EP3538303A1 - Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung wenigstens eines formkörpers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung wenigstens eines formkörpers

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EP3538303A1
EP3538303A1 EP17829666.1A EP17829666A EP3538303A1 EP 3538303 A1 EP3538303 A1 EP 3538303A1 EP 17829666 A EP17829666 A EP 17829666A EP 3538303 A1 EP3538303 A1 EP 3538303A1
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EP
European Patent Office
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shaped body
rod
rod elements
elements
process space
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17829666.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yves KÜSTERS
Martin Schäfer
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the device is used for the additive production of at least one shaped body and has at least one process space for receiving a material from which the shaped body can be produced or manufactured by additive manufacturing.
  • the object of the present invention is to further develop a device and a method of the type mentioned at the outset such that a particularly advantageous production of the shaped article can be achieved.
  • a first aspect of the invention relates to a device for the additive production of at least one shaped body.
  • the pre ⁇ direction has at least a process chamber for receiving a material to from which the shaped body is produced by the addi tive ⁇ production or is manufactured.
  • a material bed is formed, for example, from the mate rial ⁇ , which is prepared from the moldings.
  • the material is a powder shaped material, ie a powder, so that the material bed is formed, for example, as a powder bed.
  • additive manufacturing may be a powder bed based additive manufacturing.
  • the shaped body is constructed, for example, by means of selective solidification via beam energy, in particular a laser beam, layer by layer in the process space, ie produced.
  • the process space can be, for example, the interior of a so-called construction cylinder or a so-called material bed chamber.
  • the material and thus ⁇ with the moldings in the process chamber on a suitable lowering device such as a building board, which forms a bottom of the process space, supported.
  • a suitable lowering device such as a building board, which forms a bottom of the process space, supported.
  • the building panel is lowered to place then in the process space on the building plate and thus on the already prepared layer further Ma ⁇ TERIAL from which then another layer of the molded body is prepared.
  • a layered structure of the molded body is provided.
  • the volume of the process space increases during additive manufacturing.
  • the shaped body sinks, as it were, surrounded by powder in the process area.
  • support elements so-called support structures, produced by the beam energy from the material and thus miterzeugt, since the material bed is not always granted a sufficient support function for supporting the molding during its production.
  • a very high temperature gradient can occur between the powder bed and the shaped body or even only in the shaped body itself. The temperature gradient can lead to mechanical stresses in the molding, which may necessitate further support structures.
  • the support structures are usually with the
  • the rod members can be used as needed to support the shaped body during the production thereof, must be prepared without the here- for support structures from the material.
  • the molded body can be produced time and cost.
  • the rod elements of the process space can be configured as a modular process space or as a modular building chamber, the inner or innenhes workede shape, for example, varied or adjusted as needed by the rod elements are moved relative to ⁇ nander.
  • the rod elements can be used as simple support structures and / or for influencing the temperature gradient.
  • the process space or its volume is limited, for example, partly by a floor and partly by at least one side wall.
  • the ground, frequently fig ⁇ a so-called build platform, the process space in vertika- 1er direction bounded at the bottom, wherein the side wall defines the process chamber at least partially in the horizontal direction.
  • the process chamber also referred to as a construction chamber, is able to hold the powdery material, for example, to build up the shaped body.
  • the process space usually has the shape of a straight circular cylinder.
  • the rod elements By moving the rod members rela- tively to one another can have the form of the process space may be varied be ⁇ meet. If, for example, the bottom is formed completely from the rod elements, the above-mentioned substrate plate and / or building board can be dispensed with.
  • the rod elements are horizontally and / or ver ⁇ tical relative to each other movable.
  • the rod elements form, for example, a first subarea of the side wall and / or the bottom, the side wall and / or the bottom having at least one second subarea adjoining the first subarea
  • the rod elements are, for example, relative to one another and relative to the second subarea, in particular at least translatory, movable.
  • the rod elements are, for example, circumferentially or spatially shaped or round on the outer peripheral side.
  • the rod ⁇ elements each having a longitudinal direction and along their respective longitudinal direction relative to each other are movable in translation.
  • the rod elements are movably mounted on at least one bearing element and thereby movable relative to each other and relative to the bearing element. Due to the mobility of the elements, the volume of the process space is constant
  • the volume of the process space can be kept particularly low, which can be saved in the production of material.
  • the rod elements can be moved in a controlled or regulated manner, for example, so that a precisely defined shape of the process chamber can be adjusted so that it can be adapted advantageously to the molding to be formed.
  • one of the rod members at least being adapted to the shaped body to support ⁇ least indirectly. Due to the mobility of the at least one rod element, this can be used, by suitable positioning relative to the molded body, to support the molded body.
  • the Wenig ⁇ least at least a support acting as a supporting element rod member directly a part of the molded body thereto.
  • the at least one bar element can assume direct supporting function, for example, by at least one support structure made of the material additive is made on or on the at least one rod element, ⁇ so that the shaped body is supported by mediating the at least one rod element manufactured support structure on the at least one rod element.
  • the time, material and thus costs for manufacturing the support ⁇ structure can be kept low on the at least one rod member.
  • At least one of the rod elements to be formed is ⁇ to temper the mold body.
  • the at least one rod element is formed for example from a material which has a thermal conductivity.
  • the rod member may serve as a thermal bridge and thus control the temperature of the shaped body.
  • Tempering means that at least part of the shaped body can be cooled and / or heated or kept warm by means of the at least one rod element.
  • the molded body can be at least partially cooled ⁇ .
  • runs within the at least one rod element least a Ka ⁇ nal, which is permeable by a fluid for controlling the temperature of the process chamber or the molding. As a result, it is possible to influence the temperature gradient in the process chamber , in particular the molded body, particularly well.
  • a further embodiment is characterized in that the at least one rod element is provided with at least one electrical heating element, by means of which the molded body can be heated.
  • a vibration unit is provided, by means of which at least ei ⁇ nes of the rod elements relative to the process space can be vibrated.
  • the vibration can cause a
  • Compaction of the material, in particular of the powder bed take place in the process space.
  • gas inclusions in the material or material bed are held in place, as a result of which the need for support structures is kept low and an advantageous heat exchange can be realized.
  • the process stability increases with a compact powder bed and, in addition, a particularly high density of moldings can be achieved.
  • a further embodiment is characterized in that at least one of the rod elements has an end region with a free end projecting into the process space, this end region being accommodated in a cap.
  • this cap local support structures can be generated particularly advantageous.
  • the at least one rod element can be removed by means of the cap, in particular against wear and / or damage. be protected so that, for example, only the cap, but not the at least one rod elements must be replaced.
  • the cap is made of the same material as the material from which the shaped body can be produced by additive manufacturing. Due to the material equality, an advantageous connection or support of the molded body to the cap, if appropriate via support structures, can be achieved, whereby, for example, a particularly good thermal connection of the molded body to the bar element is possible.
  • At least one of the rod elements at least one sensor is assigned, by means of which acting on the at least one rod element forces and / or torques can be detected.
  • the senor is held on the cap.
  • the rod element is provided with a cap at its free end projecting into the process space.
  • the rod element can be easily equipped with different sensors by caps with different sensors are arranged on the rod element.
  • the senor is designed to detect tensile forces.
  • Tensile forces during manufacture of the shaped body beispielswei ⁇ se due to the deformation of the molded article generated by the dumping of the beam energy of the laser beam and there ⁇ with associated temperature gradients. Since the tensile forces, If necessary, via support structures to which bar elements can be transferred, the sensor is a particularly practical way to detect stress in the molded body.
