EP3600729A1 - Method for the additive manufacture of workpieces - Google Patents

Method for the additive manufacture of workpieces

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Publication number
EP3600729A1
EP3600729A1 EP18724867.9A EP18724867A EP3600729A1 EP 3600729 A1 EP3600729 A1 EP 3600729A1 EP 18724867 A EP18724867 A EP 18724867A EP 3600729 A1 EP3600729 A1 EP 3600729A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
lifting surface
radiation
raw material
workpieces
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
EP18724867.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arno Niebling
Michael Protzmann
Markus Holz
Henrik Franz
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.)
ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
ALD Vacuum Technologies 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 ALD Vacuum Technologies GmbH filed Critical ALD Vacuum Technologies GmbH
Publication of EP3600729A1 publication Critical patent/EP3600729A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
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    • B22F12/45Two or more
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
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    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/20Cooling means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/16Cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive 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
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for the additive production of workpieces.
  • Workpieces that can be produced by the method are, for example, turbine blades, but any other geometries can also be produced.
  • SD printing Devices and methods for the additive production of workpieces are known from the prior art. It is also called “generative manufacturing process” or “SD printing”. In these processes, a raw material, usually in powder form, is applied in the form of a layer to a work surface in order to be partially melted or sintered there. Another layer is applied to the layer and processed as with the first layer. In this case, the sections to be melted or sintered are selected such that the three-dimensional workpiece is built up in layers.
  • the cleaning of the process chamber and their preparation for a manufacturing process takes time.
  • the manufacturing process can not be carried out during this time.
  • the produced workpieces are very hot immediately after production. Many materials, especially metals, are reactive when hot and must not come into contact with atmospheric oxygen. Therefore, these materials must be allowed to cool to a certain maximum temperature before removal from the evacuated area before removal. During this time, the manufacturing process of another workpiece can not start yet. This is particularly relevant because the vacuum required for the operation of electron beam guns prevents convective heat conduction, so cooling takes a considerable amount of time. The cooling times are also very long in many prior art processes because the powder around a manufactured workpiece conducts the heat relatively poorly. So the cooling after production usually takes several days. Radiation sources suitable for additive production generate high-energy radiation, for example laser or electron beam radiation, which in most processes is scanned over the applied layers.
  • the speed of melting or sintering depends not only on the time required to bring the raw material to the required temperature, but also on the scanning speed with which the jet can be drawn over the raw material.
  • workpieces that exceed a certain size may have a correspondingly large cross-section, so that the focusing of a high-energy beam can cause difficulties.
  • the invention relates to a method for the additive production of a workpiece, with the steps a. Providing a work table in the area of influence of a set of radiation sources, wherein the set of radiation sources comprises at least one radiation source and wherein the work table has at least one lowerable lifting surface in a starting position, b. Presenting a layer of powdery raw material on the lifting surface, c. Applying radiation from the radiation source to regions of the first material layer which correspond to the desired shape of the workpiece, so that the raw material in the areas is at least partially heated at least to its melting point, d. Lowering the lifting surface from the starting position, in particular by the thickness of the subsequently applied layer, e. Presenting a further layer of raw material on the previously applied layer, f.
  • the term "workpiece” refers both to a single workpiece and to a plurality of workpieces.
  • the method can also be used to produce a plurality of workpieces simultaneously or together with other workpieces.
  • Determining the section of the lifting surface not required for the production of the workpiece for example, by comparing a model, in particular a CAD model, of the workpiece with the lifting surface of the device.
  • the method of this invention and the apparatus are particularly suitable for the manufacture of large workpieces or a plurality of workpieces.
  • the device has a construction volume in the process chamber of preferably at least 1 m 3 , in particular even at least 2 m 3 . Accordingly, cooling down after production takes a long time. in particular at least one day or several days (especially for large workpieces).
  • the raw material is preferably a metal or a metal alloy.
  • the raw material should have particle sizes below 500 ⁇ m, in particular below 400 ⁇ m, below 300 ⁇ m or below 200 ⁇ m .
  • the particle size of the raw material should also not be too small, since this deteriorates the flowability of the powder and increases its surface, so that the setting of a vacuum takes more time. Smaller particles also slow down the structure of the workpiece.
  • the particle size of the raw material is at least 1 ⁇ , in particular at least 10 ⁇ , preferably at least 20 ⁇ and more preferably at least 50 ⁇ . More preferably, the particle size is 50 to 150 ⁇ .
  • particle size is to be understood as meaning the average particle size measured on the principle of dynamic light scattering.
  • the lifting surface can be lowered from a starting position into an end position.
  • raw material is applied in powder form during the process according to the invention.
  • the raw material in powder form is melted or sintered.
  • the condition that the worktable or the lifting surface is located in the sphere of influence of the radiation source means that the worktable or the lifting surface is arranged at least so high that a powder layer located on the lifting surface is melted or sintered mediated by the radiation of the radiation source can be.
  • the set of radiation sources can be structurally connected to one another, for example by fixing all radiation sources within a set to a mounting plate or otherwise
  • the radiation sources may be individually attached to the device
  • Suitable radiation sources are electron beam guns and lasers, with electron beam guns being preferred.
  • Electron beam guns have the advantage over lasers of higher, and flexibly adjustable power densities. This higher melting temperatures can be realized.
  • the electron beam gun is advantageous especially for raw materials with high thermal conductivity (metals, metal alloys) as a radiation source.
  • an electron beam gun offers the possibility of using relatively large beam diameters or spot sizes, so that preheating with the radiation source can also be carried out well.
  • the raw material can be presintered, so that powder grains sinter to one another to a small extent. Pre-sintering prevents the electrostatic charge-induced "smoke effect" that is otherwise to be feared upon irradiation with electron radiation, and also improves the heat conduction by pre-sintering because the powder grains are brought into closer contact with each other.
  • the radiation source is an electron beam gun. If the set of radiation sources contains more than one radiation source, preferably all the radiation sources of the set are electron beam guns. In a preferred embodiment, the set of radiation sources comprises at least two, at least three or at least four radiation sources. The use of multiple radiation sources has proven to be advantageous, as in this way even with workpieces with a large cross-sectional area or a plurality of workpieces a uniformly good focus on the sections to be irradiated is possible and the operating speed can be significantly increased.
  • the method described has the advantage that the dissipation of heat introduced during the process can be substantially increased by the construction of at least one heat sink on at least one section of the lifting surface.
  • the thermal conductivity of the heat sink is much greater than that of the raw material.
  • the heat sink is in particular constructed so that it is in contact with the lifting surface to allow the heat dissipation via the lifting surface.
  • heatsinks are also extremely useful after the workpiece has been completed during cooling.
  • the lifting surface is made of a material with a high thermal conductivity.
  • a "high thermal conductivity" is in particular a thermal conductivity at 0 ° C of at least 13 W / (m * K), more preferably at least 40 W / (m * K), further preferably at least 100 W / (m * K) and especially preferably at least 200 W / (m * K)
  • the thermal conductivity is even higher, in particular at least 250 W / (m * K) and more preferably at least 300 W / (m * K)
  • Suitable materials are metals and Metal alloys, in particular steel, copper or copper alloys.
  • lifting surfaces with high thermal conductivity allows a significant acceleration of the cooling rate and thus of the entire process.
  • the lifting surface can be tempered with a fluid.
  • the tempering may be heating or cooling. By cooling the lifting surface with a fluid, the cooling can be further accelerated. Alternatively, the lifting surface can be heated. By heating the lifting surface, the raw material can be preheated prior to melting or sintering.
  • the fluid for tempering is liquid or gaseous under standard conditions (DIN 1343: 1990). Liquid fluids are preferred.
  • the fluid is preferably selected from water, thermal oil, inert gas, air and liquid metal (e.g., NaK, Wood's alloy). Water is preferred because of its low cost.
  • the use of gaseous fluid is less advantageous due to the lower heat capacity, but possible with lower intended cooling capacity.
  • At least two, at least three or at least four heat sinks are built up on the lifting surface. It has proven to be sufficient to build the heat sink as filled with powdery raw material hollow body. As a result, a great improvement in heat dissipation is achieved without melting or sintering the entire volume of the heat sink.
  • the powdery raw material contained in the heat sink may be reused subsequent to the process.
  • the workpiece is in one embodiment outside of designed as a hollow body heat sinks.
  • the heat sinks are each surrounded by powdery raw material. In particular, they do not directly adjoin the workpiece. In particular, they do not form the outer boundary of the construction volume.
  • the volume of construction preferably extends between the starting and end position of the lifting surface in height and corresponds in terms of its base area of the lifting surface.
  • a distance of a heat sink to at least one workpiece is not more than 30 mm, preferably not more than 25 mm, not more than 20 mm, not more than 15 mm, not more than 10 mm or not more than 5 mm. Due to the targeted construction of the heat sink during the manufacture of the workpieces, the heat sink can be constructed with a minimum distance and taking into account the final contour of the workpiece.
  • the inventive method is preferably carried out under vacuum. This preferably corresponds to a pressure of at most 10 1 mbar, preferably at most 10 2 mbar or at most 10 ⁇ 3 mbar. Preferably, at least during steps c. to g. and especially during steps b. to g. said pressure.
  • step c before applying the material layer in step c.
  • a preheating and / or presintering of the material layer can be carried out using a heat source, which may be identical in particular with the radiation source.
  • the preheating or pre-sintering has the advantage that not the entire heat input takes place in one go during the construction of the workpiece. Otherwise, when using electron guns, sputtering of the raw material due to electrostatic charging may otherwise occur.
