EP3697598A2 - Verfahren zur additiven fertigung eines bauteils sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur additiven fertigung eines bauteils sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens

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EP3697598A2
EP3697598A2 EP18789107.2A EP18789107A EP3697598A2 EP 3697598 A2 EP3697598 A2 EP 3697598A2 EP 18789107 A EP18789107 A EP 18789107A EP 3697598 A2 EP3697598 A2 EP 3697598A2
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EP
European Patent Office
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raw material
base body
workpiece carrier
material layer
additive
Prior art date
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Pending
Application number
EP18789107.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Dahlmeyer
David Grüning
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Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Original Assignee
Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
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Filing date
Publication date
Application filed by Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin filed Critical Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
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Pending legal-status Critical Current

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    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
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Definitions

  • the invention relates to a method for the additive production of a component and to an apparatus for carrying out the method.
  • additive manufacturing means a process of building the component by gradually adding such layers.
  • the geometry of the component to be produced is usually analyzed and a decomposition of the component geometry is carried out in a plurality of layers. By successively building these layers on top of each other from the raw material, it is possible in this way to produce almost arbitrarily shaped geometries.
  • the raw material may, for example, have a paste-like, liquid, film or powdery consistency and, after the production of each raw material layer, be solidified or attached to a layer of the component to be produced.
  • the solidification or attachment can be carried out with a physical or chemical reaction in the raw material, wherein the chemical reaction can be accelerated by means of external influences such as increasing the temperature or introducing radiation such as ultraviolet light.
  • Metal raw materials can be solidified by means of sintering or melting, which can for example be done locally by means of heat input by a laser. All methods have in common that the raw material layer are superimposed with their respective layer thickness along a construction direction, so that with each layer of the already additive produced base body is thickened by a further layer.
  • the disadvantage here is that so far no similar qualities in dimensional tolerances, surface quality and material properties can be achieved as with other manufacturing processes, for example. With machining manufacturing processes or after a Nach- processing with such other manufacturing processes, and that direction-dependent material properties and distortion causing heat input are set to one direction for the entire component.
  • An advantage of additive manufacturing methods lies in the possibility of producing components with high geometric complexity, in particular with undercuts, wherein the components produced by the additive must be aftertreated with other production methods, for example by means of machining or milling, in the case of high locally required accuracies or special local properties.
  • this often turns out to be difficult, since it is difficult or even impossible to clamp the additive-manufactured component due to the nature of its geometry, especially in the case of complex additive-produced component geometries, the regions to be machined for machining processes are not geometrically accessible or only with considerable additional effort.
  • the object is achieved by a method for the additive production of a component having the features of patent claim 1.
  • the method comprises the following steps.
  • first step additive construction of a first base body from a raw material on a workpiece carrier or arrangement of a prefabricated base component as a first base body on the workpiece carrier takes place.
  • second step an additive application and solidification of a raw material layer takes place on the base body.
  • the application and solidification of the raw material layer is in this case achieved in a first procedure, that by means of a selective heat source, the material of the base body is locally liquefied at a Aufschmelzort on a first base body pad such that a locally limited
  • Melting bath is generated in the otherwise fixed first base body pad, and wherein subsequently powdered raw material is introduced to the molten bath.
  • the raw material can be introduced into the melt or adhered to the surface of the melt.
  • This has the advantage that due to the localized surface of the time-variable producible melt bath, the introduction or adhesion of the raw material is correspondingly localized.
  • a localized solidification of the raw material and a simple and cost-effective provision of complex geometries is possible.
  • the application and solidification of the raw material layer is achieved by liquefying the powdery raw material into droplet-like raw material by means of a selective heat source and bringing the liquefied droplet-shaped raw material to a fixed first base body connection surface.
  • the first approach and the second approach can be combined so that droplet-shaped raw material is brought to a localized melt pool.
  • the raw material adheres to the surface of the molten bath or is embedded in the molten bath.
  • a base body land is made of a first raw material and thereon is a first raw material layer of a second raw material other than the first raw material.
  • the first raw material can be applied, for example, from a first processing head to the base body connecting surface, in particular the molten bath.
  • the second raw material for example, from a second raw material head on the base body pad, in particular the molten bath, can be applied.
  • non-alloyable raw materials can be used in combination to build the component.