  • the sensor is designed to provide at least one of the detected forces and / or torques characterizing, in particular elekt ⁇ huis signal, the device having an electronic computing unit, which is adapted to receive the signal and in depending on the Sig nal ⁇ to move the rod members.
  • the sensor is designed as a strain gauge.
  • a second aspect of the invention relates to a method for the additive production of a shaped body, in particular by means of a device according to the invention.
  • the method at least a portion of a process space for receiving a material from which the shaped body is formed, bounded by a plurality of rod elements, which are at least translationally movable relative to each other or can be moved.
  • rod elements which are at least translationally movable relative to each other or can be moved.
  • Embodiment of an inventive device for the additive production of a shaped body wherein at least a portion of a process space by
  • Bar elements is formed, which are relatively zueinan ⁇ the movable;
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a second
  • FIG. 3 shows a schematic and lateral perspective view of a rod element of a third embodiment of the device
  • FIG. 4 shows a schematic and lateral perspective view of a rod element of a fourth embodiment of the device
  • 5 shows a detail of a schematic perspective view of a fifth embodiment of the device
  • FIG. 6 shows a detail of a schematic Perspektivan ⁇ view of a sixth embodiment of the Vorrich- device.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a first embodiment of an apparatus 10 for the additive production of a shaped body 12.
  • the shaped body 12 is produced in a process space 14, which is defined by a bottom 16 of FIG.
  • the process space 14 is limited in the horizontal direction at least on one side by a side wall 18 of the device 10.
  • the shaped body 12 is made from the material by the additive manufacturing, that is by means of an additive Ferti ⁇ off procedure.
  • the Formkör ⁇ pers 12 form bar elements 21, which are here, for example, outside circumference cuboid shaped, a portion 22 of the bottom 16.
  • rod elements 20 form a portion 24 of the side wall 18.
  • the rod elements 20th respective longitudinal directions of extension, which coincide here with the horizontal or with the horizontal direction.
  • the bar elements 21 have respective directions of longitudinal extension which coincide with the vertical or with the vertical direction and accordingly run perpendicular to the longitudinal extension direction of the bar elements 20.
  • the rod elements 21 forming the subarea 22 are translationally movable relative to one another along their respective longitudinal extension direction and thus in the vertical direction.
  • a partial region 23 of the bottom 16 adjoins the partial region 22 formed by the rod elements 21, the partial region 23 partially delimiting the process chamber 14 in the vertical direction downwards.
  • the rod members 21 are ent ⁇ long their respective longitudinal direction to the portion 23 movable in translation relative.
  • a partial region 25 of the side wall 18 adjoins the partial region 24 formed by the rod elements 20, with the partial region 25 partially delimiting the process chamber 14 in the horizontal direction.
  • the rod elements 20 are along their respective
  • the shaped body 12 is constructed, for example, by means of selective solidification via beam energy, in particular a laser beam, layer by layer in the process space 14.
  • beam energy in particular a laser beam
  • respective layers are produced and at least partially superposed or arranged on top of each other.
  • the ge ⁇ entire floor is discharged stepwise before or after the preparation of the respective layer of the molded body 12 to 16, whereby the process chamber 14 forms and increases its volume.
  • the process space 14 takes the material, for example powder, from which the shaped body 12 is formed or produced.
  • the positions of the rod elements 20 and 21 are such that they delimit the process space 14 in such a way that it is cuboid on the inside circumference.
  • respective facing the Pro ⁇ zessraum 14 end faces of the rod members 27 are arranged along the horizontal direction 20 at the same height and thus flush with each other. Further, the end faces 27 along the horizontal direction at the same height as the portion 25, and thus assigns ⁇ be flush with the portion 25 are.
  • the horizontal direction is a first direction of movement 28, along which the rod elements 20 are translationally movable relative to each other and relative to the portion 25.
  • the vertical direction is a second direction of movement 26 along which the rod elements 21 are translationally movable relative to each other and relative to the portion 23.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a second embodiment of the device 10, which serves as an example of a configuration possibility of the process space 14 and its volume, as can be achieved by advantageous positioning of the rod elements 20 and 21.
  • the shaped body 12 can be supported particularly advantageously during its production.
  • Another advantage is that the volume of the process chamber 14 can be kept particularly low, whereby material, in particular powder, in the construction of the molded body 12 can be ⁇ saves.
  • the rod elements 20 and 21 are arranged such that they overlap or overlap one another along the direction of movement 26 and / or 28.
  • this shows that, a first part of the rod members are positioned 21 at the molding body 12 and this touch and different bearing ⁇ zen, remain During a second part of the rod members 20 in their initial position, that the second part is positioned, the respective end faces 29 of the second part lie in a common plane with the subregion 23.
  • DA in it can be useful, 20 and 21 mög ⁇ lichst zoom down the rod members close to the molded article, thereby keeping the volume of the process space as small as possible, whereby material can be saved.
  • the rod elements can yaw 20 and 21 as support elements, and thus a so-called support structures ⁇ fun, by means of which the shaped body 12 is at least indirectly supported.
  • the bar elements 20 and / or at least part of the bar elements 21 may be positioned on the shaped body 12 and to support it at least indirectly.
  • At least one of the rod elements 20 and / or 21 is designed to temper the shaped body 12, that is to cool and / or to heat.
  • a channel which is not visible in FIG. 2, extends from a fluid for tempering. ren of the molding 12 can be flowed through.
  • the fluid may play heated at ⁇ by a temperature, cooled, that is to say and / or heated.
  • a heat transfer from the fluid to the at least one rod member is at least heated for a rod member.
  • a heat transfer from the mold body 12 may further he follow over the at least one rod member to the fluid ⁇ , whereby the molded body is cooled 12 and the fluid is heated. Then, the fluid can be cooled again, for example by means of the tempering.
  • this is provided with at least one bar element with at least one particular electrical ⁇ rule heating element 17, by means of which the shaped body 12, in particular via the at least one rod member may be heated.
  • a temperature of the shaped body 12 can be adjusted particularly advantageously, in particular regulated or controlled.
  • the molded body 12 for example, be cooled particularly strong and fast.
  • Part of the molded body 12 is heated by means of a first part of the rod members 20 and / or 21, while a respective, different from the first portion of the second Partbe- rich of the molded body 12 is cooled by means of a second part of the rod members 20 and / or 21.
  • the rod elements 21 it is provided, for example, that the farther down there is a rod element 21, the lower its temperature is set and a respective part of the molding 12 located near the respective rod element 21 cools down or becomes correspondingly faster We ⁇ niger strongly heated.
  • an advantageous temperature gradient of the shaped body 12 and / or in the process space 14 can be set.
  • the device 10 further comprises a vibration unit 19, which can set the rod elements 20 and / or 21, along their jewei ⁇ len translational movement direction, in motion such that these rod elements vibrate.
  • a vibration unit 19 which can set the rod elements 20 and / or 21, along their jewei ⁇ len translational movement direction, in motion such that these rod elements vibrate.
  • the material in particular metal powder, which is used for the production of the shaped body 12, solidified or compacted.
  • FIG. 3 shows a schematic and lateral perspective view of one of the rod elements 20 which runs along the horizontal
  • Movement direction 28 is translationally movable, a third embodiment of the device.
  • the rod element 20, is at least predominantly bordered by a cap 30, that is accommodated in the cap 30.
  • FIG. 4 shows a schematic and lateral perspective view of one of the rod elements 21 for a fourth embodiment which runs along the vertical direction of movement 26
  • the rod element 21 is translationally movable.