  • the workpiece produced is following step g. cooled. This can be done in a separate chamber into which the workpiece was possibly still located on the lifting surface befindlich.
  • the chamber is referred to herein as a molding chamber.
  • the molding chamber is adapted to cool a workpiece therein with a cooling gas.
  • the molding chamber preferably has at least one inlet and / or at least one outlet for the cooling gas.
  • the forming chamber has at least one means for circulating an amount of cooling gas in the forming chamber.
  • the means may in particular be a fan or a circulating pump.
  • the device according to the invention makes it possible to close the molding chamber and the process chamber, respectively, so that different atmospheres (for example vacuum or inert gas) can be set in the two chambers.
  • different atmospheres for example vacuum or inert gas
  • cooling gas flows through an inlet.
  • the cooling gas flows out of the molding chamber through an outlet and / or the cooling gas is circulated in the molding chamber in order to achieve an optimum cooling effect.
  • the cooling gas is an inert gas, in particular helium, argon, xenon and / or nitrogen.
  • the method of this invention is preferably performed in a device described below.
  • the device is a device for the additive production of workpieces with a set of radiation sources comprising at least one radiation source,
  • At least one process chamber wherein the lifting surface between an initial position in the influence of the radiation source and an end position below the initial position is movable, and extends between starting position and end position a volume for the additive production of workpieces.
  • the set of radiation sources is arranged in an upper section of the process chamber, in particular above the work table at which the additive production of the workpiece takes place.
  • chamber as in “process chamber”, merely means that such a device is a space that can be closed on all sides, so that a controlled atmosphere, in particular a vacuum, can be set.
  • a chamber can according to the invention take any outer shape.
  • the process chamber according to the invention is that chamber in which the additive production of the workpiece takes place.
  • the sphere of influence of the radiation source is located in the process chamber.
  • volume leak rate of the chamber is less than 1 * 10 2 mbar * l / s, in particular less than 5 * 10 -3 mbar * l / s
  • the volume leak rate is preferably measured at 20 ° C and 1013 hPa ambient pressure. In this way, the desired atmosphere can be set and maintained in the chamber Vacuum-tight chambers are required for the additive production using electron beam guns, since - in contrast to manufacturing methods such as lasers - a vacuum and not just a protective gas atmosphere must be maintained.
  • the material reservoir serves to hold the raw material in powder form for the manufacturing process.
  • the material reservoir may contain raw material for carrying out a plurality of production runs.
  • the material reservoir can be arranged in the form of one or more at least partially funnel-shaped chambers in an upper part of the process chamber.
  • the device has at least two Material Reservoirs on; these can be arranged in particular on opposite sides of the influence range of the radiation source.
  • the material reservoir is arranged above the plane in which the melting or sintering process takes place. In this way, the raw material in powder form can flow down or be distributed in the work area following gravity.
  • the material reservoir has an optionally closable opening to the process chamber.
  • the device preferably has at least one vacuum pump, in particular a diffusion pump.
  • a vacuum pump is associated with the process chamber, i. it is connected to the process chamber so that it can create a vacuum in the process chamber.
  • the device may comprise a plurality of vacuum pumps.
  • the method comprises the further steps
  • the lifting surface has an outer shape, which allows the lifting surface relative to the packing by the volume of lower the initial position to the end position.
  • the determination of the dead volume not required for the production of the workpiece within the construction volume can be done, for example, by comparing a model, in particular a CAD model, of the workpiece with the construction volume of the device.
  • the described method has the advantage that by occupying the construction volume with at least one filling body, the available volume of construction can be reduced and thus less raw material can be used for the production of a workpiece.
  • the entire dead volume with fillers will not be assignable on a regular basis, since irradiation of a material layer always leaves unirradiated areas. These unirradiated areas, which consist of powdery material, but are smaller compared to conventional methods. As a result, less powder must be discarded or recycled.
  • the thermal conductivity of the powder is poor and in particular lower than the thermal conductivity of the packing, so that the filler can greatly accelerate the cooling of the workpieces.
  • the fillers are inventively removable from the device, so at best releasably connected to the device. The fillers are at least partially in contact with powdered raw material during the process.
  • the advantages of the method according to the invention are particularly evident in application devices in the form of powder distribution elements (for example doctor blades) which push a powder fraction over the work table and thereby cause the raw material to be deposited on the lifting surface.
  • powder distribution elements have the advantage that they can also smooth the applied material layer.
  • the filling bodies preferably end at the level of the work table, in particular forming a flat surface with the work table.
  • At least one and in particular all packing is made of a material having a high thermal conductivity.
  • a "high thermal conductivity" is in particular a thermal conductivity at 0 ° C of at least 13 W / (m * K), more preferably at least 40 W / (m * K), further preferably at least 100 W / (m * K) and especially preferably at least 200 W / (m * K)
  • the thermal conductivity is even higher, in particular at least 250 W / (m * K) and more preferably at least 300 W / (m * K)
  • Suitable materials are metals and Metal alloys, in particular steel, copper or copper alloys The use of fillers and especially those with high thermal conductivity enables a significant acceleration of the cooling rate and thus of the entire process otherwise greatly reduced due to lack of convection cooling of the workpieces improve.
  • a filler can be tempered with a fluid.
  • the tempering may be heating or cooling. By cooling the filler with a fluid, the cooling can be further accelerated. Alternatively, the filler can be heated. By heating the filler, the raw material can be preheated prior to melting or sintering.
  • the fluid for tempering is liquid or gaseous under standard conditions (DIN 1343: 1990). Liquid fluids are preferred.
  • the fluid is preferably selected from water, thermal oil, inert gas, air and liquid metal (eg NaK, Wood's alloy). Water is preferred because of its low cost.
  • the use of gaseous fluid is less advantageous due to the lower heat capacity, but possible with lower intended cooling capacity.
  • At least one packing is lowered together with or independently of the lifting surface. This is understood as meaning a lowering of the filling body in relation to the worktable during the execution of the additive production.
  • the invention includes embodiments in which at least one and in particular all random packings are not lowered in relation to the work table during the execution of the additive production.
  • the device comprises at least one filling body occupying a partial volume of the construction volume, wherein the lifting surface has an outer shape, which makes it possible to lower the lifting surface relative to the packing by the volume from the starting position to the end position.
  • Also according to the invention is the use of a method of this invention for improving the heat transfer between the manufactured workpiece and the lifting surface.
  • Figure 1 shows a cross section of an apparatus for carrying out the method according to the invention with lifting surface in the starting position.
  • Figure 2 shows a cross section of an apparatus for carrying out the method according to the invention with lifting surface in the end position.
  • Figure 1 shows a lifting surface 7, which is located in a starting position at the height of a work table 5 and in the sphere of influence of radiation sources.
  • the lifting surface 7 is lowered or raised by means of the lifting device 13.
  • the presentation of layers of powdery raw material on the lifting surface 7 takes place by providing raw material from the opening 9 of the material reservoir and subsequent distribution of the raw material via the lifting surface 7 by means of the applicator 16.
  • FIG. 2 shows the same device as FIG. 1 in a later method step of the method according to the invention.
  • the lifting surface 7 is in the end position at the lower end of the construction volume.
  • workpieces 10 have been made.
  • heatsink 22 are arranged.
  • the heat sink 22 are designed as a hollow body.
  • powdered raw material 21 is arranged.

Abstract

The present invention relates to a method for the additive manufacture of workpieces. Workpieces that can be manufactured in accordance with the method include, for example, turbine blades, but any other geometries can also be produced. The present invention relates to a device and a method for the additive manufacture of workpieces and use of same. Workpieces that can be manufactured in accordance with the method include, for example, turbine blades, but any other geometries can also be produced. The device for the additive manufacture of workpieces comprises at least one radiation source, at least one lowerable lifting surface, at least one material reservoir for a raw material in powder form and at least one process chamber, wherein the lifting surface can be moved between an initial position in the region of influence of the radiation source and an end position below the initial position, and a construction volume for the additive manufacture of workpieces extends between the initial position and end position, wherein the dead volume within the construction volume not required to manufacture the workpiece is determined when the device is used in a method for additive production.

Description

Verfahren für die additive Herstellung von Werkstücken  Method for the additive production of workpieces
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung von Werkstücken. Nach dem Verfahren herstellbare Werkstücke sind beispielsweise Turbinenschaufeln, es sind aber auch beliebige andere Geometrien herstellbar. The present invention relates to a method for the additive production of workpieces. Workpieces that can be produced by the method are, for example, turbine blades, but any other geometries can also be produced.
Vorrichtungen und Verfahren zur additiven Herstellung von Werkstücken sind aus dem Stand der Technik bekannt. Man spricht auch von„generativen Herstellungsverfahren" oder„SD- Druck". Bei diesen Verfahren wird ein Rohmaterial, meist in Pulverform, in Form einer Schicht auf eine Arbeitsfläche aufgetragen, um dort abschnittsweise geschmolzen oder gesintert zu werden. Auf die Schicht wird eine weitere Schicht aufgetragen und so verfahren wie mit der ersten Schicht. Dabei werden die zu schmelzenden bzw. zu sinternden Abschnitte so gewählt, dass schichtweise das dreidimensionale Werkstück aufgebaut wird. Devices and methods for the additive production of workpieces are known from the prior art. It is also called "generative manufacturing process" or "SD printing". In these processes, a raw material, usually in powder form, is applied in the form of a layer to a work surface in order to be partially melted or sintered there. Another layer is applied to the layer and processed as with the first layer. In this case, the sections to be melted or sintered are selected such that the three-dimensional workpiece is built up in layers.