  • layered raw material layers of different materials are solidifiable or a first raw material can be embedded in a molten bath of a second raw material that can not be alloyed with the first raw material.
  • a varying composition of the additive-produced component can be achieved, in particular, gradually changing, stress-adapted properties of the component can be achieved.
  • a first raw material and a second raw material, which can be alloyed with the first raw material can also be used for this purpose.
  • the use of various raw materials in the additive construction of the component is not limited to two materials in any of the variants, but in principle any number of different raw materials can be used and combined, both by layers of different raw materials and by mixing the raw materials.
  • a temperature of the powdery raw material and / or the droplet-shaped raw material and the base body pad or the molten bath for receiving a sintered connection between the applied raw material and the base body is produced.
  • This has the advantage that a firm connection is made between the raw material or the plurality of raw materials and the base body land.
  • the temperature of the powdery raw material and / or the droplet-shaped raw material and the base body connecting surface are matched to one another in this sense such that a desired solidification is achieved.
  • different densities to be achieved, void fractions, elasticities and / or strengths are adjustable by means of the temperatures.
  • the powdered raw material is embedded in the molten bath.
  • unalloyable raw materials can be combined.
  • a first powdered raw material with a high density and optionally brittle plasticity properties may be embedded in a molten bath of a second material of lower density and / or higher plasticity.
  • At least part of the powdered raw material is completely or partially melted in the molten bath.
  • the raw material from a processing head is guided to the base body, in particular to the melt pool and / or to the first base body connection surface, in particular gravity-fed and / or applied to the base body connection surface by means of a nozzle.
  • This has the advantage that a particularly precise local placement of the applied raw material is possible.
  • the raw material in this way from different directions to the base member can be moved.
  • the gravity feed is easy to implement structurally.
  • the application by means of a nozzle, in particular by a pneumatic conveying has the advantage that the raw material impinges with a high momentum on the base body connection surface or the surface of the molten bath and a good adhesion or embedding is ensured.
  • the raw material is liquefied between the machining head and the base body during a flight phase, in particular by means of one or more laser beams. In this way, from the conveyed powder-shaped raw material, a partial area to droplet-shaped raw material can be liquefied, so that only this droplet-shaped raw material adheres to the base body connecting surface. As a result, a spatially precise limited additive construction is possible.
  • the flight phase here is the period between the discharge of the raw material from the processing head and the impact of the raw material on the base body pad.
  • the spreading can be carried out either gravity or pneumatically promoted. That part of the pul deformed discharged raw material to be liquefied is heated, for example by means of one or more laser beams in this phase of flight.
  • two or more laser beams are directed to the raw material in the phase of flight, wherein the laser beams intersect at a focal point and there cause the liquefaction of the powdery raw material with a particularly high thermal power density.
  • the object is likewise achieved by a method having the features of patent claim 7.
  • the method comprises the following steps:
  • the base body may in this case consist of both areas which constitute a component of the component geometry to be generated, as well as a support structure, which is sometimes necessary in additive building, in particular if, in the case of additive construction, higher layers project beyond underlying layers.
  • the workpiece carrier may for example be a bottom plate of an apparatus for additive construction or a support on the bottom plate.
  • a workpiece carrier may have various embodiments of clamping devices, such as chucks.
  • a wall of a powder bath may constitute part of the jig.
  • the cavity is incorporated integrally into the base body such that the construction of the base body takes place in such a way that the geometry of the cavity to be produced in the base body is already taken into account during the production of the layers from the raw material.
  • the first prefabricated insert body is then arranged. In particular, this fixes the insert body substantially stationary relative to the base body.
  • This can take place in that the insert body is adapted to the geometry of the cavity and is supported or positioned and / or oriented by the walls of the cavity.
  • the cavity can be taken into account in the geometry of the prefabricated insert body in the additive construction of the base body and the cavity can be adapted to the insert body.
  • the insert body is supported by filling gaps or gaps between the walls of the cavity and the insert body by means of filler material.
  • the filler is set up for later removal.
  • the cavity is formed, for example, as a hole.
  • the hole may be a blind hole which extends into the base body.
  • the first insert body is in this case introduced into the blind hole and in particular to a floor the blind hole be approached and supported on the ground.
  • the bottom in this case has material of the base body or raw material.
  • the hole may alternatively be a through hole extending through the base body.
  • the first insert body can be introduced into the through hole and can be guided through the through hole with a corresponding length of the first insert body.