  • the rod element 21 has an end region 31 with a free end 33 protruding into the process space 14, the end region 31 being accommodated in a cap 32.
  • the rod member 21 as shown in FIG 4 is associated with a sensor 34 which is arranged ⁇ on the rod element 21 and is held.
  • This sensor 34 is formed here as an example as strain gauges and can detect tensile forces acting on the rod member 20. It is to make pre-partakers of the sensor 34 so that it particularly easy to replace, that can be mounted to or from Stabele ⁇ ment easily and still has a very good connection to the rod member, for example by a soldered plate.
  • the sensor 34 serves, in particular, Drehmomen ⁇ te which we ken to each rod member 20 and / or 21 to detect forces or ⁇ .
  • the sensor 34 provides, for example, a signal characterizing the detected forces or torques, in particular electrical.
  • an electronic computing unit 35 is provided, which is connected to the sensor 34 in such a way that the arithmetic unit 35 can receive the signal.
  • the rod members 20 are moved, and 21 by means of the arithmetic unit 35 in response to the signal along the respective direction of movement 26 and 28 respectively.
  • the sensor 34 is held on the cap 32, so that the sensor 34, for example, with the cap 32 is interchangeable.
  • the senor 34 may be designed to detect a temperature of the respective rod element 20 or 21 and / or of the shaped body 12 and to provide at least one, in particular electrical, signal characterizing the detected temperature.
  • the shape body 12 are tempered by means of the arithmetic unit 35 in response to the signal.
  • the caps 30 and 32 shown in Figures 3 and 4 can protect them covered rod member 20 and 21 respectively before Ver ⁇ pollution and wear the respectively.
  • the shaped body 12 can be supported via the caps 30 and 32 on the rod elements 20 and 21.
  • the caps 30 and 32 are formed in advantageous ⁇ example embodiment so that they can be easily replaced on the rod member 20 and 21, respectively, by, for example ⁇ , a quick cleaning of the process chamber 14 to ermögli ⁇ surfaces and / or that the caps 30 and / or 32 can be adapted to a new material for the shaped body 12 to be formed.
  • the caps 30 and 32 are formed from the same material as the shaped body 12 itself or from the same material as the material.
  • support structures for example, which are intended to support the molded body 12, can be produced from the material, in particular by additive manufacturing, and bonded to the respective cap 30 and / or 32 in a particularly stable manner and thus to the respective bar element 20 and / or 21.
  • caps 30 are particularly effective removal of temperature from the process chamber 14 in the production of the molded body 12, it may be advantageous to use caps 30
  • caps 30 and / or 32 of a material having a particularly high coefficient of thermal conductivity. Furthermore, it is conceivable to produce the caps 30 and / or 32 from a particularly inexpensive material. Also 12 different ⁇ rod elements 20 and / or 21 can be covered by caps 30 and / or 32 of in each case different materials in order to combine the advantages mentioned above in the additive manufacturing of a particular molding. Comparing the two caps 30 and 32, it can be seen that the cap 30 covers a greater portion of the rod member than the cap 32.
  • the caps 32 can be kept relatively short, for example, by operating the device 10 such that support structures 38 (FIG 6) are arranged on the rod elements 21 only on the end faces 29. Thereby, the amount of material from which the cap 32 is made, and thus the cost can be kept low.
  • 5 shows a detail of a schematic Perspektivan ⁇ view of a fifth embodiment of the device 10. On the bar elements shown, 20 which are movable in translation along the horizontal movement direction 28, support structures 36 are mounted, which support the mold body 12, in particular
  • FIG. 6 shows a detail of a schematic Perspektivan ⁇ view of a sixth embodiment of the device 10.
  • the aforementioned support structures 38 are mounted, which support the shaped body 12.
  • the support structures 36 and 38 shown in FIG. 5 and FIG. 6 serve to support the molded body 12 during additive manufacturing.
  • the support structures 36 and / or 38 can thus be used to counteract deformation of the shaped body during production.
  • the support structures are manufactured ⁇ 36 and 38 during the additive manufacturing, such as the mold body itself, in the process space 14 from the material of which also the molded body 12, prepared by the additive manufacturing or the additive manufacturing process.
  • the rod elements 20 are for example to be placed close to the shaped body 12. Characterized material can be saved, since the support structures 36 and 38 may be madestal ⁇ tet particularly compact.
  • the shaped body 12 it may during manufacture of the shaped body 12, for example by a temperature gradient, come to Spannun ⁇ gene in the mold body 12.
  • These voltages can be detected by means of the sensors 34th
  • the stresses in the shaped body 12 lead to forces or torques acting on the bar elements 20 that can be detected by means of the sensors 34.
  • These detectable by means of the sensors 34 are veran forces by force arrows 40 illustrates ⁇ in Fig. 6
  • the support structures 38 can now be used particularly advantageously to counteract the transmitted forces and thus the voltages, which is illustrated in FIG 6 power arrows 42.
  • undesirable, excessive deformation of the molded body 12 can be avoided particularly efficiently.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) sowie ein Ver- fahren zur additiven Fertigung wenigstens eines Formkörpers (12), mit wenigstens einem Prozessraum (14) zum Aufnehmen eines Materials, aus welchem der Formkörper (12) durch die additive Fertigung herstellbar ist, wobei zumindest ein Teilbereich des Prozessraums (14) durch eine Mehrzahl von relativ zueinander zumindest translatorisch bewegbaren Stabelementen (20, 21) begrenzt ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung wenigstens eines Formkörpers
Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind be¬ reits aus der EP 1669143 AI bekannt. Die Vorrichtung dient der additiven Fertigung wenigstens eines Formkörpers und weist wenigstens einen Prozessraum zum Aufnehmen eines Mate- rials auf, aus welchem der Formkörper durch die additive Fertigung herstellbar ist bzw. hergestellt wird.
Aufgabe der vorliegen Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuent- wickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Herstellung des Formkörpers realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merk- malen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal¬ tungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung wenigstens eines Formkörpers. Die Vor¬ richtung weist wenigstens einen Prozessraum zum Aufnehmen eines Materials auf, aus welchem der Formkörper durch die addi¬ tive Fertigung herstellbar ist bzw. hergestellt wird. Um nun eine besonders vorteilhafte Herstellung des Formkör¬ pers zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich des Prozessraums durch eine Mehr¬ zahl von relativ zueinander zumindest translatorisch bewegbaren Stabelementen begrenzt ist.
Bei der additiven Fertigung wird beispielsweise aus dem Mate¬ rial ein Materialbett gebildet, aus welchem der Formkörper hergestellt wird. Beispielsweise ist das Material ein pulver- förmiges Material, d.h. ein Pulver, sodass das Materialbett beispielsweise als Pulverbett ausgebildet ist. Somit kann es sich bei der additiven Fertigung um eine pulverbettbasierte additive Fertigung handeln. Bei der additiven Fertigung wird der Formkörper beispielweise mittels selektiver Verfestigung über Strahlenergie, insbesondere eines Laserstrahls, Schicht für Schicht in dem Prozessraum aufgebaut, d.h. hergestellt. Üblicherweise kann der Prozessraum beispielweise das Innere eines sogenannten Bauzylinders oder einer sogenannten Materi- albettkammer sein. Üblicherweise werden das Material und so¬ mit der Formkörper im Prozessraum auf einer geeigneten Absenkvorrichtung, beispielsweise einer Bauplatte, welche einen Boden des Prozessraums bildet, abgestützt. Beispielsweise nach der Herstellung der jeweiligen Schicht wird die Bauplat- te abgesenkt, um dann in dem Prozessraum auf der Bauplatte und somit auf der bereits hergestellten Schicht weiteres Ma¬ terial anzuordnen, aus welchem dann eine weitere Schicht des Formkörpers hergestellt wird. Dadurch ist ein schichtweiser Aufbau des Formkörpers vorgesehen.