Die Verfahren und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik weisen allerdings eine Reihe von Nachteilen auf. Beispielsweise sind viele Verfahren nicht wirtschaftlich. Dazu trägt bei, dass besonders bei Verwendung von Elektronenstrahlen zum Schmelzen bzw. Sintern ein Vakuum erforderlich ist. Nach Beendigung eines Herstellungsvorgangs muss das Werkstück aus der Prozesskammer entnommen werden, was den Verlust des Vakuums zur Folge hat. Die Wiederherstellung des Vakuums nimmt wiederum Zeit in Anspruch, während der der Herstellungs- prozess eines weiteren Werkstücks noch nicht beginnen kann. However, the prior art methods and devices have a number of disadvantages. For example, many processes are not economical. This contributes to the fact that, especially when using electron beams for melting or sintering, a vacuum is required. After completion of a manufacturing process, the workpiece must be removed from the process chamber, resulting in the loss of the vacuum. The restoration of the vacuum in turn takes time, during which the manufacturing process of another workpiece can not yet begin.
Auch die Säuberung der Prozesskammer und deren Herrichtung für ein Herstellungsverfahren nimmt Zeit in Anspruch. Während dieser Zeit kann das Herstellungsverfahren selbstverständlich nicht durchgeführt werden. Also, the cleaning of the process chamber and their preparation for a manufacturing process takes time. Of course, the manufacturing process can not be carried out during this time.
Die hergestellten Werkstücke sind unmittelbar nach der Herstellung sehr heiß. Viele Werkstoffe, insbesondere Metalle, sind in heißem Zustand reaktiv und dürfen nicht mit Luftsauerstoff in Berührung kommen. Daher müssen diese Werkstoffe vor der Entnahme aus dem evakuierten Bereich bis auf eine bestimmte Höchsttemperatur abkühlen, bevor sie entnommen werden können. Während dieser Zeit kann der Herstellungsprozess eines weiteren Werkstücks noch nicht beginnen. Dies ist besonders relevant, da das für den Betrieb von Elektronenstrahlkanonen erforderliche Vakuum die Wärmeleitung durch Konvektion verhindert, sodass die Abkühlung erhebliche Zeit in Anspruch nimmt. Die Abkühlzeiten sind in vielen Verfahren des Standes der Technik auch deshalb sehr lang, weil das um ein hergestelltes Werkstück angeordnete Pulver die Wärme verhältnismäßig schlecht leitet. So dauert die Abkühlung nach der Herstellung meist mehrere Tage. Für die additive Herstellung geeignete Strahlungsquellen erzeugen energiereiche Strahlung, zum Beispiel Laser- oder Elektronenstrahlung, die in den meisten Verfahren über die aufgetragenen Schichten gescannt wird. Dabei ist die Geschwindigkeit des Schmelzen oder Sinterns nicht nur von der Dauer abhängig, die erforderlich ist, um das Rohmaterial auf die erforderliche Temperatur zu bringen, sondern auch von der Scangeschwindigkeit, mit der der Strahl über das Rohmaterial gezogen werden kann. Hinzu kommt, dass Werkstücke, die eine gewisse Größe überschreiten, einen entsprechend großen Querschnitt aufweisen können, so dass die Fokus- sierung eines energiereichen Strahls Schwierigkeiten bereiten kann. The produced workpieces are very hot immediately after production. Many materials, especially metals, are reactive when hot and must not come into contact with atmospheric oxygen. Therefore, these materials must be allowed to cool to a certain maximum temperature before removal from the evacuated area before removal. During this time, the manufacturing process of another workpiece can not start yet. This is particularly relevant because the vacuum required for the operation of electron beam guns prevents convective heat conduction, so cooling takes a considerable amount of time. The cooling times are also very long in many prior art processes because the powder around a manufactured workpiece conducts the heat relatively poorly. So the cooling after production usually takes several days. Radiation sources suitable for additive production generate high-energy radiation, for example laser or electron beam radiation, which in most processes is scanned over the applied layers. The speed of melting or sintering depends not only on the time required to bring the raw material to the required temperature, but also on the scanning speed with which the jet can be drawn over the raw material. In addition, workpieces that exceed a certain size may have a correspondingly large cross-section, so that the focusing of a high-energy beam can cause difficulties.
Darüber hinaus ist der Materialeinsatz für additive Herstellungsverfahren teilweise immens, da die für eine Schicht benötigte Auftragsmenge nicht von der Größe der Querschnittsfläche des herzustellenden Werkstückes, sondern von der Größe der Arbeitsfläche abhängt, auf die das Rohmaterial aufgebracht wird. Einmal eingesetztes Rohmaterial muss, auch wenn es nicht geschmolzen bzw. gesintert wurde, aufbereitet werden, bevor es wieder verwendet werden kann. Besonders bei teuren Werkstoffen wie Metallen oder Metalllegierungen ist es wünschenswert, den Materialeinsatz so gering wie möglich zu wählen. In addition, the use of materials for additive manufacturing processes is sometimes immense, since the amount of application required for a layer does not depend on the size of the cross-sectional area of the workpiece to be produced, but on the size of the work surface to which the raw material is applied. Once used, raw material, even if not melted or sintered, must be recycled before it can be reused. Especially with expensive materials such as metals or metal alloys, it is desirable to choose the use of materials as low as possible.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Herstellungssystem bereitzustellen, mit dem die Nachteile der Verfahren und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik überwunden werden. Insbesondere ist es die Aufgabe dieser Erfindung, Verfahren, Vorrichtungen und Systeme bereitzustellen, die besonders wirtschaftlich im Hinblick auf benötigte Produktionszeit, Downtime, Materialeinsatz und Energiebedarf sind. It is an object of the present invention to provide a method, an apparatus and a manufacturing system which overcomes the disadvantages of the prior art methods and apparatus. In particular, it is the object of this invention to provide methods, devices and systems that are particularly economical in terms of required production time, downtime, material usage and energy requirements.
Die hierin vorgestellte Erfindung löst diese Aufgaben. The invention presented herein solves these problems.
Verfahren method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Werkstückes, mit den Schritten a. Bereitstellen eines Arbeitstisches im Einflussbereich eines Satzes von Strahlungsquellen, wobei der Satz Strahlungsquellen wenigstens eine Strahlungsquelle umfasst und wobei der Arbeitstisch wenigstens eine absenkbare Hubfläche in einer Ausgangslage aufweist, b. Vorlegen einer Schicht pulverförmigen Rohmaterials auf der Hubfläche, c. Beaufschlagen von Bereichen der ersten Materialschicht, die der gewünschten Form des Werkstückes entsprechen, mit Strahlung aus der Strahlungsquelle, so dass das Rohma- terial in den Bereichen zumindest teilweise wenigstens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, d. Absenken der Hubfläche aus der Ausgangslage, insbesondere um die Dicke der nachfolgend aufzutragenden Schicht, e. Vorlegen einer weiteren Schicht Rohmaterials auf der zuvor beaufschlagten Schicht, f. Beaufschlagen von Bereichen der weiteren Materialschicht, die der gewünschten Form des Werkstückes entsprechen, mit Strahlung aus der Strahlungsquelle, so dass das Pulver in den Bereichen zumindest teilweise wenigstens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, g. Wiederholung der Schritte d. bis f. bis zur Fertigstellung des Werkstücks, wobei die Hubfläche sich bei Fertigstellung des Werkstückes in einer Endlage befindet, h. Abkühlen des fertiggestellten Werkstückes auf der Hubfläche, i. Entnahme des Werkstückes von der Hubfläche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte The invention relates to a method for the additive production of a workpiece, with the steps a. Providing a work table in the area of influence of a set of radiation sources, wherein the set of radiation sources comprises at least one radiation source and wherein the work table has at least one lowerable lifting surface in a starting position, b. Presenting a layer of powdery raw material on the lifting surface, c. Applying radiation from the radiation source to regions of the first material layer which correspond to the desired shape of the workpiece, so that the raw material in the areas is at least partially heated at least to its melting point, d. Lowering the lifting surface from the starting position, in particular by the thickness of the subsequently applied layer, e. Presenting a further layer of raw material on the previously applied layer, f. Applying portions of the further material layer corresponding to the desired shape of the workpiece with radiation from the radiation source so that the powder in the regions is at least partially heated to at least its melting point, g. Repetition of steps d. to f. until the completion of the workpiece, wherein the lifting surface is at the completion of the workpiece in an end position, h. Cooling the finished workpiece on the lifting surface, i. Removal of the workpiece from the lifting surface, characterized by the further steps
- Aufbau wenigstens eines Kühlkörpers auf wenigstens einem Abschnitt der Hubfläche, der für den Aufbau des Werkstückes nicht benötigt wird, durch Beaufschlagen von Bereichen der Materialschichten in den Schritten c. und f. mit Strahlung aus der Strahlungsquelle, so dass das Pulver in den Bereichen zumindest teilweise wenigstens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, wobei die beaufschlagten Bereiche der gewünschten Form des Kühlkörpers entsprechen. - Construction of at least one heat sink on at least a portion of the lifting surface, which is not required for the construction of the workpiece, by applying portions of the material layers in steps c. and f. with radiation from the radiation source, so that the powder in the areas is at least partially heated at least to its melting point, wherein the applied areas correspond to the desired shape of the heat sink.