  • the through hole may extend through the base body up to the workpiece carrier and the first insert body may be supported on the workpiece carrier.
  • the workpiece carrier has a recess or passage opening into which and / or through which the first insert body extends. As a result, insert body can be arranged in the through hole, which are longer than the height of the arranged on the workpiece carrier or arranged base body.
  • the structural body is connected to the first base body and with the first insert body.
  • the resulting connection between the structural body and the first base body and the insert body may be cohesive, positive or non-positive, depending on the method used for additive construction.
  • the component provided as above thus has at least the first insert body and the body structure in the sense of a single integral body.
  • the base body either wholly or partially, may be part of the integral body.
  • the base body wholly or partially have the function of a support body in the implementation of the method and be removed after building the body structure, so that the finished component comprises the first insert body and the body structure.
  • the finished component has a first part of the base body together with the first insert body and the structural body, wherein a second part of the base body has the function of a support body in the implementation of the method and is removed after building the structural body, so that the finished component has the first insert body, the body and the first part of the base body.
  • the inventive arranging the insert body in the cavity has the advantage that the insert body due to the previous, for example, machining production in a particularly simple way other, non-additive processing method is accessible and thus simply special material properties and / or surface finishes or dimensional tolerances for areas of finished in the final component provides that would not be achievable with additive manufacturing.
  • a precise alignment of the insert body in the cavity and thus relative to the base body is possible.
  • the insert body can be arranged particularly precisely relative to the subsequently to be produced structural body.
  • the base body has a first base body connection surface. This has the advantage that the raw material can be applied to the base body pad and thus to the base body.
  • the base body connection surface can be set up for a particularly simple application or adhesion of the raw material.
  • the first base body by tilting the workpiece carrier relative to a machining head, by means of which the first raw material layer is arranged and / or by means of which the first raw material layer for layer formation, in particular chemically and / or thermally acted, and / or tilting of the machining head relative to the workpiece carrier ,
  • the tilting allows the first raw material layer to be positioned in various possible arrangements relative to the base body and thus to achieve good surface qualities, in particular in cases where the first raw material layer constitutes an outer wall of the component geometry to be produced.
  • An advantage is also that the application of the raw material layer takes place through the processing head and / or by chemical and / or thermal action along the direction of extension of the raw material layer and thus a coherent first raw material layer has good surface and strength properties.
  • the method comprises the following step:
  • the arrangement of the second raw material layer may in this case be carried out in particular after the aforementioned tilting following the production of a first raw material layer.
  • the object is likewise achieved by a method for the additive production of a component according to claim 11 with the following steps:
  • the base body can be built up on the workpiece carrier or an already produced base body can be enlarged on the first base body connecting surface around the first raw material layer.
  • a shaping of the base body is possible.
  • the method also includes a subsequent further step, namely a
  • the second base body pad has the advantage that the second raw material layer can adhere thereto.
  • the base body connection surface can be set up for a particularly simple application or adhesion of the raw material.
  • At least one cavity is introduced into the base body, it is possible in a further step to arrange a first prefabricated insert body in the at least one cavity.
  • the insert body also on the base component, in particular on the first base body connection surface can be arranged.
  • prefabricated insert bodies can be arranged both in a possibly existing cavity or on the base body connection surface and can then be integrated in the base body or the structure body by further construction of the base body and / or can be connected to the structure body.
  • the first insert body has a prefabricated insert body connection surface during insertion or is provided with additive application after it has been arranged with a first insert body connection surface.
  • An insert body connection surface ensures good connection of the structural body to the insert body.
  • precise placement of the insert body in the cavity is possible by aligning the insert body interface as required during positioning.
  • the insert body is attached to the base member, in particular to the base body pad, a precise alignment by opposing arrangement of the surfaces is possible.
  • the insert body is first placed in the cavity and then provided with the first insert body pad by additive application.
  • the insert body connection surface can be aligned for a good connection with the first base body, wherein in particular the advantages of the aforementioned tilting can come to fruition.
  • the insert body connection surface is produced by additive application to the insert body, any unevenness on the insert body can be compensated for before the insert body is connected in an additive construction of the structure body.
  • At least one of the at least one insert body in particular a part of its prefabricated insert body connection surface and / or a part of its other surface, by means of a non-additive method according to DIN 8580, eg separating or forming, in particular by milling and / or turning and / or embossing and / or Deep drawing and / or sheet metal bending and / or forging and / or master molding, in particular casting, and / or coating, is produced.