Durch Absenken der Bauplatte nimmt beispielsweise während der additiven Fertigung das Volumen des Prozessraums zu. Der Formkörper sinkt sozusagen von Pulver umgeben im Prozessraum ab. Üblicherweise müssen bei der Herstellung des Formkörpers, je nach dessen geometrischer Beschaffenheit, Stützelemente, sogenannte Supportstrukturen, mittels der Strahlenergie aus dem Material hergestellt und somit miterzeugt werden, da das Materialbett nicht immer eine hinreichende Stützfunktion zur Abstützung des Formkörpers während dessen Herstellung ge- währt. Des Weiteren kann durch die Strahlenergie ein sehr ho¬ her Temperaturgradient zwischen Pulverbett und Formkörper bzw. auch nur im Formkörper selbst auftreten. Der Temperaturgradient kann zu mechanischen Spannungen im Formkörper führen, welche gegebenenfalls weitere Supportstrukturen nötig machen. Die Supportstrukturen werden üblicherweise mit der
Bauplatte bzw. mit einer auf der Bauplatte aufgebrachten Sub¬ stratplatte verbunden. Mit dieser Substratplatte ist übli¬ cherweise auch der Formkörper selbst verbunden. Da die Sup- portstrukturen aus dem gleichen Material wie der Formkörper hergestellt werden, bewirken die Supportstrukturen einen erhöhten Materialverbrauch. Somit ist die Herstellung der Supportstrukturen zeit- und kostenaufwändig .
Diese Probleme und Nachteile können nun mittels der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung vermieden werden, da beispielsweise die Stabelemente genutzt werden können, um den Formkörper bei dessen Herstellung bedarfsgerecht abzustützen, ohne das hier- für Supportstrukturen aus dem Material hergestellt werden müssen. Somit kann der Formkörper zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Durch den Einsatz der Stabelemente kann der Prozessraum als modularer Prozessraum bzw. als modulare Baukammer ausgestaltet werden, deren innere bzw. innenum- fangsseitige Form beispielsweise variiert bzw. bedarfsgerecht eingestellt werden kann, indem die Stabelemente relativ zuei¬ nander bewegt werden. Insbesondere können die Stabelemente als einfache Stützstrukturen und/oder zur Beeinflussung des Temperaturgradienten genutzt werden.
Der Prozessraum bzw. dessen Volumen wird beispielsweise teilweise durch einen Boden und teilweise durch wenigstens eine Seitenwand begrenzt. Beispielsweise begrenzt der Boden, häu¬ fig eine sogenannte Bauplattform, den Prozessraum in vertika- 1er Richtung nach unten, wobei die Seitenwand den Prozessraum zumindest teilweise in horizontaler Richtung begrenzt. Somit ist der auch als Baukammer bezeichnete Prozessraum in der Lage, das beispielsweise pulverförmige Material zum Aufbau des Formkörpers zu halten. Üblicherweise weist der Prozessraum die Form eines geraden Kreiszylinders auf.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich der Seitenwand und/oder des Bodens durch die Stabelemente gebildet ist. Durch Bewegen der Stabelemente re- lativ zueinander kann dabei die Form des Prozessraums be¬ darfsgerecht variiert werden. Wird beispielsweise der Boden komplett aus den Stabelementen gebildet, kann die oben erwähnte Substratplatte und/oder Bauplatte entfallen. Beispielsweise sind die Stabelemente horizontal und/oder ver¬ tikal relativ zueinander bewegbar. Bilden die Stabelemente beispielsweise einen ersten Teilbereich der Seitenwand und/oder des Bodens, wobei die Seitenwand und/oder der Boden wenigstens einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich aufweist, so sind die Stabelemente beispielsweise relativ zueinander und relativ zu dem zweiten Teilbereich, insbesondere zumindest translatorisch, bewegbar. Die Stabelemente sind beispielsweise außenumfangsseitig qua- der- bzw. spatförmig oder rund ausgebildet.
Als besonders vorteilhat hat es sich gezeigt, wenn die Stab¬ elemente jeweils eine Längserstreckungsrichtung aufweisen und entlang ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung relativ zueinander translatorisch bewegbar sind. Beispielsweise sind die Stabelemente beweglich an wenigstens einem Lagerelement gelagert und dadurch relativ zueinander und relativ zu dem Lagerelement bewegbar. Durch die Beweglichkeit der Stabele- mente ist das Volumen des Prozessraums, über seine stetige
Zunahme durch den additiven Fertigungsprozess selbst, varia¬ bel. Dadurch kann beispielsweise das Volumen des Prozessraums besonders gering gehalten werden, wodurch bei der Fertigung Material gespart werden kann. Durch die Möglichkeit des Ver- fahrens der Stabelemente sind diese beispielsweise gesteuert oder geregelt bewegbar, sodass eine genau definierte Form des Prozessraums einstellbar ist, sodass dieser in vorteilhafter Weise an den zu bildenden Formkörper angepasst werden kann. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eines der Stabelemente dazu ausgebildet, den Formkörper, zu¬ mindest mittelbar abzustützen. Durch die Beweglichkeit des wenigstens einen Stabelements kann dieses, durch geeignete Positionierung relativ zum Formkörper, genutzt werden, um den Formkörper abzustützen. Beispielweise kann dazu das wenigs¬ tens eine, als Stützelement fungierende Stabelement direkt zumindest einen Teil des Formkörpers abstützen. Alternativ ist es denkbar, dass das wenigstens eine Stabelement eine in- direkte Stützfunktion übernehmen kann, indem beispielsweise auf bzw. an dem wenigstens einen Stabelement wenigstens eine Supportstruktur aus dem Material additiv gefertigt wird, so¬ dass der Formkörper unter Vermittlung der an dem wenigstens einen Stabelement gefertigten Supportstruktur an dem wenigstens einen Stabelement abgestützt wird. Dabei kann der Zeit-, Material- und somit Kostenaufwand zum Fertigen der Support¬ struktur an dem wenigstens einen Stabelement gering gehalten werden .
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eines der Stabelemente dazu ausge¬ bildet ist, den Formköper zu temperieren. Das zumindest eine Stabelement ist beispielsweise aus einem Werkstoff gebildet, welcher eine Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beispielsweise durch die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes, aus welchem das zumindest eine Stabelement gebildet ist, und durch die Mög¬ lichkeit, durch Bewegen des zumindest einen Stabelements ei¬ nen Abstand zwischen dem zumindest einen Stabelement und dem Formkörper zu verringern oder aufzuheben beispielsweise derart, dass das zumindest eine Stabelement den Formkörper di¬ rekt berührt, kann das Stabelement als Wärmebrücke dienen und somit den Formkörper temperieren. Durch eine Temperierung des Formkörpers können beispielweise Spannungen in selbigem, wel¬ che bei der Fertigung auftreten können, reduziert oder gering gehalten werden.