Der Begriff„Werkstück" bezieht sich erfindungsgemäß sowohl auf ein einzelnes Werkstück als auch auf eine Mehrzahl an Werkstücken. Insbesondere sind mit dem Verfahren auch mehrere Werkstücke gleichzeitig bzw. gemeinsam mit anderen Werkstücken herstellbar. According to the invention, the term "workpiece" refers both to a single workpiece and to a plurality of workpieces. In particular, the method can also be used to produce a plurality of workpieces simultaneously or together with other workpieces.
Das Ermitteln des für die Herstellung des Werkstückes nicht benötigten Abschnitts der Hubfläche beispielsweise durch Vergleich eines Modells, insbesondere eines CAD-Modells, des Werkstückes mit der Hubfläche der Vorrichtung erfolgen. Determining the section of the lifting surface not required for the production of the workpiece, for example, by comparing a model, in particular a CAD model, of the workpiece with the lifting surface of the device.
Das Verfahren dieser Erfindung und die Vorrichtung eignen sich insbesondere für die Herstellung von großen Werkstücke oder einer Mehrzahl von Werkstücken. Dafür bietet die Vorrichtung ein Bauvolumen in der Prozesskammer von vorzugsweise wenigstens 1 m3, insbesondere sogar wenigstens 2 m3. Entsprechend wird für die Abkühlung nach der Herstellung viel Zeit be- nötigt, insbesondere wenigstens ein Tag oder mehrere Tage (insbesondere bei großen Werkstücken). The method of this invention and the apparatus are particularly suitable for the manufacture of large workpieces or a plurality of workpieces. For this, the device has a construction volume in the process chamber of preferably at least 1 m 3 , in particular even at least 2 m 3 . Accordingly, cooling down after production takes a long time. in particular at least one day or several days (especially for large workpieces).
Das Rohmaterial ist vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung. Besonders bevorzugt sind Titan und Titanlegierungen, Nickelbasislegierungen, Superlegierungen und Stähle.. Um Werkstücke mit hoher Oberflächenqualität zu erhalten, sollte das Rohmaterial Partikelgrößen aufweisen, die unterhalb von 500 μηι, insbesondere unterhalb von 400 μηι, unterhalb von 300 μηι oder unterhalb von 200 μηι liegen. Die Partikelgrößen des Rohmaterials sollten aber auch nicht zu klein sein, da dies die Fließfähigkeit des Pulvers verschlechtert und dessen Oberfläche vergrößert, sodass die Einstellung eines Vakuums umso mehr Zeit in Anspruch nimmt. Kleinere Partikel verlangsamen ferner den Aufbau des Werkstücks. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt daher die Partikelgröße des Rohmaterials wenigstens 1 μηι, insbesondere wenigstens 10 μηι, bevorzugt wenigstens 20 μηι und besonders bevorzugt wenigstens 50 μηι. Besonders bevorzugt beträgt die Partikelgröße 50 bis 150 μηι. Unter„Partikelgröße" wird erfindungsgemäß bevorzugt die nach dem Prinzip der dynamischen Lichtstreuung gemessene durchschnittliche Partikelgröße verstanden. The raw material is preferably a metal or a metal alloy. In order to obtain workpieces with high surface quality, the raw material should have particle sizes below 500 μm, in particular below 400 μm, below 300 μm or below 200 μm , The particle size of the raw material should also not be too small, since this deteriorates the flowability of the powder and increases its surface, so that the setting of a vacuum takes more time. Smaller particles also slow down the structure of the workpiece. In a preferred embodiment, therefore, the particle size of the raw material is at least 1 μηι, in particular at least 10 μηι, preferably at least 20 μηι and more preferably at least 50 μηι. More preferably, the particle size is 50 to 150 μηι. According to the invention, "particle size" is to be understood as meaning the average particle size measured on the principle of dynamic light scattering.
Die Hubfläche ist aus einer Ausgangslage in eine Endlage absenkbar. Auf die Hubfläche wird während des erfindungsgemäßen Verfahrens Rohmaterial in Pulverform aufgetragen. Das Rohmaterial in Pulverform wird geschmolzen bzw. gesintert. Erfindungsgemäß bedeutet die Bedingung, dass sich der Arbeitstisch bzw. die Hubfläche in dem Einflussbereich der Strahlungsquelle befindet, dass der Arbeitstisch bzw. die Hubfläche zumindest so hoch angeordnet ist, dass eine auf der Hubfläche befindliche Pulverschicht vermittelt durch die Strahlung der Strahlungsquelle geschmolzen bzw. gesintert werden kann. The lifting surface can be lowered from a starting position into an end position. On the lifting surface raw material is applied in powder form during the process according to the invention. The raw material in powder form is melted or sintered. According to the invention, the condition that the worktable or the lifting surface is located in the sphere of influence of the radiation source means that the worktable or the lifting surface is arranged at least so high that a powder layer located on the lifting surface is melted or sintered mediated by the radiation of the radiation source can be.
Mit einem„Satz Strahlungsquellen" ist erfindungsgemäß die Gesamtheit der für die additive Herstellung verwendeten Strahlungsquellen innerhalb einer Vorrichtung gemeint. Der Satz Strahlungsquellen kann dabei konstruktiv miteinander verbunden sein, zum Beispiel durch Befestigung aller Strahlungsquellen innerhalb eines Satzes an einer Befestigungsplatte oder auf andere Weise. Alternativ können die Strahlungsquellen jeweils einzeln an der Vorrichtung befestigt sein. Geeignete Strahlungsquellen sind Elektronenstrahlkanonen und Laser, wobei Elektronenstrahlkanonen bevorzugt sind. The set of radiation sources can be structurally connected to one another, for example by fixing all radiation sources within a set to a mounting plate or otherwise For example, the radiation sources may be individually attached to the device Suitable radiation sources are electron beam guns and lasers, with electron beam guns being preferred.
Elektronenstrahlkanonen haben gegenüber Laser den Vorteil höherer, und flexibel einstellbarer Leistungsdichten. Damit sind höhere Schmelztemperaturen realisierbar. Damit ist die Elektro- nenstrahlkanone gerade bei Rohmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit (Metalle, Metalllegierungen) als Strahlungsquelle vorteilhaft. Darüber hinaus bietet eine Elektronenstrahlkanone die Möglichkeit, verhältnismäßig große Strahldurchmesser bzw. Spotgrößen zu verwenden, so dass auch ein Vorwärmen mit der Strahlungsquelle gut durchführbar ist. Insbesondere lässt sich das Rohmaterial vorsintern, so dass Pulverkörner in geringem Maße miteinander versintern. Das Vorsintern verhindert das durch elektrostatische Aufladung bedingte Zerstäuben („smoke effect"), das andernfalls bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlung zu befürchten ist. Ferner wird die Wärmeleitung durch das Vorsintern verbessern, da die Pulverkörner miteinander in engeren Kontakt gebracht werden. Electron beam guns have the advantage over lasers of higher, and flexibly adjustable power densities. This higher melting temperatures can be realized. Thus, the electron beam gun is advantageous especially for raw materials with high thermal conductivity (metals, metal alloys) as a radiation source. In addition, an electron beam gun offers the possibility of using relatively large beam diameters or spot sizes, so that preheating with the radiation source can also be carried out well. In particular, the raw material can be presintered, so that powder grains sinter to one another to a small extent. Pre-sintering prevents the electrostatic charge-induced "smoke effect" that is otherwise to be feared upon irradiation with electron radiation, and also improves the heat conduction by pre-sintering because the powder grains are brought into closer contact with each other.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsquelle eine Elektronenstrahlkanone. Enthält der Satz Strahlungsquellen mehr als eine Strahlungsquelle, so sind vorzugsweise alle Strahlungsquellen des Satzes Elektronenstrahlkanonen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Satz Strahlungsquellen wenigstens zwei, wenigstens drei oder wenigstens vier Strahlungsquellen auf. Die Verwendung mehrerer Strahlungsquellen hat sich als vorteilhaft erwiesen, da auf diese Weise auch bei Werkstücken mit großer Querschnittsfläche oder einer Mehrzahl von Werkstücken eine gleichmäßig gute Fokussierung auf die zu bestrahlenden Abschnitte möglich ist und die Arbeitsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden kann. In a preferred embodiment according to the invention, the radiation source is an electron beam gun. If the set of radiation sources contains more than one radiation source, preferably all the radiation sources of the set are electron beam guns. In a preferred embodiment, the set of radiation sources comprises at least two, at least three or at least four radiation sources. The use of multiple radiation sources has proven to be advantageous, as in this way even with workpieces with a large cross-sectional area or a plurality of workpieces a uniformly good focus on the sections to be irradiated is possible and the operating speed can be significantly increased.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass durch den Aufbau wenigstens eines Kühlkörpers auf wenigstens einem Abschnitt der Hubfläche die Ableitung von eingebrachter Wärme während des Verfahrens wesentlich vergrößert werden kann. Die Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers ist wesentlich größer als diejenige des Rohmaterials. Dabei wird der Kühlkörper insbesondere so aufgebaut, dass er in Kontakt mit der Hubfläche steht, um die Wärmeableitung über die Hubfläche zu ermöglichen. Somit sind Kühlkörper auch nach der Fertigstellung des Werkstückes beim Abkühlen äußerst nützlich. The method described has the advantage that the dissipation of heat introduced during the process can be substantially increased by the construction of at least one heat sink on at least one section of the lifting surface. The thermal conductivity of the heat sink is much greater than that of the raw material. In this case, the heat sink is in particular constructed so that it is in contact with the lifting surface to allow the heat dissipation via the lifting surface. Thus, heatsinks are also extremely useful after the workpiece has been completed during cooling.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hubfläche aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Auf diese Weise kann die Wärmeableitung weiter verbessert werden. Eine„hohe Wärmeleitfähigkeit" ist insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit bei 0 °C von wenigstens 13 W/(m*K), mehr bevorzugt wenigstens 40 W/(m*K), ferner bevorzugt wenigstens 100 W/(m*K) und ganz besonders bevorzugt wenigstens 200 W/(m*K). In erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsformen ist die Wärmeleitfähigkeit sogar noch höher, insbesondere wenigstens 250 W/(m*K) und besonders bevorzugt wenigstens 300 W/(m*K). Geeignete Materialien sind Metalle und Metalllegierungen, insbesondere Stahl, Kupfer oder Kupferlegierungen. In a preferred embodiment, the lifting surface is made of a material with a high thermal conductivity. In this way, the heat dissipation can be further improved. A "high thermal conductivity" is in particular a thermal conductivity at 0 ° C of at least 13 W / (m * K), more preferably at least 40 W / (m * K), further preferably at least 100 W / (m * K) and especially preferably at least 200 W / (m * K) In preferred embodiments according to the invention, the thermal conductivity is even higher, in particular at least 250 W / (m * K) and more preferably at least 300 W / (m * K) Suitable materials are metals and Metal alloys, in particular steel, copper or copper alloys.