  • a prefabricated insert body connection surface a simple alignment of the insert body relative to the component geometry to be produced is possible and can be maintained during the generation of the component geometry.
  • machining in particular by milling and / or by turning, a component with both complex geometries of the base body and / or the body structure and with areas with particularly good surface qualities or dimensional tolerances can be provided.
  • the first base body connection surface is planar. This has the advantage that a further additive production of the structural body subsequent to the first base body connecting surface is possible in a straightforward manner and with a continuous raw material layer.
  • the first insert body connection surface is planar. This has the advantage that the first insert body can be predefined and reliably positioned relative to the base body and / or to the body structure and reliably connected to the base body and / or the resulting body structure.
  • the first insert body connection surface is arranged relative to the first base body connection surface in a common connection plane, or for a first insert body connection surface to be additively shaped to the first insert body already arranged in the cavity in such a way that the first insert body pad is arranged with the base body pad in a common connection plane.
  • a contiguous plane first raw material layer lying in the common connection plane is provided on the first base body connection pad and the first insert body pad, the first raw material layer being orthogonal to the connection plane by its layer thickness in the direction of a first construction direction extends.
  • the cohesive connection can be produced in particular by means of sintering or laser beam melting, in particular when using metal powder as a shapeless raw material.
  • the second raw material layer is arranged inclined relative to the first raw material layer by an inclination angle.
  • This has the advantage that, on the one hand, good surface qualities and dimensional tolerances can be achieved on the additively structured regions.
  • the inclination about the inclination angle allows an additive construction to be reliable and of high quality even if, for example, the insert bodies have undercuts which have to be achieved with raw material, for example if the insert bodies have notches or throat flutes.
  • a prefabricated base component is arranged on the workpiece carrier and forms the base body or the base body has previously been constructed by means of additive manufacturing on the workpiece carrier.
  • the arrangement of a prefabricated base component on the workpiece carrier has the advantage that this provides a base body in a simple and uncomplicated manner, which is advantageous in particular in cases when a body to be built up on the base body is in the foreground and the base body has a carrier function.
  • the necessary time for additive construction is shortened by using a conventionally prefabricated base component.
  • a part of the component to be produced can be formed by the base body and an additive construction of complex structures - possibly with the embedding of insert bodies according to the invention - be made.
  • the overall process is simple and inexpensive to carry out.
  • arranging at least one first insert body on the first base body connection surface or on the workpiece carrier and then respectively arranging the first raw material layer or a second raw material layer is such that the first raw material layer and / or the second raw material layer adjoin the first raw material layer at least one insert body adjacent, provided.
  • This allows embedding of the insert body in the component to be manufactured by the insert body is rebuilt by additive construction.
  • the advantages of inclinability come into play in particular, since in this way the first raw material layer and / or the second raw material layer can be positioned in different orientations relative to the insert body and then be solidified.
  • the continued additive construction of the base body around the insert body and / or the arrangement of the structural body is thus also possible with geometries of the insert body with undercuts.
  • the raw material has a pasty consistency and arranging the raw material layer or the raw material layers by discharging the raw material from the processing head, in particular by extrusion, takes place as a dosing head.
  • This has the advantage that a simple application of the raw material in the form of raw material layers is made possible.
  • the first raw material layer and / or the second raw material layer can be applied by meandering down the connection surface to be provided with a raw material layer, in particular the insert body connection surface and / or the base body connection surface.
  • the advantage is also achieved not only of bringing the first raw material layer and / or the second raw material layer orthogonally to the connection surface, but also of being able to introduce the raw material laterally, in particular to the insert body, and thereby the respective raw material layer in or under undercuts of the insert Insert insert body where this by orthogonal approach to the pad would not be possible.
  • an embedding of the insert body with undercuts is allowed or increases the variety of usable insert body.
  • the raw material has a liquid consistency and is arranged in a liquid bath, wherein the arranging of the raw material layers on the surface of the liquid bath by tilting the workpiece carrier and / or by varying the filling level in the liquid bath and / or by Variation of the height position of the workpiece carrier takes place relative to the liquid bath.
  • the workpiece carrier is disposed within the liquid bath or the liquid bath is connected to the workpiece carrier.
