, 46B, 46A, 46A" erhöht werden, ohne dass nahe des Pulverbetts eine zu große Strömungsgeschwindigkeit vorliegt. Allgemein kann so viel Gas abgesaugt werden, wie auch eingeströmt wird. D.h., eine Erhöhung des Einströmvolumens durch zusätzliches seitliches Einströmen zieht eine Erhöhung der Absaugung nach sich. Ohne zusätzliches seitliches Einströmen von Gas durch die Auslassöffnungen 46A, 46B, 46A, 46A" kann der Querstrom auffächern, so dass die Strömungsgeschwindigkeit v2 (nahe dem Ausgang) kleiner als die Strömungsgeschwindigkeit vi (nahe dem Einlass) wird und somit räumlich variierende Bedingungen z.B. hinsichtlich der Rauchabfuhr oberhalb des Pulverbetts entstehen können, die den Fertigungsprozess insbesondere bei großen Bauplattformen beein- Aussen können.
Allgemein ist das Schutzgassystem 41 dazu ausgebildet, auf einer Seite des Hauptgehäuses 11 in Richtung der Arbeitsfläche 21 Schutzgas ausströmen zu lassen und auf einer gegenüberliegenden Seite das Schutzgas abzuführen.
Ferner kann der Schieber 19 derart geformt sein oder während der Fertigung derart positioniert werden, dass sich ein möglichst gleichförmiger Strömungsverlauf 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), da- mit sich die unterschiedlichen Ströme zur Trocknung und zur Rußabfuhr nur wenig beeinflussen. Dabei wird das Strömungsprofil über die Gasströme 42 A, 42B beeinflusst. Ferner können die jeweiligen Ströme in Abhängigkeit vom aktuellen Verfahrensschritt aktiviert, reduziert o- der ganz unterbunden werden. In einigen Ausführungsformen umfasst der Schieber 19 einen Vorrat an mittransportiertem Pulver, so dass auch Fertigungsvorrichtungen zur generativen Fertigung mit einer Arbeitsfläche ohne Pulverreservoirbereich 23B, und damit kompakter, umgesetzt werden können. Dabei wird der Vorrat an mittransportiertem Pulver z.B. außerhalb der Arbeitsfläche aufgefüllt. 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. Ferner kann das Schutzgas in einem Gaskreislauf zirkulieren, in dem der Gasstrom mit einem Trockenmittel getrocknet wird und evtl. zusätzlich mit einem Filter zur Abschei- dung 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 wird einer zentralen Aufbereitung zu- geführt.
In Fig. 5 ist ein Gaskreislauf schematisch gezeigt. Man erkennt den Schutzgasflächenstrom 40, der quer zur längeren Ausdehnung der rechteckig ausgebildeten Arbeitsfläche 21 strömt. Ferner erkennt man die seitlich einfließenden Gasströme 42A, 42B, 42A', 42A", die gemein- sam an der Rückwand abgesaugt werden. Über Gasleitungen 52 wird das feuchte und/oder Ruß aufweisende Schutzgas der Filtereinheit 71 zugeführt.
Die Filtereinheit 71 weist ein Feinstfüter 73 zur Entfernung von Partikeln aus dem Gas auf. Eine anschließende Trocknung des Gasstroms erfolgt durch Überleitung über ein Trocknungs- medium 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 können Verunreinigungen z.B. mit einem weiteren Filter (nicht gezeigt) oder mit entsprechend feinporiger Verpackung des Trocknungsmediums vermieden werden.
Der gereinigte und getrocknete Gasstrom wird anschließend über Leitungen 52 und evtl. Ventile 79 in den Fertigungsraum 13 zurückgeführt. Dabei kann der Gasstrom unterschiedlichen Auslassöffhungen zugeführt werden, wobei die Ventile 79 zur Einstellung der Strömungswege und der Durchflussraten mit einer Steuerungseinheit (nicht gezeigt) angesteuert werden kön- nen.
In der beispielhaft in den Figuren gezeigten Ausführungsform sind die Auslassöffnungsstruk- tur 45 und die Absaugöfmungsstruktur 55 auf der Seite der Frontwand 15, insbesondere in der Tür 31 der Fertigungsvorrichtung 1 und an oder in der Rückwand 18 der Fertigungsvorrich- tung 1 angeordnet. Die hierin offenbarten Konzepte zur Vermeidung des Auseinanderlauf ens und/oder zum Ausgleichen der Geschwindigkeiten ist allerdings ebenso auf eine invertierte Strömungsrichtung (z.B. von hinten / von der Rückwand nach vorne / zur Frontwand) bzw. auf Strömungsrichtungen von links nach rechts bzw. von rechts nach links (z.B. zwischen den Seitenwänden) anwendbar. Allgemein kann mindestens eine sekundäre Auslassöffnung derart am Frontrahmen, der Tür oder der Decke angeordnet und ausgebildet sein, dass von ihr ein sekundärer Schutzgasstrom schräg zum Schutzgasflächenstrom ausgeströmt werden kann, der einer Auffächerung des Schutzgasflächenstroms zur Seite und/oder nach oben entgegenwirkt, und diese bevorzugt kompensiert bzw. verhindert. Dadurch kann insbesondere das Strömungsprofil mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeitsverteilung über den gesamten Bauplattformbereich, zumindest über eine im Bauplattformbereich angeordnete Bauplattform ausgebildet werden.