Der Einsatz von Hubflächen mit hoher Wärmeleitfähigkeit ermöglicht eine signifikante Beschleunigung der Abkühlgeschwindigkeit und damit des gesamten Verfahrens. Gerade bei Durchführung des Verfahrens im Vakuum - wie es erfindungsgemäß bevorzugt ist - kann der Einsatz solcher Hubflächen die ansonsten wegen fehlender Konvektion stark eingeschränkte Abkühlung der Werkstücke verbessern. The use of lifting surfaces with high thermal conductivity allows a significant acceleration of the cooling rate and thus of the entire process. Especially when carrying out the process in vacuo - as it is preferred according to the invention - can Use of such lifting surfaces otherwise greatly improve the cooling of the workpieces due to lack of convection.
In einer Ausführungsform kann die Hubfläche mit einem Fluid temperiert werden. Das Temperieren kann ein Erwärmen oder Kühlen sein. Durch ein Kühlen der Hubfläche mit einem Fluid kann die Abkühlung weiter beschleunigt werden. Alternativ kann die Hubfläche erwärmt werden. Durch ein Erwärmen der Hubfläche kann das Rohmaterial vor dem Schmelzen bzw. Sintern vorgewärmt werden. Das Fluid zum Temperieren ist bei Standardbedingungen (DIN 1343:1990) flüssig oder gasförmig. Flüssige Fluide sind bevorzugt. Das Fluid ist vorzugsweise ausgewählt aus Wasser, Thermalöl, Inertgas, Luft und flüssigem Metall (z.B. NaK, Wood'sche Legierung). Wasser ist aufgrund seiner geringen Kosten bevorzugt. Der Einsatz von gasförmigem Fluid ist aufgrund der geringeren Wärmekapazität weniger vorteilhaft, bei geringerer beabsichtigter Kühlleistung aber möglich. In one embodiment, the lifting surface can be tempered with a fluid. The tempering may be heating or cooling. By cooling the lifting surface with a fluid, the cooling can be further accelerated. Alternatively, the lifting surface can be heated. By heating the lifting surface, the raw material can be preheated prior to melting or sintering. The fluid for tempering is liquid or gaseous under standard conditions (DIN 1343: 1990). Liquid fluids are preferred. The fluid is preferably selected from water, thermal oil, inert gas, air and liquid metal (e.g., NaK, Wood's alloy). Water is preferred because of its low cost. The use of gaseous fluid is less advantageous due to the lower heat capacity, but possible with lower intended cooling capacity.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden wenigstens zwei, wenigstens drei oder wenigstens vier Kühlkörper auf der Hubfläche aufgebaut. Dabei hat es sich als ausreichend erwiesen, den Kühlkörper als mit pulverförmigem Rohmaterial gefüllten Hohlkörper aufzubauen. Dadurch wird eine starke Verbesserung der Wärmeableitung erreicht, ohne das gesamte Volumen des Kühlkörpers schmelzen bzw. sintern zu müssen. Das in dem Kühlkörper befindliche pulverförmigem Rohmaterial kann im Anschluss an das Verfahren erneut verwendet werden. Das Werkstück befindet sich in einer Ausführungsform außerhalb von als Hohlkörper ausgestalteten Kühlkörpern. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlkörper jeweils von pulverförmigem Rohmaterial umgeben. Sie grenzen insbesondere nicht direkt an das Werkstück. Sie bilden insbesondere nicht die äußere Begrenzung des Bauvolumens. Der Bauvolumen erstreckt sich vorzugsweise zwischen Ausgangs- und Endlage der Hubfläche in der Höhe und entspricht hinsichtlich seiner Grundfläche der Hubfläche. In a preferred embodiment of the method, at least two, at least three or at least four heat sinks are built up on the lifting surface. It has proven to be sufficient to build the heat sink as filled with powdery raw material hollow body. As a result, a great improvement in heat dissipation is achieved without melting or sintering the entire volume of the heat sink. The powdery raw material contained in the heat sink may be reused subsequent to the process. The workpiece is in one embodiment outside of designed as a hollow body heat sinks. In a preferred embodiment, the heat sinks are each surrounded by powdery raw material. In particular, they do not directly adjoin the workpiece. In particular, they do not form the outer boundary of the construction volume. The volume of construction preferably extends between the starting and end position of the lifting surface in height and corresponds in terms of its base area of the lifting surface.
Je näher Kühlkörper an dem Werkstück angeordnet sind, desto ausgeprägter unterstützen diese die Abkühlung der fertiggestellten Werkstücke. Dabei beträgt vorzugsweise ein Abstand eines Kühlkörpers zu wenigstens einem Werkstück nicht mehr als 30 mm, vorzugsweise nicht mehr als 25 mm, nicht mehr als 20 mm, nicht mehr als 15 mm, nicht mehr als 10 mm oder nicht mehr als 5 mm. Aufgrund des gezielten Aufbaus der Kühlkörper während der Herstellung der Werkstücke können die Kühlkörper mit minimalem Abstand und unter Berücksichtigung der Endkontur des Werkstückes aufgebaut werden. The closer heat sinks are arranged on the workpiece, the more pronounced they support the cooling of the finished workpieces. In this case, preferably, a distance of a heat sink to at least one workpiece is not more than 30 mm, preferably not more than 25 mm, not more than 20 mm, not more than 15 mm, not more than 10 mm or not more than 5 mm. Due to the targeted construction of the heat sink during the manufacture of the workpieces, the heat sink can be constructed with a minimum distance and taking into account the final contour of the workpiece.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise unter Vakuum durchgeführt. Dies entspricht bevorzugt einem Druck von höchstens 10 1 mbar, vorzugsweise höchstens 10 2 mbar oder höchstens 10~3 mbar. Vorzugsweise herrscht zumindest während der Schritte c. bis g. und insbesondere während der Schritte b. bis g. der genannte Druck. The inventive method is preferably carried out under vacuum. This preferably corresponds to a pressure of at most 10 1 mbar, preferably at most 10 2 mbar or at most 10 ~ 3 mbar. Preferably, at least during steps c. to g. and especially during steps b. to g. said pressure.
In einer Ausführungsform erfolgt vor dem Beaufschlagen der Materialschicht in Schritt c. In one embodiment, before applying the material layer in step c.
und/oder vor dem Beaufschlagen der Materialschicht in Schritt f. ein Vorwärmen und/oder Vorsintern der Materialschicht. Das Vorwärmen bzw. Vorsintern kann unter Verwendung einer Wärmequelle erfolgen, die insbesondere mit der Strahlungsquelle identisch sein kann. Das Vorwärmen bzw. Vorsintern hat den Vorteil, dass nicht der gesamte Wärmeeintrag in einem Zuge beim Aufbau des Werkstückes erfolgt. Gerade bei Verwendung von Elektronenstrahlka- nonen kann es sonst zu einem Zerstäuben des Rohmaterials aufgrund elektrostatischer Aufladung kommen. and / or before the application of the material layer in step f. a preheating and / or presintering of the material layer. The preheating or pre-sintering can be carried out using a heat source, which may be identical in particular with the radiation source. The preheating or pre-sintering has the advantage that not the entire heat input takes place in one go during the construction of the workpiece. Otherwise, when using electron guns, sputtering of the raw material due to electrostatic charging may otherwise occur.
In einer Ausführungsform wird das hergestellte Werkstück im Anschluss an Schritt g. gekühlt. Dies kann in einer separaten Kammer geschehen, in die das Werkstück ggf. noch auf der Hubfläche befindlich überführt wurde. Die Kammer wird hierin als Formenkammer bezeichnet. In one embodiment, the workpiece produced is following step g. cooled. This can be done in a separate chamber into which the workpiece was possibly still located on the lifting surface befindlich. The chamber is referred to herein as a molding chamber.