Unter dem Temperieren ist zu verstehen, dass zumindest ein Teil des Formkörpers mittels des zumindest einen Stabelements gekühlt und/oder erwärmt bzw. warmgehalten werden kann. Beispielsweise infolge eines Wärmeübergangs von dem Formkörper an das zumindest eine Stabelement kann der Formkörper zumin¬ dest teilweise gekühlt werden. Ferner ist es denkbar, den Formkörper zumindest teilweise zu erwärmen, indem ein Wärmeübergang von dem zumindest einen Stabelement an den Formkörper erfolgt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft innerhalb des zumindest einen Stabelements wenigsten ein Ka¬ nal, welcher von einem Fluid zum Temperieren des Prozessraums bzw. des Formkörpers durchströmbar ist. Hierdurch kann beson- ders gut Einfluss auf den Temperaturgradienten im Prozess¬ raum, insbesondere am Formkörper genommen werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Stabelement mit wenigstens einem elektri- sehen Heizelement versehen ist, mittels welchem der Formkörper beheizbar ist. Durch die Möglichkeit, die Stabelemente relativ zueinander und relativ zu dem Formkörper bewegen und somit ausrichten zu können, kann beispielsweise eine zu tem¬ perierende Position bedarfsgerecht, insbesondere gesteuert oder geregelt, eingestellt werden, an welcher der Formkörper zu temperieren ist. Dadurch ist der Formkörper besonders spannungsarm fertigbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vibrationseinheit vorgesehen, mittels welcher wenigstens ei¬ nes der Stabelemente relativ zum Prozessraum in Vibration versetzt werden kann. Durch die Vibration kann eine
Kompaktierung des Materials, insbesondere des Pulverbetts, im Prozessraum stattfinden. Durch ein kompakteres Pulverbett werden Gaseinschlüsse in dem Material bzw. Materialbett ge¬ ring gehalten, wodurch der Bedarf an Supportstrukturen gering gehalten und ein vorteilhafter Wärmeaustausch realisiert werden kann. Des Weiteren steigt mit einem kompakten Pulverbett die Prozessstabilität und es kann darüber hinaus eine beson- ders hohe Formkörperdichte erreicht werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eines der Stabelemente einen Endbereich mit einem in den Prozessraum ragenden freien Ende aufweist, wobei die- ser Endbereich in einer Kappe aufgenommen ist. Auf dieser Kappe können lokal Supportstrukturen besonders vorteilhaft erzeugt werden. Ferner kann das mindestens eine Stabelement mittels der Kappe, insbesondere vor Verschleiß und/oder Schä- den, geschützt werden, sodass beispielsweise nur die Kappe, jedoch nicht das mindestens eine Stabelemente ausgetauscht werden muss. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Kappe aus dem gleichen Werkstoff wie das Material, aus welchem der Formkörper durch die additive Fertigung herstellbar ist, gebildet. Durch die Werkstoffgleichheit kann eine vorteilhafte Anbindung bzw. Abstützung des Formkörpers an der Kappe, gege- benenfalls über Supportstrukturen, erreicht werden, wodurch beispielweise eine besonders gute thermische Anbindung des Formkörpers an das Stabelement möglich ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens einem der Stabelemente mindestens ein Sensor zugeordnet, mittels welchem auf das mindestens eine Stabelement wirkende Kräfte und/oder Drehmomente erfassbar sind. Dadurch kann beispielweise eine Überwachung des Fertigungsprozesses implementiert werden, sodass eine besonders hohe Prozessstabilität dar- stellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor an der Kappe gehalten. Dadurch kann beispielweise eine direktere Rückmeldung von Vorgängen innerhalb des Prozess- raums, im Vergleich zu einem am Stabelement angebrachten Sensor, möglich sein, falls das Stabelement mit einer Kappe an seinem in den Prozessraum ragenden freien Ende versehen ist. Ferner kann beispielsweise das Stabelement auf einfache Weise mit unterschiedlichen Sensoren ausgestattet werden, indem Kappen mit unterschiedlichen Sensoren an dem Stabelement angeordnet werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor dazu ausgebildet ist, Zugkräfte zu erfassen. Zug- kräfte wirken bei der Fertigung des Formkörpers beispielswei¬ se auf Grund der durch die Deponierung der Strahlenergie des Laserstrahls erzeugten Verformung des Formkörpers und den da¬ mit einhergehenden Temperaturgradienten. Da die Zugkräfte, gegebenenfalls über Supportstrukturen, auf die Stabelemente übertragen werden können, ist der Sensor eine besonders praktische Möglichkeit, Spannung im Formkörper zu erfassen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor dazu ausgebildet, wenigstens ein die erfassten Kräfte und/oder Drehmomente charakterisierendes, insbesondere elekt¬ risches, Signal bereitzustellen, wobei die Vorrichtung eine elektronische Recheneinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, das Signal zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Sig¬ nal die Stabelemente zu bewegen. Durch Auswertung des Signals mittels der elektronischen Recheneinheit und durch Verarbei¬ tung dieses Signals durch die Recheneinheit kann beispielwei¬ se mindestens eines der Stabelemente so verfahren werden, dass es einem auf ihn wirkenden, gemessenen Krafteinfluss möglichst entgegenwirkt oder kompensiert und so die Effizienz der auf dem Stabelement ausgebildeten Supportstrukturen steigern kann und Verspannungen im Formkörper reduziert werden können. Beispielsweise ist der Sensor als Dehnmessstreifen ausgebildet.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Formkörpers, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dem Verfahren wird wenigstens ein Teilbereich eines Prozessraums zum Aufnehmen eines Materials, aus welchem der Formkörper gebildet wird, durch eine Mehrzahl von Stabelementen begrenzt, welche zumindest translatorisch relativ zueinander bewegbar sind bzw. bewegt werden können. Dadurch kann der Formkörper während sei- nes Aufbaus mittels der additiven Fertigung besonders vor¬ teilhaft hergestellt werden. Insbesondere kann eine besonders hohe Qualität des Formkörpers realisiert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfin- dung anzusehen und umgekehrt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: FIG 1 eine schematische Perspektivansicht einer ersten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Formkörpers, wobei zumindest ein Teilbereich eines Prozessraums durch
Stabelemente gebildet ist, welche relativ zueinan¬ der bewegbar sind;
FIG 2 eine schematische Perspektivansicht einer zweiten
Ausführungsform der Vorrichtung;
FIG 3 eine schematische und seitliche Perspektivansicht eines Stabelements einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung;
FIG 4 eine schematische und seitliche Perspektivansicht eines Stabelements einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung; FIG 5 ausschnittweise eine schematische Perspektivansicht einer fünften Ausführungsform der Vorrichtung; und
FIG 6 ausschnittsweise eine schematische Perspektivan¬ sicht einer sechsten Ausführungsform der Vorrich- tung.
FIG 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur additiven Fertigung eines Formkörpers 12. Der Formkörper 12 wird in einem Pro- zessraum 14 hergestellt, welcher durch einen Boden 16 der
Vorrichtung 10, insbesondere in vertikaler Richtung, nach unten begrenzt ist. Ferner ist der Prozessraum 14 in horizontaler Richtung zumindest auf einer Seite durch eine Seitenwand 18 der Vorrichtung 10 begrenzt. Dabei wird ein in den Figuren nicht näher dargestelltes Material in dem Prozessraum aufge¬ nommen, wobei der Formkörper 12 aus dem Material durch die additive Fertigung, das heißt mittels eines additiven Ferti¬ gungsverfahrens hergestellt wird. Um nun eine besonders vorteilhafte Herstellung des Formkör¬ pers 12 realisieren zu können, bilden Stabelemente 21, welche hier beispielweise außenumfangsseitig quaderförmig gestaltet sind, einen Teilbereich 22 des Bodens 16. Ferner bilden Stabelemente 20 einen Teilbereich 24 der Seitenwand 18. Dabei weisen die Stabelemente 20 jeweilige Längserstreckungsrichtungen auf, welche hier mit der Horizontalen bzw. mit der horizontalen Richtung zusammenfallen. Außerdem weisen die Stab- elemente 21 jeweilige Längserstreckungsrichtungen auf welche mit der Vertikalen bzw. mit der vertikalen Richtung zusammenfallen und dementsprechend senkrecht zur Längserstreckungs- richtung der Stabelemente 20 verlaufen. Die den Teilbereich 22 bildenden Stabelemente 21 sind entlang ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung und somit in vertikaler Richtung relativ zueinander translatorisch bewegbar.