Allgemein kann dem Auseinanderfächern des Schutzgasflächenstroms 40 sowohl von der Seite als auch von oben entgegengewirkt werden, um die Strömung möglichst umfassend in Richtung der Absaugöffnungsstruktur zu zwingen. In einigen Ausführungsformen kann schon ein allein seitlich, bevorzugt von beiden Seiten seitlich, oder allein von oben wirkender ergän- zender Schutzgasstrom genügen. So kann ein aus der Decke und/oder der Tür (bzw. je nach Strömungsrichtung aus der Rückwand) strömender ergänzender Schutzgasstrom von oben auf den sich auffächernden Schutzgasflächenstrom 40 einwirken. Dadurch kann der ergänzende Schutzgasstrom den sich durch die Auffächerung verlangsamenden Schutzgasflächenstrom 40 auf im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit in einer laminaren Strömung nahe des Pul- verbetts halten, auch wenn es zu einer seitlichen Auffächerung des Schutzgasflächenstroms 40 (in Fig. 2 entlang der X-Achse) kommen sollte. Beispielhaft ist in Fig. 4 eine oberhalb der Auslassöffnungsstruktur 45 angeordnete sekundäre Auslassöffnung 46C mit zur Horizontalen schrägverlaufenden Wänden schematisch angedeutet. Ferner kann der in vertikaler Richtung wirkende ergänzende Schutzgasstrom einen oder mehrere seitlich wirkende ergänzende Schutzgasströme aus seitlichen sekundären Auslassöffnun- gen unterstützen. Ferner können seitlich wirkende Schutzgasströme auch mit neben der Auslassöffnungsstruktur vorgesehenen Auslassöffnungen, die beispielsweise eine, durch z.B. eine entsprechende Wandung, seitlich auf den Schutzgasflächenstrom 40 gerichtete Ausströmungs- richtung aufweisen, erzeugt werden.
Allgemein kann ein seitlicher Schutzgasstrom den vom Schutzgasflächenstrom 40 transportierten Schmauch/die Partikel direkt in Richtung der in der parallel zur Arbeitsfläche 21 (meist horizontal) länglich ausgebildeten Absaugöffnungsstruktur führen. Ferner wurde in der beispielhaft in den Figuren gezeigten Ausführungsform eine Strömung über den Pulverreservoirbereich 23B und über den Bauplattformbereich 23A angedeutet. Da eine Pulvertrocknung nicht notwendig sein muss bzw. durch andere Maßnahmen als die eines trocknenden Gasstroms bewirkt werden kann, sind ferner Ausdehnungen von Gasströmen denkbar, die sich im Wesentlichen auf den Bauplattformbereich 23 A beschränken. Die hierin offenbarten Konzept zur Vermeidung des Auseinanderlaufens und/oder zum Ausgleichen der Geschwindigkeiten können entsprechend umgesetzt werden. Überdies könnte ein seitlich eintretender sekundärer Gasstrom zur (unterstützenden) Trocknung des Pulvers im Pulverreser- voirbereich 23B genutzt werden, insbesondere wenn nur Öffnungsstrukturen 45, 55 für die Bauplattform (z.B. in Tür und Rückwand zentriert zur Bauplattform) vorgesehen sind und keine weiteren Öffnungsstrukturen für den Pulverreservoirbereich 23B genutzt werden.
In einer Schnittansicht ähnlich den Figuren 4A und 4B verdeutlicht Fig. 6 ein Ausführungs- beispiel, bei dem ein aus einer Deckenwand 91 des Fertigungsraums strömender ergänzender Schutzgasstrom 93 von oben (d.h., unter einem Winkel zur Arbeitsfläche 21 schräg von oben) im Bereich des Bauplattformbereichs 21 A auf den Schutzgasflächenstrom bzw. einen darüber erfolgenden Rückstrom einwirkt. Zur Illustration ist im Fertigungsraum gestrichelt ein Strömungsweg 95 eingezeichnet, wie er sich ohne Schutzgasstrom 93 ausbilden könnte. Im Speziellen wird in diesem Fall ein Teil des Schutzgasflächenstroms am Ende des Fertigungsraums 13 vor der Absaugöffnungsstrukturen 55 nach oben abgelenkt und strömt großräumig bis zur Frontwand 15 zurück, bis er wieder in den Schutzgasflächenstrom von oben einwirkt. Diese großräumige Rezirkulation kann sich nachteilig auf die gewünschte Wirkung des Schutzgasflächenstroms auswirken.