  • the position of the base component arranged on the workpiece carrier is set such that the liquid level caused by the gravitational movement is arranged around the layer thickness of the raw material layer above eg the first base body connection surface and / or the insert body connection surface, in particular the connection plane.
  • the raw material layer can be positioned in a variety of ways and can be stretched into undercuts of insert bodies.
  • a processing head has a radiation source, in particular a light source for generating ultraviolet light, for initiating or accelerating a chemical reaction, in particular a polymerization reaction, of the raw material.
  • a radiation source in particular a light source for generating ultraviolet light, for initiating or accelerating a chemical reaction, in particular a polymerization reaction, of the raw material.
  • Any inclinability of the machining head with the radiation source has the advantage that also undercuts of the base body and / or insert bodies can be achieved locally with the radiation or the light and thus an initiation or acceleration of a chemical reaction, in particular a polymerization reaction, is possible.
  • the raw material has a powdery consistency and the machining head has at least one machining head, in particular a machining head, arranged for producing a composite, in particular for heating and / or sintering and / or melting the raw material Radiation source, for example.
  • a laser light source having.
  • a powdery raw material layer can be solidified by thermal action of the radiation source, in particular of the laser light source.
  • a layer-wise additive shaping of the component, in particular of the base body, and / or the structural body is possible from the powdery raw material.
  • the raw material is arranged as a powder bath, wherein the arrangement of the raw material layers on the surface of the powder bath by tilting the workpiece carrier and / or by varying the filling level in the powder bath and / or by varying the height position of the workpiece carrier takes place relative to the powder bath.
  • a raw material layer of the powdery raw material is arranged by positioning the workpiece carrier having the base body and / or the insert body and / or the structural body already disposed thereunder below the surface of the powder bath so that the powdery raw material having a layer thickness above the is arranged to be connected component component.
  • vibrations are generated on the powder bath and thereby the surface of the powder bath, in particular during or after arranging in a raw material layer, is smoothed.
  • This has the advantage that a mechanical smoothing of the surface of the powder bath, for example by means of a squeegee, can be dispensed with.
  • the vibrations are arranged to prevent slippage of the powder To ensure particles relative to each other in such a way that the powder bath in the gravitational field assumes a flat and horizontal surface.
  • Another advantage is that even complex geometries of the base body and / or the insert body and / or the body structure in the powder bath can be further built additive, even if components protrude from the surface of the powder bath, since the vibration is a processing by a sweeping the surface Makes tool expendable.
  • the arrangement of the raw material layer or the raw material layers partially or completely by discharging the raw material from the processing head, in particular by gravity-assisted scattering or by blowing out of a nozzle of the machining head occurs.
  • the raw material layer can be placed at selected locations.
  • a step is provided according to which a partial or complete removal of the base body is made.
  • This has the advantage that at least a part of the base body can have the function of a support material for the component to be created. As a result, in particular the production of overhanging geometries of a structural body is made possible.
  • the partial or complete removal of the base body in the form of the support material takes place in particular as the last method step.
  • a device for carrying out one of the aforementioned methods according to claim 27 has a workpiece carrier and a machining head.
  • the device for tilting the machining head in particular for tilting a nozzle or a light beam of the machining head, is arranged relative to the workpiece carrier.
  • the device for tilting the workpiece carrier in particular relative to the machining head, in particular relative to a nozzle or a light beam of the machining head.
  • the machining head is arranged to be movable relative to the workpiece carrier or the workpiece carrier along a first axis relative to the machining head along a first axis and / or the machining head is movable relative to the workpiece carrier or the workpiece carrier along a second axis relative to the machining head. and that the device is arranged to vary the orientation of the first axis and / or the second axis relative to the workpiece carrier or to change the orientation of the workpiece carrier relative to the first axis and / or the second axis.
  • the variability of the orientation of the axes can also be realized by means of one or more pivoting kinematics devices and / or by means of one or more parallel kinematic devices. As a result, for example, a continuous shutdown of non-Cartesian trajectories during application and / or solidification of raw material is possible.