An den durch die Stabelemente 21 gebildeten Teilbereich 22 schließt sich ein Teilbereich 23 des Bodens 16 an, wobei der Teilbereich 23 den Prozessraum 14 in vertikaler Richtung nach unten teilweise begrenzt. Dabei sind die Stabelemente 21 ent¬ lang ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung relativ zu dem Teilbereich 23 translatorisch bewegbar. Außerdem sind die den Teilbereich 24 bildenden Stabelemente
20 entlang ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung relativ zueinander translatorisch bewegbar. An den durch die Stabelemente 20 gebildeten Teilbereich 24 schließt sich ein Teilbereich 25 der Seitenwand 18 an, wobei der Teilbereich 25 den Prozessraum 14 in horizontaler Richtung teilweise begrenzt. Dabei sind die Stabelemente 20 entlang ihrer jeweiligen
Längserstreckungsrichtung relativ zu dem Teilbereich 25 translatorisch bewegbar. Bei der additiven Fertigung wird der Formkörper 12 beispielweise mittels selektiver Verfestigung über Strahlenergie, insbesondere eines Laserstrahls, Schicht für Schicht in dem Prozessraum 14 aufgebaut. Aus dem beispielsweise pulverförmi- gen Material, insbesondere Metallpulver, werden jeweilige Schichten hergestellt und zumindest teilweise übereinander bzw. aufeinander angeordnet. Üblicherweise wird dazu der ge¬ samte Boden 16 vor oder nach der Herstellung der jeweiligen Schicht des Formkörpers 12 schrittweise abgelassen, wodurch sich der Prozessraum 14 bildet und dessen Volumen zunimmt. Dabei nimmt der Prozessraum 14 das Material, beispielweise Pulver, aus welchem der Formkörper 12 gebildet bzw. hergestellt wird, auf.
Durch Bewegen der Stabelemente 20 und 21 können diese in je¬ weilige unterschiedliche Positionen bewegt werden. In FIG 1 sind die Positionen der Stabelemente 20 und 21 so, dass sie den Prozessraum 14 derart begrenzen, dass dieser innenum- fangsseitig quaderförmig ist. Dabei sind jeweilige, dem Pro¬ zessraum 14 zugewandte Stirnseiten 27 der Stabelemente 20 entlang der horizontalen Richtung auf gleicher Höhe und somit bündig zueinander angeordnet. Ferner sind die Stirnseiten 27 entlang der horizontalen Richtung auf gleicher Höhe wie der Teilbereich 25 und somit bündig zu dem Teilbereich 25 ange¬ ordnet. Außerdem sind jeweilige, dem Prozessraum 14 zugewand¬ te Stirnseiten 29 der Stabelemente 21 entlang der vertikalen Richtung auf gleicher Höhe und somit bündig zueinander ange¬ ordnet. Ferner sind die Stirnseiten 29 entlang der vertikalen Richtung auf gleicher Höhe wie der Teilbereich 23 und somit bündig zu dem Teilbereich 23 angeordnet. Die horizontale Richtung ist eine erste Bewegungsrichtung 28, entlang welcher die Stabelemente 20 translatorisch relativ zueinander und relativ zu dem Teilbereich 25 bewegbar sind. Die vertikale Richtung ist eine zweite Bewegungsrichtung 26, entlang welcher die Stabelemente 21 translatorisch relativ zueinander und relativ zu dem Teilbereich 23 bewegbar sind.
FIG 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 10, welche als Beispiel für eine Konfigurationsmöglichkeit des Prozessraums 14 und seines Volumens dient, wie sie durch vorteilhafte Positionierung der Stabelemente 20 und 21 erreicht werden kann. Hierbei ist zu- mindest ein Teil der Stabelemente 20 und 21 so entlang ihrer jeweiligen Bewegungsrichtung 26 bzw. 28 verfahren, dass sie möglichst nahe an den Formkörper 12 heran reichen und diesen gegebenenfalls berühren. Hierdurch kann der Formkörper 12 bei seiner Herstellung besonders vorteilhaft abgestützt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Volumen des Prozessraums 14 besonders gering gehalten werden kann, wodurch Material, insbesondere Pulver, beim Aufbau des Formkörpers 12 einge¬ spart werden kann.
Die Stabelemente 20 und 21 sind gemäß FIG 2 so angeordnet, dass sie sich entlang der Bewegungsrichtung 26 und/oder 28 gegenseitig überlappen bzw. überdecken. In FIG 2 zeigt sich dies daran, dass ein erster Teil der Stabelemente 21 am Form- körper 12 positioniert sind und diesen berühren und abstüt¬ zen, währen ein zweiter Teil der Stabelemente 20 in ihrer Grundposition verharren, d. h. der zweite Teil ist so positioniert, dass die jeweiligen Stirnseiten 29 des zweiten Teils in einer gemeinsamen Ebene mit dem Teilbereich 23 liegen. Da- bei kann es sinnvoll sein, die Stabelemente 20 und 21 mög¬ lichst nahe an den Formkörper heranzufahren, um dadurch das Volumen des Prozessraums möglichst gering zu halten, wodurch Material eingespart werden kann. Insgesamt ist erkennbar, dass die Stabelemente 20 und 21 als Stützelemente und somit als sogenannte Supportstrukturen fun¬ gieren können, mittels welchen der Formkörper 12 zumindest mittelbar abstützbar ist. Je nach Form des Formkörpers 12 kann es vorteilhaft sein, dass zumindest ein Teil der Stab- elemente 20 und/oder zumindest ein Teil der Stabelemente 21 an dem Formkörper 12 positioniert werden und diesen zumindest mittelbar abstützen.
Ferner ist es denkbar, dass zumindest eines der Stabelemente 20 und/oder 21 dazu ausgebildet ist, den Formkörper 12 zu temperieren, das heißt zu kühlen und/oder zu erwärmen. Hierzu verläuft in dem zumindest einen Stabelement ein in FIG 2 nicht sichtbarer Kanal, welcher von einem Fluid zum Temperie- ren des Formkörpers 12 durchströmbar ist. Das Fluid kann bei¬ spielsweise mittels einer Temperiereinrichtung temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden. Beispielsweise in¬ folge eines Wärmeübergangs von dem Fluid an das zumindest ei- ne Stabelement wird das zumindest eine Stabelement erwärmt. Dann kann ein Wärmeübergang von dem zumindest einen Stabelement an den Formkörper 12 erfolgen, wodurch der Formkörper 12 erwärmt wird. Beispielsweise kann ferner ein Wärmeübergang von dem Formkörper 12 über das zumindest eine Stabelement an das Fluid er¬ folgen, wodurch der Formkörper 12 gekühlt und das Fluid erwärmt wird. Dann kann das Fluid beispielsweise mittels der Temperiereinrichtung wieder gekühlt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das zumindest eine Stabelement mit wenigstens einem insbesondere elektri¬ schen Heizelement 17 versehen ist, mittels welchem der Formkörper 12, insbesondere über das zumindest eine Stabelement, beheizt werden kann. Insbesondere ist es denkbar, mehrere der oder alle Stabelemente 20 bzw. 21 temperieren zu können, um dadurch den Formkörper 12 besonders vorteilhaft temperieren zu können. Somit kann beispielsweise eine Temperatur des Formkörpers 12 besonders vorteilhaft eingestellt, insbesonde- re geregelt oder gesteuert, werden. Hierdurch kann der Formkörper 12 beispielweise besonders stark und schnell abgekühlt werden. Dadurch ist es beispielweise möglich, den Formkörper 12 besonders schnell aus der Vorrichtung 10 zu entfernen und damit einen besonders hohen Durchsatz, d. h. eine besonders hohe Stückzahl pro Zeitintervall zu ermöglichen. Hierdurch kann eine besonders hohe Produktivität realisiert werden, und die Kosten können besonders gering gehalten werden.