In einer Ausführungsform ist die Formenkammer eingerichtet, ein darin befindliches Werkstück mit einem Kühlgas zu kühlen. Vorzugsweise weist die Formenkammer wenigstens einen Einlass und/oder wenigstens einen Auslass für das Kühlgas auf. In einer Ausführungsform weist die Formenkammer wenigstens ein Mittel zum Umwälzen einer in der Formenkammer befindlichen Menge Kühlgas auf. Das Mittel kann insbesondere ein Lüfter oder eine Umwälzpumpe sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, Formenkammer und Prozesskammer jeweils zu verschließen, sodass unterschiedliche Atmosphären (z.B. Vakuum oder Inertgas) in den beiden Kammern eingestellt werden können. Insbesondere kann in der Formenkammer, in der ein Werkstück abkühlt, die Abkühlung mit einem Kühlgas unterstützt werden, ohne dass ein Vakuum in der Prozesskammer beeinträchtigt wird. Dabei strömt in einer Ausführungsform Kühlgas durch einen Einlass. Insbesondere strömt das Kühlgas durch einen Auslass wieder aus der Formenkammer heraus und/oder das Kühlgas wird in der Formenkammer umgewälzt, um eine optimale Kühlwirkung zu erzielen. In one embodiment, the molding chamber is adapted to cool a workpiece therein with a cooling gas. The molding chamber preferably has at least one inlet and / or at least one outlet for the cooling gas. In one embodiment, the forming chamber has at least one means for circulating an amount of cooling gas in the forming chamber. The means may in particular be a fan or a circulating pump. The device according to the invention makes it possible to close the molding chamber and the process chamber, respectively, so that different atmospheres (for example vacuum or inert gas) can be set in the two chambers. In particular, in the molding chamber in which a workpiece cools, cooling with a cooling gas can be promoted without affecting a vacuum in the process chamber. In this case, in one embodiment, cooling gas flows through an inlet. In particular, the cooling gas flows out of the molding chamber through an outlet and / or the cooling gas is circulated in the molding chamber in order to achieve an optimum cooling effect.
In einer Ausführungsform ist das Kühlgas ein Inertgas insbesondere Helium, Argon, Xenon und/oder Stickstoff. In one embodiment, the cooling gas is an inert gas, in particular helium, argon, xenon and / or nitrogen.
Das Verfahren dieser Erfindung wird vorzugsweise in einer nachfolgend beschriebenen Vorrichtung durchgeführt. The method of this invention is preferably performed in a device described below.
Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung zur additiven Herstellung von Werkstücken mit - einem Satz von Strahlungsquellen, der wenigstens eine Strahlungsquelle umfasst, The device is a device for the additive production of workpieces with a set of radiation sources comprising at least one radiation source,
- einem Arbeitstisch in dem Einflussbereich mit wenigstens einer absenkbaren Hubfläche, a work table in the area of influence with at least one lowerable lifting surface,
- wenigstens einem Materialreservoir für ein Rohmaterial in Pulverform, at least one material reservoir for a raw material in powder form,
- wenigstens einer Prozesskammer, wobei die Hubfläche zwischen einer Ausgangslage im Einflussbereich der Strahlungsquelle und einer Endlage unterhalb der Ausgangslage bewegbar ist, und sich zwischen Ausgangslage und Endlage ein Bauvolumen für die additive Herstellung von Werkstücken erstreckt. - At least one process chamber, wherein the lifting surface between an initial position in the influence of the radiation source and an end position below the initial position is movable, and extends between starting position and end position a volume for the additive production of workpieces.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Satz Strahlungsquellen in einem oberen Abschnitt der Prozesskammer angeordnet, insbesondere oberhalb des Arbeitstisches, an dem die additive Herstellung des Werkstückes stattfindet. In a preferred embodiment, the set of radiation sources is arranged in an upper section of the process chamber, in particular above the work table at which the additive production of the workpiece takes place.
Wenn nichts anderes angegeben ist, bedeutet„Kammer", wie in„Prozesskammer", lediglich, dass es sich bei einem so bezeichneten Bauelement um einen nach allen Seiten verschließbaren Raum handelt, sodass eine kontrollierte Atmosphäre wie insbesondere ein Vakuum eingestellt werden kann. Eine Kammer kann erfindungsgemäß jedwede äußere Form annehmen. Die Prozesskammer ist erfindungsgemäß diejenige Kammer, in der die additive Herstellung des Werkstückes stattfindet. Insbesondere befindet sich der Einflussbereich der Strahlungsquelle in der Prozesskammer. Unless stated otherwise, "chamber", as in "process chamber", merely means that such a device is a space that can be closed on all sides, so that a controlled atmosphere, in particular a vacuum, can be set. A chamber can according to the invention take any outer shape. The process chamber according to the invention is that chamber in which the additive production of the workpiece takes place. In particular, the sphere of influence of the radiation source is located in the process chamber.
Innenräume der Prozesskammer sind insbesondere vakuumdicht verschließbar. Dies bedeutet, dass die Volumenleckrate der Kammer weniger als 1 *10 2 mbar*l/s, insbesondere weniger als 5*10"3 mbar*l/s, beträgt. Die Volumenleckrate wird vorzugsweise bei 20°C und 1013 hPa Umgebungsdruck gemessen. Auf diese Weise lässt sich in der Kammer die gewünschte Atmosphäre einstellen und halten. Vakuumdichte Kammern werden für die additive Herstellung unter Verwendung von Elektronenstrahlkanonen benötigt, da hierbei - anders als bei Herstellungsverfahren z.B. mit Lasern - ein Vakuum und nicht lediglich eine Schutzgasatmosphäre gehalten werden muss. Interiors of the process chamber are in particular closed vacuum-tight. This means that the volume leak rate of the chamber is less than 1 * 10 2 mbar * l / s, in particular less than 5 * 10 -3 mbar * l / s The volume leak rate is preferably measured at 20 ° C and 1013 hPa ambient pressure. In this way, the desired atmosphere can be set and maintained in the chamber Vacuum-tight chambers are required for the additive production using electron beam guns, since - in contrast to manufacturing methods such as lasers - a vacuum and not just a protective gas atmosphere must be maintained.
Das Materialreservoir dient dazu, das Rohmaterial in Pulverform für das Herstellungsverfahren vorzuhalten. Dabei kann das Materialreservoir Rohmaterial für die Durchführung mehrerer Herstellungsgänge enthalten. Das Materialreservoir kann in Form von einer oder mehreren zumindest abschnittsweise trichterförmigen Kammern in einem oberen Teil der Prozesskammer angeordnet sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens zwei Materialreservoire auf; diese können insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten des Einflussbereichs der Strahlungsquelle angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Materialreservoir oberhalb derjenigen Ebene angeordnet, in der der Schmelz- bzw. Sintervorgang stattfindet. Auf diese Weise kann das Rohmaterial in Pulverform der Schwerkraft folgend in den Arbeitsbereich hinabfließen bzw. dort verteilt werden. In einer Ausführungsform weist das Materialreservoir eine optional verschließbare Öffnung zur Prozesskammer auf. The material reservoir serves to hold the raw material in powder form for the manufacturing process. In this case, the material reservoir may contain raw material for carrying out a plurality of production runs. The material reservoir can be arranged in the form of one or more at least partially funnel-shaped chambers in an upper part of the process chamber. In an advantageous embodiment, the device has at least two Material Reservoirs on; these can be arranged in particular on opposite sides of the influence range of the radiation source. Preferably, the material reservoir is arranged above the plane in which the melting or sintering process takes place. In this way, the raw material in powder form can flow down or be distributed in the work area following gravity. In one embodiment, the material reservoir has an optionally closable opening to the process chamber.
Für die Einstellung eines Vakuums in der Prozesskammer weist die Vorrichtung vorzugsweise wenigstens eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Diffusionspumpe, auf. In einer Ausführungsform ist eine Vakuumpumpe der Prozesskammer zugeordnet, d.h. sie ist so mit der Prozesskammer verbunden, dass sie in der Prozesskammer ein Vakuum herstellen kann. Die Vorrichtung kann mehrere Vakuumpumpen aufweisen. For setting a vacuum in the process chamber, the device preferably has at least one vacuum pump, in particular a diffusion pump. In one embodiment, a vacuum pump is associated with the process chamber, i. it is connected to the process chamber so that it can create a vacuum in the process chamber. The device may comprise a plurality of vacuum pumps.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte In an embodiment, the method comprises the further steps
- Ermitteln des für die Herstellung des Werkstückes nicht benötigten Totvolumens innerhalb des Bauvolumens, der dem Raum zwischen Ausgangslage und Endlage der Hubfläche entspricht, Determining the dead volume not required for the production of the workpiece within the construction volume, which corresponds to the space between the starting position and the end position of the lifting surface,
- Belegen des Bauvolumens mit einem oder mehreren Füllkörpern, so dass wenigstens ein Teil des Totvolumens belegt ist und ein von Füllkörpern nicht belegtes Bauvolumen verbleibt, wobei die Hubfläche eine äußere Form aufweist, die es erlaubt, die Hubfläche relativ zu den Füllkörpern durch das Bauvolumen von der Ausgangslage in die Endlage abzusenken. - Occupy the building volume with one or more packing so that at least a part of the dead volume is occupied and remains unoccupied by packing construction volume, the lifting surface has an outer shape, which allows the lifting surface relative to the packing by the volume of lower the initial position to the end position.