Mit dem ergänzenden Schutzgasstrom 93 lokalisiert sich ein nach oben abgelenkter Strömungsweg 97 auf den hinteren Teil des Fertigungsraums 13, d.h., die Rezirkulation wird im räumlichen Ausmaß eingeschränkt. Dadurch kann der ergänzende Schutzgasstrom 93 den Ein- fluss auf den Schutzgasflächenstrom insbesondere im Bereich der Bauplattform reduzieren und der Schutzgasflächenstrom kann sich somit gleichmäßiger über dem Bauplattformbereich 21 A ausbilden. Zur Erzeugung des ergänzenden Schutzgasstroms 93 umfasst die Deckenwand 91 beispielsweise eine als Blende 8 ausgebildet Auslassöffhungsstruktur 82. In der Blende 8 ist eine Anordnung von Schlitzen 99 vorgesehen, die über ein Gasverteilungsgehäuse 100A und Gaszufuhrleitung 100B mit dem Gassystem zur Abgabe von Schutzgas in den Fertigungsraum 13 fluidverbunden sind. Die Schlitze 99 sind unter einem Winkel ß im Bereich von 10° bis 40°, z.B. 20° oder 30°, zur Z-Richtung in der Blende 8 ausgebildet, so dass aus jedem der Schlitze 99 ein streifenförmiger Ausgangsstrahl (Pfeil 101 im Zentrum eines gepunktet dargestellten Strahls) austritt. Diese treten zusammen als Schutzgasstrom 93 schräg in Richtung der Rückwand 18 in den Fertigungsraum 13 ein.
Die Blende 8 ist beispielhaft für eine orientiert geschlitzte Deckenwand des Fertigungsraums, wobei die Schlitze 99 z.B. in einem Schrägschnittverfahren mit einem Laser eingearbeitet wurden. Die Blende 8 weist beispielsweise eine Dicke von einigen Millimetern (z.B. 2 mm) auf bei einer Schlitzbreite im Bereich von 15 μιη bis 250 μιη, beispielsweise im Bereich von 20 μιη bis 200 μιη, z.B. 0,2 mm. Ein entsprechendes Aspektverhältnis im Querschnitt eines Schlitzes 99 von beispielsweise ca. 10: 1 bewirkt den gerichteten streifenförmigen Ausgangsstrahl des Schlitzes 99.
Bevorzugt ist die Blende 8 im vorderen Bereich der Decke 91 (beispielsweise bis zur Mitte des Fertigungsraums oder bis zu 2/3 des Fertigungsraums) angeordnet. Die Schlitze 99 oder eine aneinander Reihung von Schlitzen erstreckt sich in X-Richtung beispielsweise mindestens über das Ausmaß des Bauplattformbereichs 21 A und/oder des Pulverreservoirbereichs 21B und über beispielsweise 50% der Tiefe des Fertigungsraums 13 in Y-Richtung. Dadurch kann der Schutzgasstroms 93 einen zweidimensionalen Querschnitt aufweisen, beispielsweise mit vergleichbaren Dimensionen in X-Richtung und Y-Richtung, wenn nur der Bauplattformbereichs 21 A beeinflusst werden soll.
Die vorausgehend erläuterten Aspekte zu Schlitzen der Figuren 4B bis 4D sind entsprechend auf die Ausführungsform der Fig. 6 übertragbar.
Es wird ferner angemerkt, dass auch seitlich vorgesehene Schlitzstrukturen gemäß der im Zusammenhang mit Fig. 6 diskutierten Weise einer orientiert geschlitzten Wand ausgeführt werden können, um beispielsweise, den seitlich eintretenden sekundären Gasstrom schräg in Richtung Rückwand auszurichten. Dies kann für in der X- Y-Ebene liegende Strömungsrichtungen (Fig. 4C) oder für auf den Boden gerichtete Strömungsrichtungen (Fig. 4D) umgesetzt werden, wobei hier die Schlitze bezüglich der XZ-Ebene schräg angesetzt sind, so dass die schmalen Seitenendflächen der Schlitze unter einem Winkel zur XZ-Ebene verlaufen. Um eine den Gasstrom führende Wirkung der schmalen Seitenflächen zu erhöhen, kann die Anzahl der Schlitze in Y-Richtung entsprechend erhöht werden. Analoges gilt für beispielsweise runde Öffnungen.
LMF-Maschinen, in denen die hierin beschriebenen Konzepte eingesetzt werden können, um- fassen beispielsweise die Anlagen„mysint 100",„TruPrint 1000" und„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.

Claims

Patentansprüche
1. Fertigungsvorrichtung (1) zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils (3) aus einem Pulver (5) mit
einem Hauptgehäuse (11), das in einem Fertigungsraum (13) eine Arbeitsfläche (21) bereitstellt, auf der ein Bauplattformbereich (23 A) vorgesehen ist,
einem mit einer Strahlquelle verbindbaren optischen System (51) zur Bereitstellung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver (5) im Bauplattformbereich (23 A) zum schichtweisen Herstellen des Bauteils (3) und
einem Schutzgassystem (41) zum Bereitstellen eines Schutzgasflächenstroms im Fertigungsraum (13) mit einem Strömungsprofil, wobei das Schutzgassystem (41) aufweist
mindestens eine Auslassöffnungsstruktur (45) und eine Absaugöffnungsstruktur (55), die zum Einströmen von Gas in den Fertigungsraum (13) bzw. zum Absaugen von Gas aus dem Fertigungsraum (13) ausgebildet sind und die auf gegenüberliegenden Seiten des Haupt- gehäuses derart angeordnet sind, dass der Schutzgasflächenstrom (40) über die Arbeitsfläche (21) zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses strömt, und
mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46B, 46A, 46A") zum Einströmen von Gas in Richtung des Schutzgasflächenstroms (40) in den Fertigungsraum (13) zur Ausbildung mindestens eines sekundären Schutzgasstroms (42A, 42B, 42A, 42A"), der das Strö- mungsprofil des Schutzgasflächenstroms (40) mitbestimmt,
wobei zum Mitbestimmen des Strömungsprofils des Schutzgasflächenstroms (40) im Bereich vor der Absaugöffnungsstruktur (55) die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46B, 46A, 46A") an einer die gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses verbindenden Seitenwand (16A, 16B) vorgesehen ist.
2. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine sekundäre Aus- lassöff ung (46A, 46B, 46A, 46A") derart an einer Seitenwand (16A, 16B), am Frontrahmen oder der Tür angeordnet und ausgebildet ist, dass der sekundäre Schutzgasstrom (42A, 42B, 42A', 42A") schräg zum Schutzgasflächenstrom (40) ausströmt und einer Auffächerung des Schutzgasflächenstroms (40) zur Seite und/oder nach oben entgegenwirkt, um insbesondere das Strömungsprofil mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeitsverteilung über den gesamten Bauplattformbereich (23 A), zumindest über eine im Bauplattformbereich (23 A) angeordnete Bauplattform, auszubilden.
3. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46B, 46A, 46A") seitlich oder seitlich oberhalb der Auslassöff- nungsstruktur (45) mit einer entsprechenden auf den Schutzgasfiächenstrom (40) gerichteten Ausströmungsrichtung vorgesehen ist und/oder
wobei die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46B, 46A', 46A") derart ausgebildet ist, dass ein sekundärer Gasstrom schräg in Richtung der Rückwand abgegeben wird, wobei insbesondere Schlitzendfiächen unter einem Winkel im Bereich von 10° bis 40° zur Normalenrichtung der Seitenwand vorgesehen werden.
4. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus- lassöffnungsstruktur (45) einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche (21) erstreckenden Ausströmbereich zum Erzeugen eines flächig und parallel zur Arbeitsfläche (21) strömenden Schutzgasfiächenstroms (40) aufweist, die Absaugöffnungsstruktur (55) einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche (21) erstreckenden Absaugbereich zum Aufnehmen eines flächig und parallel zur Arbeitsfläche (21) strömenden Schutzgasflächenstroms (40) aufweist.
5. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46B, 46A, 46A") einen länglichen, sich parallel zur Arbeitsfläche (21) erstreckenden Ausströmbereich aufweist.
6. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus- lassöffnungsstruktur (45), die Absaugöffnungsstruktur (55) und die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46B, 46A, 46A") in einem im Wesentlichen gleichen Abstand oberhalb der Arbeitsfläche (21) angeordnet sind.
7. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schutzgassystem (41) derart ausgebildet ist, dass der Schutzgasflächenstrom (40) durch Gas, welches aus der mindestens einen sekundären Auslassöffnung (46A, 46B, 46A, 46A") in den Fertigungsraum (13) einströmt, vor der Absaugöffnungsstruktur (55) derart homogenisiert wird, dass sich eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit im Bauplattformbereich (23A) und/oder im Pulverreservoirbereich (23B) zwischen der Auslassöffnungsstruktur (45) und der Absaugöffnungsstruktur (55) ausbildet, und
wobei insbesondere die nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit unterhalb einer das Pulverbett aufwirbelnden Grenzgeschwindigkeit liegt.
8. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fertigungsraum (13) nach unten von der Arbeitsfläche (21), zu den Seiten von einer, z.B. Zugang zum Fertigungsraum (13) bereitstellenden, Frontwand (15), einer Rückwand (18) und zwei Seitenwänden (16A, 16B) und nach oben von einer Deckenwand begrenzt wird, wobei auf der Arbeitsfläche (21) ferner ein Pulverreservoirbereich (23B) vorgesehen ist und der Bauplattformbereich (23 A) und der Pulverreservoirbereich (23B) in einer Aufreihungsrichtung (X) entlang der Frontwand (15) nebeneinander aufgereiht sind und der Schutzgasfiächenstrom (40) quer, schräg oder entlang zur Aufreihungsrichtung (X) und parallel zur Arbeitsfläche (21) strömt.
9. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46B, 42A, 42A") eine Aufreihung von Auslassöffnungen umfasst.
10. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die mindestens eine Auslass- öffnungsstruktur (45) im Bereich der Frontwand (15), insbesondere an oder in der Frontwand (15) oder in einer Tür (31) der Fertigungsvorrichtung (1), angeordnet ist und die Absaugöff- nungsstruktur (55) insbesondere an oder in der Rückwand (18) der Fertigungsvorrichtung (1) angeordnet ist oder
wobei die Absaugöffnungsstruktur (55) im Bereich der Frontwand (15), insbesondere an oder in der Frontwand (15) oder in einer Tür (31) der Fertigungsvorrichtung (1), angeordnet ist und die Auslassöffnungsstruktur (45) insbesondere an oder in der Rückwand (18) der Fertigungsvorrichtung (1) angeordnet ist oder
wobei die Auslassöffnungsstruktur (45) und die Absaugöffnungsstruktur (55) an gegenüberliegenden Seitenwänden der Fertigungsvorrichtung (1) angeordnet sind.
11. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schutzgasfiächenstrom (40) zum Aufnehmen von bei der Bearbeitung des Pulvers (5) entste- henden Partikeln und/oder zum Trocknen von im Pulverreservoirbereich (23B) bereitgestelltem Pulver (5A) dient.
12. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Pulvervorratsbehälter (25) zum Bereitstellen des Pulvers (5) durch eine Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) in den Pulverreservoirbereich (23B) und einem Bauzylinder (27), der einen absenkbaren, insbesondere für eine Bauplattform und zur Ausbildung eines Pulverbetts vorgesehenen, Stempel (27A) und einen durch die Aus- maße des Stempels (27A) begrenzten Bauteil-Pulver-Bereich aufweist, der durch eine Bestrahlungsöffnung (21A) in der Arbeitsfläche (21) mit dem Bauplattformbereich (23A) verbunden ist,
wobei die Auslassöffnungsstruktur (45) und/oder die Absaugöffnungsstruktur (55) derart ausgebildet sind, dass sich ein in Richtung Bestrahlungsöffnung (21A) und/oder Bereitstel- lungsöffnung (21B) gerichteter, insbesondere laminarer, Strömungsverlauf des Schutzgasflächenstroms (40) ausbildet.
13. Fertigungsvorrichtung ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schutzgassystem (41) ferner umfasst
einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss,
ein Pumpensystem,
Ventile und/oder
Leitungen zum Verbinden der einzelnen Komponenten des insbesondere Argon oder Stickstoff führenden Schutzgassystems (41).
14. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit
einer Steuerungseinheit zum Einstellen der Geschwindigkeit und/oder der Menge des aus der mindestens einen sekundären Auslassöffnung (46A, 46B, 46A, 46A") austretenden Gases und/oder der Absaugleistung durch die Absaugöffnungsstruktur (55).
15. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine sekundäre Auslassöffnung (46A, 46A") einem Ausströmungsschlitz (80', 80") mit einer schlitzförmigen Öffnung (46Α', 46A") zugeordnet ist, und
wobei optional die mindestens eine primäre Auslassöffnung (45) mindestens einen Ausströmungsschlitz umfasst.
16. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Ausströmungsschlitz (80', 80") aufweist: eine Dicke, und insbesondere eine Dicke der Ausgangsöffnungen (46A, 46A") im Bereich von 15 μι Μβ 250 μιη,
bevorzugt eine Schlitztiefe, die größer ist als die Schlitzdicke, und/oder
eine Schlitzlänge, die in Abhängigkeit der Anzahl von Ausströmungsschlitzen (80', 80") derart gewählt ist, dass ein Sekundärstrom (42 Α', 42A") aufgebaut wird, beispielsweise ein Schlitzlänge von 2 mm bis 50 mm, bei einer Anzahl bis zu 10 oder mehr Ausströmungsschlitzen.
17. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei der mindes- tens ein Ausströmungsschlitz (80', 80") eine Schlitztiefenachse (89) aufweist, die unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 50°, optional 10° bis 40°, z.B. 30° bezüglich der Arbeitsfläche (21) verläuft und
wobei optional bei einer Aufreihung von mehreren Ausströmungsschlitz (80', 80") die Orientierung und Formgebung der Ausströmungsschlitze (80', 80") und/oder Ausgangsöffnun- gen (46A, 46A") variiert.
18. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der mindestens eine Ausströmungsschlitz (80', 80") in einem Blendenblech (81) oder in einer Gehäusenseiten- wand vorgesehen ist und insbesondere mit einem, optional schräg zur Blechoberfläche vorgenommenen, Laserschneidvorgang erzeugt wurde.
19. Verfahren zur Absaugung eines Fertigungsraums (13) für die generative Fertigung mit den Schritten:
Bereitstellen eines Schutzgasflächenstroms (40), der flächig und parallel zu einer im Fertigungsraum (13) vorgesehenen Arbeitsfläche (21) über ein Pulverbett im Bauplattformbereich (23 A) strömt und
Erhöhen der Absaugleistung unter Beibehaltung der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases oberhalb des Pulverbetts durch mindestens einen ergänzenden Schutzgasstrom, der seitlich oder schräg von oben dem Schutzgasflächenstrom (40) zugeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, ferner mit
Homogenisieren der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases oberhalb des Pulverbetts durch den mindestens einen ergänzenden Schutzgasstrom, der optional durch die Verwendung von mindestens einem Ausströmungsschlitz (46A, 46"), insbesondere in einem Winkelbereich von 0° bis 50°, optional 20° bis 40°, z.B. 30° zur Arbeitsfläche (21) ausgerichtet, erzeugt wird.