Insbesondere ist ein gleichzeitiges Erwärmen und Abkühlen denkbar. Dabei wird beispielsweise ein jeweiliger erster
Teilbereich des Formkörpers 12 mittels eines ersten Teils der Stabelemente 20 und/oder 21 erwärmt, während ein jeweiliger, von dem ersten Teilbereich unterschiedlicher zweiter Teilbe- reich des Formkörpers 12 mittels eines zweiten Teils der Stabelemente 20 und/oder 21 gekühlt wird. Bezogen auf die Stabelemente 21 ist es beispielsweise vorgesehen, dass je weiter unten sich ein Stabelement 21 befindet, desto geringer ist seine Temperatur eingestellt und ein jeweiliger, sich in der Nähe des jeweiligen Stabelements 21 befindender Teil des Formkörpers 12 kühlt entsprechend schneller ab bzw. wird we¬ niger stark erwärmt. Dadurch kann ein vorteilhafter Temperaturgradient des Formkörpers 12 und/oder im Prozessraum 14 eingestellt werden. Dadurch kann bei entsprechender Temperierung der einzelnen Stabelemente 20 und/oder 21 ein besonders hoher oder geringer Temperaturgradienten am Formkörper 12 und/oder im Prozessraum 14 realisiert werden. Hierdurch können beispielsweise übermäßige Spannungen im Formkörper 12 vermieden werden. Je nach Art und Form des durch die additive Fertigung zu bildenden Formkörpers 12 kann durch die Vorrichtung 10 der Temperaturgradient bedarfsgereicht eingestellt werden. In FIG 2 sind unterschiedliche Temperaturen der je¬ weiligen, temperierten Stabelemente 20 bzw. 21 durch unter- schiedliche Schraffüren dargestellt. Je enger die Striche der Schraffur, desto höher ist die Temperatur am Stabelement 20 bzw. 21 eingestellt. Keine Schraffur bedeutet, dass an diesem Stabelement 20 bzw. 21 die Temperatur im Beispiel nicht gere¬ gelt bzw. nicht aktiv eingestellt wird.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Vibrationseinheit 19, welche die Stabelemente 20 und/oder 21, entlang ihrer jewei¬ ligen translatorischen Bewegungsrichtung, derart in Bewegung versetzten kann, dass diese Stabelemente vibrieren. Somit kann das Material, insbesondere Metallpulver, welches für die Herstellung des Formkörpers 12 verwendet wird, verfestigt bzw. kompaktiert werden.
FIG 3 zeigt eine schematische und seitliche Perspektivansicht eines der Stabelemente 20, welches entlang der horizontalen
Bewegungsrichtung 28 translatorisch bewegbar ist, einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung. Das Stabelement 20, ist zumindest überwiegend von einer Kappe 30 eingefasst, das heißt in der Kappe 30 aufgenommen.
FIG 4 zeigt eine schematische und seitliche Perspektivansicht eines der Stabelemente 21 für eine vierte Ausführungsform, welches entlang der vertikalen Bewegungsrichtung 26
translatorisch bewegbar ist. Das Stabelement 21 weist dabei einen Endbereich 31 mit einem in den Prozessraum 14 ragenden freien Ende 33 auf, wobei der Endbereich 31 in einer Kappe 32 aufgenommen ist. Außerdem ist dem Stabelement 21 gemäß FIG 4 ein Sensor 34 zugeordnet, welcher an dem Stabelement 21 ange¬ ordnet bzw. gehalten ist. Dieser Sensor 34 ist hier beispielhaft als Dehnmessstreifen ausgebildet und kann Zugkräfte, welche auf das Stabelement 20 wirken, erfassen. Es ist vor- teilhaft den Sensor 34 so zu gestalten, dass er besonders leicht ausgewechselt, d. h. leicht an das oder vom Stabele¬ ment montiert werden kann und dabei trotzdem eine besonders gute Anbindung an das Stabelement hat, beispielweise durch ein aufgelötetes Plättchen.
Der Sensor 34 dient insbesondere dazu, Kräfte bzw. Drehmomen¬ te, welche auf das jeweilige Stabelement 20 und/oder 21 wir¬ ken, zu erfassen. Dabei stellt der Sensor 34 beispielsweise ein die erfassten Kräfte bzw. Drehmomente charakterisieren- des, insbesondere elektrisches, Signal bereit. Beispielsweise ist eine elektronische Recheneinheit 35 vorgesehen, welche mit dem Sensor 34 derart verbunden ist, das die Recheneinheit 35 das Signal empfangen kann. In der Folge können beispiels¬ weise die Stabelemente 20 und 21 mittels der Recheneinheit 35 in Abhängigkeit von dem Signal entlang der jeweiligen Bewegungsrichtung 26 bzw. 28 bewegt werden. Ferner ist es denkbar, dass der Sensor 34 an der Kappe 32 gehalten ist, sodass der Sensor 34 beispielsweise mit der Kappe 32 austauschbar ist. Alternativ kann der Sensor 34 dazu ausgebildet sein, ei- ne Temperatur des jeweiligen Stabelements 20 bzw. 21 und/oder des Formkörpers 12 zu erfassen und wenigstens ein die erfass- te Temperatur charakterisierendes, insbesondere elektrisches, Signal bereitzustellen. Dadurch kann beispielsweise der Form- körper 12 mittels der Recheneinheit 35 in Abhängigkeit von dem Signal temperiert werden.
Die in FIG 3 und FIG 4 gezeigten Kappen 30 und 32 können das jeweils von ihnen abgedeckte Stabelement 20 bzw. 21 vor Ver¬ schmutzung und Verschleiß schützen. Beispielsweise ist der Formkörper 12 über die Kappen 30 und 32 an den Stabelementen 20 und 21 abstützbar. Die Kappen 30 und 32 sind in vorteil¬ hafter Ausgestaltung so ausgebildet, dass sie am Stabelement 20 bzw. 21 leicht ausgewechselt werden können, um beispiel¬ weise eine schnelle Reinigung des Prozessraums 14 zu ermögli¬ chen und/oder dass die Kappen 30 und/oder 32 an einen neuen Werkstoff für den zu bildenden Formkörper 12 angepasst werden können .
Es kann beispielweise bei der Herstellung des Formkörpers 12 von Vorteil sein, wenn die Kappen 30 und 32 aus dem gleichen Werkstoff wie der Formkörper 12 selbst bzw. aus dem gleichen Werkstoff wie das Material gebildet sind. Dadurch können bei- spielweise Supportstrukturen, welche den Formkörper 12 abstützen sollen, aus dem Material, insbesondere durch additive Fertigung, hergestellt und besonders stabil an die jeweilige Kappe 30 und/oder 32 und somit an das jeweilige Stabelement 20 und/oder 21 angebunden werden.