Das Ermitteln des für die Herstellung des Werkstückes nicht benötigten Totvolumens innerhalb des Bauvolumens kann beispielsweise durch Vergleich eines Modells, insbesondere eines CAD-Modells, des Werkstückes mit dem Bauvolumen der Vorrichtung erfolgen. The determination of the dead volume not required for the production of the workpiece within the construction volume can be done, for example, by comparing a model, in particular a CAD model, of the workpiece with the construction volume of the device.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass durch das Belegen des Bauvolumens mit wenigstens einem Füllkörper das zur Verfügung stehende Bauvolumen reduziert und somit weniger Rohmaterial für die Herstellung eines Werkstückes verwendet werden kann. Zwar wird regelmäßig nicht das gesamte Totvolumen mit Füllkörpern belegbar sein, da nach Bestrahlung einer Materialschicht immer unbestrahlte Bereiche verbleiben. Diese unbestrahlten Bereiche, die aus pulverförmigem Material bestehen, sind im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren aber kleiner. Dadurch muss weniger Pulver verworfen oder recycelt werden. Zudem ist die Wärmeleitfähigkeit des Pulvers schlecht und insbesondere geringer als die Wärmeleitfähigkeit des Füllkörpers, so dass der Füllkörper die Abkühlung der Werkstücke stark beschleunigen kann. Die Füllkörper sind erfindungsgemäß aus der Vorrichtung entnehmbar, also allenfalls lösbar mit der Vorrichtung verbunden. Die Füllkörper stehen während des Verfahrens zumindest teilweise mit pulverförmigem Rohmaterial in Kontakt. The described method has the advantage that by occupying the construction volume with at least one filling body, the available volume of construction can be reduced and thus less raw material can be used for the production of a workpiece. Although the entire dead volume with fillers will not be assignable on a regular basis, since irradiation of a material layer always leaves unirradiated areas. These unirradiated areas, which consist of powdery material, but are smaller compared to conventional methods. As a result, less powder must be discarded or recycled. In addition, the thermal conductivity of the powder is poor and in particular lower than the thermal conductivity of the packing, so that the filler can greatly accelerate the cooling of the workpieces. The fillers are inventively removable from the device, so at best releasably connected to the device. The fillers are at least partially in contact with powdered raw material during the process.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen besonders bei Auftragsvorrichtungen in Form von Pulververteilelementen (z.B. Rakel) zum Tragen, die eine Pulverfraktion über den Arbeitstisch schieben und dadurch ein Vorlegen des Rohmaterials auf der Hubfläche veranlassen. Solche Pulververteilungselemente haben den Vorteil, dass sie die aufgetragene Materialschicht auch glätten können. Um mit solchen Auftragsvorrichtungen arbeiten zu können, enden die Füllkörper vorzugsweise auf Höhe des Arbeitstisches, insbesondere unter Bildung einer ebenen Fläche mit dem Arbeitstisch. The advantages of the method according to the invention are particularly evident in application devices in the form of powder distribution elements (for example doctor blades) which push a powder fraction over the work table and thereby cause the raw material to be deposited on the lifting surface. Such powder distribution elements have the advantage that they can also smooth the applied material layer. In order to be able to work with such application devices, the filling bodies preferably end at the level of the work table, in particular forming a flat surface with the work table.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens einer und insbesondere alle Füllkörper aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Auf diese Weise kann die Wärmeableitung weiter verbessert werden. Eine„hohe Wärmeleitfähigkeit" ist insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit bei 0 °C von wenigstens 13 W/(m*K), mehr bevorzugt wenigstens 40 W/(m*K), ferner bevorzugt wenigstens 100 W/(m*K) und ganz besonders bevorzugt wenigstens 200 W/(m*K). In erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsformen ist die Wärmeleitfähigkeit sogar noch höher, insbesondere wenigstens 250 W/(m*K) und besonders bevorzugt wenigstens 300 W/(m*K). Geeignete Materialien sind Metalle und Metalllegierungen, insbesondere Stahl, Kupfer oder Kupferlegierungen. Der Einsatz von Füllkörpern und insbesondere solchen mit hoher Wärmeleitfähigkeit ermöglichen eine signifikante Beschleunigung der Abkühlgeschwindigkeit und damit des gesamten Verfahrens. Gerade bei Durchführung des Verfahrens im Vakuum - wie es erfindungsgemäß bevorzugt ist - kann der Einsatz von Füllkörpern die ansonsten wegen fehlender Konvektion stark eingeschränkte Abkühlung der Werkstücke verbessern. In a preferred embodiment, at least one and in particular all packing is made of a material having a high thermal conductivity. In this way, the heat dissipation can be further improved. A "high thermal conductivity" is in particular a thermal conductivity at 0 ° C of at least 13 W / (m * K), more preferably at least 40 W / (m * K), further preferably at least 100 W / (m * K) and especially preferably at least 200 W / (m * K) In preferred embodiments according to the invention, the thermal conductivity is even higher, in particular at least 250 W / (m * K) and more preferably at least 300 W / (m * K) Suitable materials are metals and Metal alloys, in particular steel, copper or copper alloys The use of fillers and especially those with high thermal conductivity enables a significant acceleration of the cooling rate and thus of the entire process otherwise greatly reduced due to lack of convection cooling of the workpieces improve.
In einer Ausführungsform kann ein Füllkörper mit einem Fluid temperiert werden. Das Temperieren kann ein Erwärmen oder Kühlen sein. Durch ein Kühlen des Füllkörpers mit einem Fluid kann die Abkühlung weiter beschleunigt werden. Alternativ kann der Füllkörper erwärmt werden. Durch ein Erwärmen des Füllkörpers kann das Rohmaterial vor dem Schmelzen bzw. Sintern vorgewärmt werden. Das Fluid zum Temperieren ist bei Standardbedingungen (DIN 1343:1990) flüssig oder gasförmig. Flüssige Fluide sind bevorzugt. Das Fluid ist vorzugsweise ausgewählt aus Wasser, Thermalöl, Inertgas, Luft und flüssigem Metall (z.B. NaK, Wood'sche Legierung). Wasser ist aufgrund seiner geringen Kosten bevorzugt. Der Einsatz von gasförmigem Fluid ist aufgrund der geringeren Wärmekapazität weniger vorteilhaft, bei geringerer beabsichtigter Kühlleistung aber möglich. Wie zuvor erwähnt wird vorzugsweise nicht das gesamte Totvolumen mit Füllkörpern belegt, da nach dem Beaufschlagen von Bereichen der Materialschicht immer ein Rest Rohmaterial um die bestrahlten Bereiche herum verbleibt. Ein weiterer Grund, weshalb das Totvolumen nicht vollständig belegbar ist, liegt darin, dass viele Werkstücke keine gleich bleibenden Querschnitte aufweisen, ein Füllkörper aber nicht während der Herstellung in horizontaler Richtung bewegt werden kann. Um wenigstens solche Werkstücke mit den Vorteilen des Verfahrens dieser Erfindung herstellen zu können, die Kavitäten aufweisen, wird in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung wenigstens ein Füllkörper zusammen mit oder unabhängig von der Hubfläche abgesenkt. Darunter wird ein Absenken des Füllkörpers im Verhältnis zu dem Arbeitstisch während der Durchführung der additiven Herstellung verstanden. Auf diese Weise wird die zuvor von dem Füllkörper belegte Querschnittsfläche für den nächsten Materialauftrag frei und kann mit Strahlung beaufschlagt werden. Die Erfindung umfasst Ausführungsformen, in denen wenigstens einer und insbesondere alle Füllkörper während der Durchführung der additiven Herstellung nicht im Verhältnis zu dem Arbeitstisch abgesenkt werden. In one embodiment, a filler can be tempered with a fluid. The tempering may be heating or cooling. By cooling the filler with a fluid, the cooling can be further accelerated. Alternatively, the filler can be heated. By heating the filler, the raw material can be preheated prior to melting or sintering. The fluid for tempering is liquid or gaseous under standard conditions (DIN 1343: 1990). Liquid fluids are preferred. The fluid is preferably selected from water, thermal oil, inert gas, air and liquid metal (eg NaK, Wood's alloy). Water is preferred because of its low cost. The use of gaseous fluid is less advantageous due to the lower heat capacity, but possible with lower intended cooling capacity. As mentioned above, it is preferable not to fill the entire dead volume with random packings since, after the application of areas of the material layer, a residual amount of raw material always remains around the irradiated areas. Another reason why the dead volume is not completely assignable, is that many workpieces have no consistent cross-sections, but a packing can not be moved during manufacture in the horizontal direction. In order to be able to produce at least those workpieces with the advantages of the method of this invention having cavities, in a preferred embodiment of the method of this invention, at least one packing is lowered together with or independently of the lifting surface. This is understood as meaning a lowering of the filling body in relation to the worktable during the execution of the additive production. In this way, the previously occupied by the filler cross-sectional area for the next application of material is released and can be acted upon with radiation. The invention includes embodiments in which at least one and in particular all random packings are not lowered in relation to the work table during the execution of the additive production.
Die Vorrichtung umfasst in einer Ausführungsform wenigstens einen Füllkörper unter Belegung eines Teilvolumens des Bauvolumens, wobei die Hubfläche eine äußere Form aufweist, die es erlaubt, die Hubfläche relativ zu den Füllkörpern durch den Bauvolumen von der Ausgangslage in die Endlage abzusenken. In one embodiment, the device comprises at least one filling body occupying a partial volume of the construction volume, wherein the lifting surface has an outer shape, which makes it possible to lower the lifting surface relative to the packing by the volume from the starting position to the end position.
Erfindungsgemäß ist auch die Verwendung eines Verfahrens dieser Erfindung zur Verbesserung des Wärmetransports zwischen hergestelltem Werkstück und Hubfläche. Also according to the invention is the use of a method of this invention for improving the heat transfer between the manufactured workpiece and the lifting surface.