21. Fertigungsvorrichtung (1) zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils (3) aus einem Pulver (5) mit
einem Hauptgehäuse (11), das in einem Fertigungsraum (13) eine Arbeitsfläche (21) bereitstellt, auf der ein Bauplattformbereich (23 A) vorgesehen ist,
einem mit einer Strahlquelle verbindbaren optischen System (51) zur Bereitstellung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver (5) im Bauplattformbereich (23 A) zum schichtwei- sen Herstellen des Bauteils (3) und
einem Schutz gassystem (41) zum Bereitstellen eines Schutzgasflächenstroms im Fertigungsraum (13), wobei das Schutzgassystem (41) aufweist
mindestens eine Auslassöffnungsstruktur (45) und eine Absaugöffnungsstruktur (55), die zum Einströmen von Gas in den Fertigungsraum (13) und zum Absaugen von Gas aus dem Fertigungsraum (13) ausgebildet sind und die auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses derart angeordnet sind, dass der Schutzgasflächenstrom (40) über die Arbeitsfläche (21) zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses strömt, und
mindestens eine sekundäre Auslassöffnungsstruktur (82), die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass ein sekundärer Gasstrom (93) unter einem Winkel zur Arbeitsfläche (21) schräg von oben in den Fertigungsraum (13) einströmt und insbesondere einer Rezirkulation des Schutzgasflächenstroms (40) entgegenwirkt.
22. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei die sekundäre Auslassöffnungsstruktur (82) derart ausgebildet ist, dass der sekundäre Gasstrom (93) schräg in Richtung der Rückwand abgegeben wird, und/oder
wobei die sekundäre Auslassöffnungsstruktur (82) eine Anordnung von Schlitzen um- fasst, die unter einem Winkel im Bereich von 10° bis 40° zur Normalenrichtung der Arbeitsfläche (21) ausgerichtet sind und gemeinsam einen flächigen Eintrittsbereich des sekundären Gasstroms (93) in den Fertigungsraum (13) ausbilden, und
wobei die sekundäre Auslassöffnungsstruktur (82) insbesondere eine Aufreihung von
Schlitzen (99) quer zur langen Achse (X) der Schlitze (99) und optional ferner eine Aufreihung von Schlitzen (99) entlang der langen Achse (X) der Schlitze (99) umfasst, und wobei optional die Schlitze (99) oder Reihen von Schlitzen (99) einen Abstand von 0,5 mm bis zu einige Millimetern aufweisen.
23. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 21 oder 22, wobei die sekundäre Auslassöff- nungsstruktur (82) an der Decke angeordnet ist und insbesondere in einer Blende (8 ) vorge- sehen ist, die mit einem Gasverteilungsgehäuse (100A) und einer Gaszufuhrleitung (100B) mit Schutzgas versorgt wird.
24. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der Fertigungsraum (13) nach unten von der Arbeitsfläche (21), zu den Seiten von einer, z.B. Zugang zum Fertigungsraum (13) bereitstellenden, Frontwand (15), einer Rückwand (18) und zwei Seitenwänden (16A, 16B) und nach oben von einer Deckenwand (91) begrenzt wird, wobei auf der Arbeitsfläche (21) ferner ein Pulverreservoirbereich (23B) vorgesehen ist und der Bauplattformbereich (23 A) und der Pulverreservoirbereich (23B) in einer Aufreihungsrichtung (X) entlang der Frontwand (15) nebeneinander aufgereiht sind und der Schutzgasfiächenstrom (40) quer, schräg oder entlang zur Aufreihungsrichtung (X) und parallel zur Arbeitsfläche (21) strömt.
25. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 24, wobei die mindestens eine Auslassöff- nungsstruktur (45) im Bereich der Frontwand (15), insbesondere an oder in der Frontwand (15) oder in einer Tür (31) der Fertigungsvorrichtung (1), angeordnet ist und die Absaugöff- nungsstruktur (55) insbesondere an oder in der Rückwand (18) der Fertigungsvorrichtung (1) angeordnet ist oder
wobei die Absaugöffnungsstruktur (55) im Bereich der Frontwand (15), insbesondere an oder in der Frontwand (15) oder in einer Tür (31) der Fertigungsvorrichtung (1), angeord- net ist und die Auslassöffnungsstruktur (45) insbesondere an oder in der Rückwand (18) der Fertigungsvorrichtung (1) angeordnet ist oder
wobei die Auslassöffnungsstruktur (45) und die Absaugöffnungsstruktur (55) an gegenüberliegenden Seitenwänden der Fertigungsvorrichtung (1) angeordnet sind.
26. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 25, ferner mit
einem Pulvervorratsbehälter (25) zum Bereitstellen des Pulvers (5) durch eine Bereitstellungsöffnung (21B) in der Arbeitsfläche (21) in den Pulverreservoirbereich (23B) und einem Bauzylinder (27), der einen absenkbaren, insbesondere für eine Bauplattform und zur Ausbildung eines Pulverbetts vorgesehenen, Stempel (27A) und einen durch die Ausmaße des Stempels (27A) begrenzten Bauteil-Pulver-Bereich aufweist, der durch eine Bestrahlungsöffnung (21A) in der Arbeitsfläche (21) mit dem Bauplattformbereich (23A) verbunden ist,
wobei die Auslassöffnungsstruktur (45) und/oder die Absaugöffnungsstruktur (55) der art ausgebildet sind, dass sich ein in Richtung Bestrahlungsöffhung (21A) und/oder Bereitstel lungsöffnung (21B) gerichteter, insbesondere laminarer, Strömungsverlauf des Schutzgasflächenstroms (40) ausbildet.
27. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei das Schutzgassystem (41) ferner umfasst
einen Schutzgastank und/oder einen Schutzgasanschluss,
ein Pumpensystem,
Ventile und/oder
Leitungen zum Verbinden der einzelnen Komponenten des insbesondere Argon oder Stickstoff führenden Schutzgassystems (41).
28. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 27, ferner mit
einer Steuerungseinheit zum Einstellen der Geschwindigkeit und/oder der Menge des aus der sekundären Auslassöffnungsstruktur (82) austretenden Gases und/oder der Absaugleis tung durch die Absaugöffnungsstruktur (55).
29. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei die sekundäre Auslassöffnungsstruktur (82) mindestens einen Schlitz (99) aufweist, mit einer Dicke, und ins besondere einer Dicke der Ausgangsöffnung, im Bereich von 15 μιη bis 250 μιη,
bevorzugt eine Schlitztiefe, die größer ist als die Schlitzdicke, und/oder
eine Schlitzlänge, die in Abhängigkeit der Anzahl von Ausströmungsschlitzen (99) gewählt ist, beispielsweise ein Schlitzlänge von 2 mm bis 50 mm, bei einer Anzahl bis zu 10 o- der mehr Ausströmungsschlitzen.
30. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 29, wobei der mindestens eine Schlitz (99) eine Schlitztiefenachse (89) aufweist, die unter einem Winkel im Bereich von 10° bis 50°, optional 20° bis 40°, bezüglich der Normalen der Arbeitsfläche (21) verläuft und wobei optional bei einer Aufreihung von mehreren Schlitzen (99) die Orientierung und Formgebung der Schlitze (99) und/oder Ausgangsöffnungen variiert.
31. Fertigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 29 oder 30, wobei der mindes- tens eine Schlitz (99) mit einem schräg zur Blechoberfiäche vorgenommenen Laserschneidvorgang erzeugt wurde.
EP17804475.6A 2016-11-10 2017-11-09 Homogene absaugung bei der generativen fertigung Pending EP3538302A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016121490.6A DE102016121490A1 (de) 2016-11-10 2016-11-10 Homogene absaugung bei der generativen fertigung
PCT/EP2017/078803 WO2018087251A1 (de) 2016-11-10 2017-11-09 Homogene absaugung bei der generativen fertigung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3538302A1 true EP3538302A1 (de) 2019-09-18

Family

ID=60473492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17804475.6A Pending EP3538302A1 (de) 2016-11-10 2017-11-09 Homogene absaugung bei der generativen fertigung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11167353B2 (de)
EP (1) EP3538302A1 (de)
CN (2) CN121911911A (de)
DE (1) DE102016121490A1 (de)
WO (1) WO2018087251A1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017125838A1 (de) 2017-11-06 2019-05-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Absaugung bei der generativen Fertigung
JP6945011B2 (ja) * 2017-12-18 2021-10-06 本田技研工業株式会社 ３次元造形装置
US11203027B2 (en) * 2018-08-21 2021-12-21 General Electric Company Lower gas flow injection system and method for additive manufacturing system
DE102018128757A1 (de) 2018-11-15 2020-05-20 Gebr. Becker Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Metall-Druckeinrichtung
DE102018129022A1 (de) 2018-11-19 2020-05-20 AMCM GmbH Radiale Strömung über ein Baufeld
DE102019113662A1 (de) * 2019-05-22 2020-11-26 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Durchflussvorrichtung, Verfahren zum Absaugen von einem Medium mit einer Durchflussvorrichtung und Absaugeinrichung mit einer Durchflussvorrichtung
US11633917B2 (en) * 2019-11-25 2023-04-25 Robert Bosch Gmbh Laser additive manufacturing control system and method
CN112024879A (zh) * 2020-09-16 2020-12-04 西安铂力特增材技术股份有限公司 金属3d打印机吹风装置
WO2022072305A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-07 3D Systems, Inc. Three-dimensional print engine with large area build plane having optimized gas flow director structures
WO2022132785A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-23 Postprocess Technologies, Inc. Exhaust system for support removal apparatus
CN112808702A (zh) * 2021-01-25 2021-05-18 上海汉邦联航激光科技有限公司 3d打印机烟尘吹扫系统
US12162221B2 (en) * 2021-04-16 2024-12-10 General Electric Company Additive manufacturing build units with process gas inertization systems
JP7104223B1 (ja) 2021-07-14 2022-07-20 株式会社ソディック 積層造形装置
DE102024124990A1 (de) * 2024-09-02 2026-03-05 TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Baukammer zum Bereitstellen eines Schutzgasstroms in einer additiven Fertigungsvorrichtung und additive Fertigungsvorrichtung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017013454A2 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and a flow device for use with such apparatus
EP3147047A1 (de) * 2015-09-25 2017-03-29 SLM Solutions Group AG Vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks mit verbesserter gasströmung

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7037382B2 (en) * 1996-12-20 2006-05-02 Z Corporation Three-dimensional printer
DE19853947C1 (de) * 1998-11-23 2000-02-24 Fraunhofer Ges Forschung Prozeßkammer für das selektive Laser-Schmelzen