Ist bei der Herstellung des Formkörpers 12 beispielweise eine besonders effektive Abfuhr von Temperatur aus dem Prozessraum 14 wünschenswert, kann es vorteilhaft sein, Kappen 30
und/oder Kappen 32 aus einem Material mit einem besonders ho- hen Wärmeleitkoeffizient zu verwenden. Ferner ist es denkbar, die Kappen 30 und/oder 32 aus einem besonders kostengünstigen Werkstoff herzustellen. Auch können bei der additiven Fertigung eines bestimmten Formkörpers 12 unterschiedliche Stab¬ elemente 20 und/oder 21 durch Kappen 30 und/oder 32 aus je- weils unterschiedlichen Werkstoffen abgedeckt sein, um die oben genannten Vorteile zu kombinieren. Im Vergleich der beiden Kappen 30 und 32, zeigt sich, dass die Kappe 30 einen größeren Bereich des Stabelements abdeckt als die Kappe 32. Die Kappen 32 können relativ kurz gehalten werden, wenn beispielweise die Vorrichtung 10 so betrieben wird, dass Supportstrukturen 38 (FIG 6) an den Stabelementen 21 nur auf deren Stirnseiten 29 angeordnet werden. Dadurch kann die Menge des Materials aus dem die Kappe 32 gefertigt ist, und somit die Kosten gering gehalten werden. FIG 5 zeigt ausschnittweise eine schematische Perspektivan¬ sicht einer fünften Ausführungsform der Vorrichtung 10. An den gezeigten Stabelementen 20, welche entlang der horizontalen Bewegungsrichtung 28 translatorisch bewegbar sind, sind Supportstrukturen 36 angebracht, welche den Formkörper 12, insbesondere direkt, abstützen.
FIG 6 zeigt ausschnittweise eine schematische Perspektivan¬ sicht einer sechsten Ausführungsform der Vorrichtung 10. An den gezeigten Stabelementen 21, welche in vertikaler Bewe- gungsrichtung 26 translatorisch bewegbar sind, sind die bereits genannten Supportstrukturen 38 angebracht, welche den Formkörper 12 abstützen.
Die in FIG 5 und FIG 6 gezeigten Supportstrukturen 36 und 38 dienen dazu, den Formkörper 12 während der additiven Fertigung abzustützen. Mithilfe der Supportstrukturen 36 und/oder 38 kann somit einer Verformung des Formkörpers bei der Herstellung entgegengewirkt werden. Dazu werden die Support¬ strukturen 36 und 38 während der additiven Fertigung, wie der Formkörper selbst, im Prozessraum 14 aus dem Material, aus welchem auch der Formkörper 12 hergestellt wird, durch die additive Fertigung bzw. das additive Fertigungsverfahren hergestellt. Um dies besonders kosteneffizient zu realisieren, sind die Stabelemente 20 beispielweise nahe am Formkörper 12 zu platzieren. Dadurch kann Material eingespart werden, da die Supportstrukturen 36 und 38 besonders kompakt ausgestal¬ tet werden können. Beispielweise kann es während der Fertigung des Formkörpers 12, beispielweise durch einen Temperaturgradient, zu Spannun¬ gen in dem Formkörper 12 kommen Diese Spannungen können mittels der Sensoren 34 erfasst werden. Die Spannungen in dem Formkörper 12 führen beispielsweise zu auf die Stabelemente 20 wirkenden Kräften bzw. Drehmomenten, die mittels der Sensoren 34 erfasst werden können. Diese mittels der Sensoren 34 erfassbaren Kräfte sind in FIG 6 durch Kraftpfeile 40 veran¬ schaulicht. Die Supportstrukturen 38 können nun besonders vorteilhaft verwendet werden, um den übertragenen Kräften und somit den Spannungen entgegenzuwirken, was in FIG 6 Kraftpfeile 42 veranschaulicht ist. Somit kann eine unerwünschte, übermäßige Verformung des Formkörpers 12 besonders effizient vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zur additiven Fertigung wenigstens eines Formkörpers, mit wenigstens einem Prozessraum (14) zum Auf- nehmen eines Materials, aus welchem der Formkörper (12) durch die additive Fertigung herstellbar ist, wobei zumindest ein Teilbereich des Prozessraums (14) durch eine Mehrzahl von relativ zueinander zumindest translatorisch bewegbaren Stabelementen (20, 21) begrenzt ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
mindestens einem der Stabelemente (20, 21) mindestens ein Sensor (34) zugeordnet ist, mittels welchem auf das mindes¬ tens eine Stabelement (20, 21) wirkende Kräfte und/oder Dreh¬ momente erfassbar sind.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Stabelemente (20, 21) eine jeweilige Längserstreckungs- richtung aufweisen und entlang ihrer jeweiligen Längserstre- ckungsrichtung relativ zueinander translatorisch bewegbar sind .
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens eines der Stabelemente (20, 21) dazu ausgebildet ist, den Formkörper (12) zumindest mittelbar abzustützen.
4. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest eines der Stabelemente (20, 21) dazu ausgebildet ist, den Formkörper (12) zu temperieren.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
innerhalb des zumindest einen Stabelements (20, 21) wenigs¬ tens ein Kanal verläuft, welcher von einem Fluid zum Tempe¬ rieren des Formkörpers durchströmbar ist.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das zumindest eine Stabelement (20, 21) mit wenigstens einem Heizelement (17), insbesondere mit wenigstens einem elektri¬ schen Heizelement, versehen ist, mittels welchem der Formkörper (12) beheizbar ist.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
eine Vibrationseinheit (19) vorgesehen ist, mittels welcher wenigstens eines der Stabelemente (20, 21) relativ zum Pro¬ zessraum in Vibration versetzbar ist.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
mindestens eines der Stabelemente (20, 21) einen Endbereich (31) mit einem in den Prozessraum ragenden freien Ende (33) aufweist, wobei der Endbereich (31) in einer Kappe (30, 32) aufgenommen ist.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Kappe (30, 32) aus dem gleichen Werkstoff wie das Materi- al, aus welchem der Formkörper (12) durch die additive Fertigung herstellbar ist, gebildet ist.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Sensor (34) an der Kappe (30, 32) gehalten ist.
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Sensor (34) dazu ausgebildet ist, Zugkräfte zu erfassen.
12. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Sensor (34) dazu ausgebildet ist, wenigstens ein die er- fassten Kräfte und/oder Drehmomente charakterisierendes, ins besondere elektrisches, Signal bereitzustellen, wobei die Vorrichtung (10) eine elektronische Recheneinheit (35) auf¬ weist, welche dazu ausgebildet ist, das Signal zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Signal die Stabelemente (20, 21) zu bewegen.
13. Verfahren zur additiven Fertigung wenigstens eines Formkörpers (12), bei welchem der Formkörper (12) aus einem in einem Prozessraum (14) aufgenommenem Material durch die addi tive Fertigung hergestellt wird, wobei zumindest ein Teilbe¬ reich des Prozessraums (14) durch eine Mehrzahl von Stabele¬ menten (20, 21) begrenzt wird, welche zumindest
translatorisch relativ zueinander bewegt werden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
mindestens einem der Stabelemente (20, 21) mindestens ein Sensor (34) zugeordnet ist, mittels welchem auf das mindes¬ tens eine Stabelement (20, 21) wirkende Kräfte und/oder Dreh momente erfasst werden.
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