Kurzbeschreibunq der Figuren Brief description of the figures
Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hubfläche in Ausgangslage. Figure 1 shows a cross section of an apparatus for carrying out the method according to the invention with lifting surface in the starting position.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hubfläche in Endlage. Figure 2 shows a cross section of an apparatus for carrying out the method according to the invention with lifting surface in the end position.
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Die nachfolgend mit Bezug zu den Figuren beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen stellen lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar und schränken den Schutzgegenstand nicht ein. Im Rahmen der Figurenbeschreibung beschriebene Merkmale der Verfahren und Verwendungen dieser Erfindung stellen auch im Hinblick auf die zuvor allgemein beschriebenen Verfahren und Verwendungen bevorzugte Merkmale dar. The embodiments according to the invention described below with reference to the figures represent only preferred embodiments of the invention and do not restrict the subject of protection. Features of the methods and uses of this invention described in the description of the drawings are also preferred in view of the methods and uses generally described above.
Figur 1 zeigt eine Hubfläche 7, die sich in einer Ausgangslage auf Höhe eines Arbeitstisches 5 und im Einflussbereich von Strahlungsquellen befindet. Die Hubfläche 7 wird mithilfe der Hebevorrichtung 13 abgesenkt bzw. angehoben. Das Vorlegen von Schichten pulverförmigen Rohmaterials auf die Hubfläche 7 erfolgt durch Bereitstellen von Rohmaterial aus der Öffnung 9 des Materialreservoirs und anschließende Verteilung des Rohmaterials über die Hubfläche 7 mithilfe der Auftragsvorrichtung 16. In dem Bauvolumen, der sich zwischen Ausgangslage und Endlage erstreckt, ist ein Füllkörper 1 1 angeordnet. Figure 1 shows a lifting surface 7, which is located in a starting position at the height of a work table 5 and in the sphere of influence of radiation sources. The lifting surface 7 is lowered or raised by means of the lifting device 13. The presentation of layers of powdery raw material on the lifting surface 7 takes place by providing raw material from the opening 9 of the material reservoir and subsequent distribution of the raw material via the lifting surface 7 by means of the applicator 16. In the volume, which extends between the starting position and end position, is a packing 1 1 arranged.
Figur 2 zeigt die gleiche Vorrichtung wie Figur 1 in einem späteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei befindet sich die Hubfläche 7 in Endlage am unteren Ende des Bauvolumens. Auf der Hubfläche 7 sind Werkstücke 10 hergestellt worden. Zwischen den Werkstücken 10 sind Kühlkörper 22 angeordnet. Die Kühlkörper 22 sind als Hohlkörper ausgestaltet. Zwischen den Kühlkörpern 22 ist pulverförmiges Rohmaterial 21 angeordnet. Bezuqszeichenliste FIG. 2 shows the same device as FIG. 1 in a later method step of the method according to the invention. In this case, the lifting surface 7 is in the end position at the lower end of the construction volume. On the lifting surface 7 workpieces 10 have been made. Between the workpieces 10 heatsink 22 are arranged. The heat sink 22 are designed as a hollow body. Between the heat sinks 22 powdered raw material 21 is arranged. LIST OF REFERENCES
5 Arbeitstisch  5 work table
7 Hubfläche  7 lifting area
9 Öffnung des Materialreservoirs 9 Opening of the material reservoir
10 Werkstück 10 workpiece
1 1 Füllkörper  1 1 packing
13 Hebevorrichtung  13 lifting device
16 Auftragsvorrichtung  16 application device
21 Pulver  21 powders
22 Kühlkörper  22 heat sink

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren zur additiven Herstellung eines Werkstückes (10), mit den Schritten a. Bereitstellen eines Arbeitstisches (5) im Einflussbereich eines Satzes von Strahlungsquellen, wobei der Satz Strahlungsquellen wenigstens eine Strahlungsquelle umfasst und wobei der Arbeitstisch (5) wenigstens eine absenkbare Hubfläche (7) in einer Ausgangslage aufweist, b. Vorlegen einer Schicht pulverförmigen Rohmaterials (21 ) auf der Hubfläche (7), c. Beaufschlagen von Bereichen der ersten Materialschicht, die der gewünschten Form des Werkstückes (10) entsprechen, mit Strahlung aus der Strahlungsquelle, so dass das Rohmaterial (21 ) in den Bereichen zumindest teilweise wenigstens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, d. Absenken der Hubfläche (7) aus der Ausgangslage, e. Vorlegen einer weiteren Schicht Rohmaterials (21 ) auf der zuvor beaufschlagten 1 . Method for the additive production of a workpiece (10), comprising the steps a. Providing a work table (5) in the area of influence of a set of radiation sources, wherein the set of radiation sources comprises at least one radiation source and wherein the work table (5) has at least one lowerable lifting surface (7) in a starting position, b. Presenting a layer of powdery raw material (21) on the lifting surface (7), c. Irradiating portions of the first material layer corresponding to the desired shape of the workpiece (10) with radiation from the radiation source such that the raw material (21) in the regions is at least partially heated to at least its melting point, i. Lowering the lifting surface (7) from the initial position, e. Submitting another layer of raw material (21) on the previously acted upon
Schicht, f. Beaufschlagen von Bereichen der weiteren Materialschicht, die der gewünschten Form des Werkstückes (10) entsprechen, mit Strahlung aus der Strahlungsquelle, so dass das Pulver (21 ) in den Bereichen zumindest teilweise wenigstens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, g. Wiederholung der Schritte d. bis f. bis zur Fertigstellung des Werkstücks (10), wobei die Hubfläche (7) sich bei Fertigstellung des Werkstückes (10) in einer Endlage befindet, h. Abkühlen des fertiggestellten Werkstückes auf der Hubfläche (7), i. Entnahme des Werkstückes (10) von der Hubfläche (7), gekennzeichnet durch die weiteren Schritte  Layer, f. Subjecting regions of the further material layer corresponding to the desired shape of the workpiece (10) to radiation from the radiation source so that the powder (21) in the regions is at least partially heated to at least its melting point, g. Repetition of steps d. to f. until the completion of the workpiece (10), wherein the lifting surface (7) is in an end position upon completion of the workpiece (10), h. Cooling of the finished workpiece on the lifting surface (7), i. Removal of the workpiece (10) from the lifting surface (7), characterized by the further steps
- Aufbau wenigstens eines Kühlkörpers (22) auf wenigstens einem Abschnitt der Hubfläche (7), der für den Aufbau des Werkstückes (10) nicht benötigt wird, durch Beaufschlagen von Bereichen der Materialschichten in den Schritten c. und f. mit Strahlung aus der Strahlungsquelle, so dass das Pulver (21 ) in den Bereichen zumindest teilweise wenigstens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, wobei die beaufschlagten Bereiche der gewünschten Form des Kühlkörpers (22) entsprechen. - Construction of at least one heat sink (22) on at least a portion of the lifting surface (7), which is not required for the construction of the workpiece (10), by applying portions of the material layers in the steps c. and f. with radiation from the radiation source, so that the powder (21) in the areas at least partially is heated to at least its melting point, wherein the applied areas of the desired shape of the heat sink (22) correspond.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei wenigstens zwei, wenigstens drei oder wenigstens vier Kühlkörper aufgebaut werden (22). 2. The method of claim 1, wherein at least two, at least three or at least four heat sinks are constructed (22).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hubfläche (7) aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht und/oder mit einem Fluid temperiert wird. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the lifting surface (7) consists of a material having a high thermal conductivity and / or is tempered with a fluid.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Temperieren ein Erwärmen oder Kühlen ist. 4. The method of claim 3, wherein the tempering is heating or cooling.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Fluid flüssig oder gasförmig ist. 5. The method of claim 3 or 4, wherein the fluid is liquid or gaseous.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das Fluid ausgewählt ist aus Wasser, Thermalöl, Inertgas, Luft und flüssigem Metall. 6. The method according to at least one of claims 3 to 4, wherein the fluid is selected from water, thermal oil, inert gas, air and liquid metal.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Kühlkörper (22) ein Hohlkörper ist, der mit pulverförmigem Rohmaterial (21 ) gefüllt ist. 7. The method according to at least one of the preceding claims, wherein at least one heat sink (22) is a hollow body which is filled with powdery raw material (21).
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz von Strahlungsquellen wenigstens zwei, wenigstens drei oder wenigstens vier Strahlungsquellen aufweist. 8. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the set of radiation sources comprises at least two, at least three or at least four radiation sources.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Schritte c. bis g. bei einem Druck von höchstens 10 3 bar durchgeführt werden. 9. The method according to at least one of the preceding claims, wherein at least the steps c. to g. be carried out at a pressure of at most 10 3 bar.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsquelle eine Elektronenstrahlkanone ist. 10. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the radiation source is an electron beam gun.
1 1 . Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (10) in einer von der Prozesskammer separaten Kammer abkühlt, vorzugsweise unter Verwendung eines umgewälzten Kühlgases. 1 1. Method according to at least one of the preceding claims, wherein the workpiece (10) cools in a separate chamber from the process chamber, preferably using a circulated cooling gas.
12. Verwendung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verbesserung des Wärmetransports zwischen hergestelltem Werkstück (10) und Hubfläche (7). 12. Use of a method according to at least one of the preceding claims for improving the heat transfer between the manufactured workpiece (10) and lifting surface (7).
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