DE102006014694B3 (de) 2006-03-28 2007-10-31 Eos Gmbh Electro Optical Systems Prozesskammer und Verfahren für die Bearbeitung eines Werkstoffs mit einem gerichteten Strahl elektromagnetischer Strahlung, insbesondere für eine Lasersintervorrichtung
DE102006014835A1 (de) 2006-03-30 2007-10-04 Fockele, Matthias, Dr. Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem Werkstoff
GB0813241D0 (en) 2008-07-18 2008-08-27 Mcp Tooling Technologies Ltd Manufacturing apparatus and method
DE102010052206B4 (de) 2010-11-10 2015-06-18 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten
ITVR20120231A1 (it) 2012-11-20 2014-05-21 Sisma Spa Macchina per produrre oggetti tridimensionali a partire da materiali in polvere
PL2956261T3 (pl) * 2013-02-14 2018-07-31 Renishaw Plc. Urządzenie i sposób do selektywnego zestalania laserowego
EP2774703A1 (de) * 2013-03-04 2014-09-10 SLM Solutions GmbH Vorrichtung zum Herstellen von Werkstücken unter erhöhtem Druck
US10252333B2 (en) 2013-06-11 2019-04-09 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
EP2862651B1 (de) * 2013-10-15 2019-07-17 SLM Solutions Group AG Verfahren und Vorrichtung zur additiven Herstellung eines großen dreidimensionalen Werkstücks
DE102014205875A1 (de) * 2014-03-28 2015-10-01 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
GB201410484D0 (en) * 2014-06-12 2014-07-30 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and a flow device for use with such apparatus
DE102014212100A1 (de) * 2014-06-24 2015-12-24 MTU Aero Engines AG Generatives Herstellungsverfahren und Vorrichtung hierzu mit entgegengesetzt gerichteten Schutzgasströmen
CN104353832B (zh) * 2014-10-24 2016-10-05 华南理工大学 一种金属3d打印机密封舱气氛除氧及循环净化方法及设备
TWI529055B (zh) * 2014-10-27 2016-04-11 財團法人工業技術研究院 積層製造系統以及積層製造方法
EP3023228B1 (de) * 2014-11-24 2018-08-08 Trumpf Sisma S.r.l. Gasstrom in einer generativen Herstellungsvorrichtung
DE102016121770A1 (de) * 2016-11-14 2018-05-17 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017013454A2 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and a flow device for use with such apparatus
EP3147047A1 (de) * 2015-09-25 2017-03-29 SLM Solutions Group AG Vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks mit verbesserter gasströmung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2018087251A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016121490A1 (de) 2018-05-17
CN109922907A (zh) 2019-06-21
CN121911911A (zh) 2026-04-24
US11167353B2 (en) 2021-11-09
US20190270138A1 (en) 2019-09-05
WO2018087251A1 (de) 2018-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018087251A1 (de) Homogene absaugung bei der generativen fertigung
EP3290184B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3856491B1 (de) Beströmungsvorrichtung und beströmungsverfahren für eine additive herstellvorrichtung und additive herstellvorrichtung mit einer solchen beströmungsvorrichtung
EP3174691B1 (de) Verfahren, vorrichtung und steuereinheit zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3131740B1 (de) Steuereinheit, vorrichtung und verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3620245B1 (de) Beströmungsverfahren für eine additive herstellvorrichtung
WO2019243559A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
WO2015144884A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum schichtweisen herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3290183B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3706939B1 (de) Absaugung bei der generativen fertigung
EP3475015A1 (de) Pulvertrocknung bei der generativen fertigung
DE102016213628A1 (de) Vorrichtung zum additiven Fertigen mit optimierter Schutzgasströmung
WO2020043419A1 (de) Schichtbauvorrichtung zur additiven herstellung zumindest eines bauteilbereichs eines bauteils, verfahren zum betreiben einer solchen schichtbauvorrichtung und speichermedium
WO2024223592A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur gerichteten gasbeaufschlagung eines bauraums zur additiven fertigung
DE102020129419A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials
EP4482638A1 (de) Strömungsmodifikationselement, beströmungsvorrichtung und beströmungsverfahren für eine additive herstellvorrichtung
EP4240550A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von dreidimensionalen objekten durch selektives verfestigen eines schichtweise aufgebrachten aufbaumaterials
WO2020099363A1 (de) Beströmungsvorrichtung und beströmungsverfahren für eine vorrichtung zum additiven herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102024200430A1 (de) Schutzvorrichtung für einen Belichter einer additiven Herstellvorrichtung
DE102023136276A1 (de) Einströmkanal zum Homogenisieren eines Schutzgasflusses in einer additiven Fertigungsvorrichtung sowie eine Fertigungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190416

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20210521

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: TRUMPF LASER- UND SYSTEMTECHNIK SE