  • FIG. 1 show a lateral cross-sectional view of various successive stages in a first embodiment of a method according to the invention, a lateral cross-sectional view of a construction process of a component according to a second embodiment of a method according to the invention, a lateral cross-sectional view through various stages of a component to be constructed according to a third embodiment of the method according to the invention, a side cross-sectional view through a component to be built up in various stages according to a fourth exemplary embodiment, a lateral cross-sectional view through a component to be built up in different process stages and associated arrangements, a lateral cross-sectional view through a component to be constructed according to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 a to 1 d shows a process stage in the manufacture of a component according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 1 a shows a side cross-sectional view of a workpiece carrier 2, on which a base body 4 has been constructed in the form of a support structure.
  • the base body 4 is thereby constructed of powdery raw material by locally sintering the raw material 6.
  • a shapeless raw material layer is applied on the side of the base body facing away from the workpiece carrier, which is subsequently solidified at the desired regions of the raw material layer.
  • the the Workpiece carrier 2 side facing away from the base body 4 thus has a base body pad 8, applied to the raw material and then both solidified by selective laser sintering or melting, and at the same time with the already up to the base body pad 8 extending base body 4 is connectable.
  • the basic body 4 shown in FIG. 1 a has the function of a support structure above which a structural body 10 is to be produced in further process steps.
  • the support structure is in this case solidified by sintering relative to the formless state of the raw material 6 to such a degree that the base body 4 is dimensionally stable, in particular resistant to gravitational forces of the later to be built body 10, but is less strongly solidified than in the body structure 10th the case will be.
  • the support structure in the form of the base body 4 after the completion of the structure is removable to finally provide the actual component geometry.
  • a first cavity 12 and a second cavity 14 have been arranged in the base body 4.
  • the raw material 6 remained in powder form and can then be removed from the base body 4, for example by suction or other mechanical removal.
  • the cavities can also be introduced into an existing support structure of the base body 4 by mechanical processing, for example by drilling or milling.
  • a first insert body 16 is then brought to the base body 4 and the first base body is arranged in the first cavity 12.
  • the first insert body 16 is hereby manufactured separately and thus has special properties of the surface quality and / or the material properties and / or the dimensional accuracy.
  • the first insert body 16 has been machined by machining processes, such as turning and / or milling.
  • the first insert body 16 in this case has a smaller size than the dimension of the first cavity 12, so that the first insert body 16 is aligned in the first cavity 12 is and then fixed by introducing powdery raw material 6 in the first cavity 12.
  • the first insert body 16 has a first insert body connection surface 18 which, when the first insert body 16 is arranged, is aligned parallel to the base body connection surface 8 and is oriented in such a way that the first insert body connection surface 18 engages with the base body connection surface 8 in one common connection level 20 lie.
  • a second insert body 22 is arranged in the second cavity 14.
  • the second insert body extends with its length through the entire base body 4 and through the workpiece carrier 2 and is fixed to the workpiece carrier 2 by a fastening device 24 relative to the base body 4.
  • the second insert body 22 in this case has a second insert body connection surface 26.
  • the second insert body connection surface 26 is arranged parallel to the base body connection surface 8 and parallel to the first insert body connection surface 18 in the connection plane 20.
  • the alignment of the first insert body 16 and the second insert body 22 is optionally carried out with the aid of measuring and / or calibration devices, in order to ensure a particularly precise alignment of the first insert body 16 and the second insert body 22 to each other.
  • a body structure 10 can be built by means of the additive method.
  • a first layer of raw material above the connection plane 20 in contact with the base body 4 and the insert bodies 16, 18 is applied and smoothed, in particular with the aid of a doctor blade.
  • the raw material layer is fixed by means of the laser. and thus creates a continuous first layer of the structural body 10.
  • This first solidified layer of the structural body 10 has been bonded to both the base body 4, as well as with the first insert body 16 and the second insert body 22 by means of a material fit by means of sintering.
  • FIG. 1 c A completed structural body, which was added above the structure according to Figure 1 b by additive finishing, can be seen in Figure 1 c.
  • the component 28 is already completely assembled, but still connected to the base body 4.
  • the base body 4 After removal of the component 28 from the workpiece carrier and after any necessary removal of any remaining raw material is the base body 4 - which in the present case only forms a support structure - easily removable from the component 28 by mechanical processing.
  • 1 d shows that the component 28 resulting as a result, in which, on the one hand, the first insert body 16 and the second insert body 22 are arranged precisely aligned with each other and are also connected as now integral components of the finished component 28 with the body 10, which in turn is part of the component 28 is.
  • first insert body 16 and the second insert body 22 successively in the base body 4 at different height levels.
  • first cavity 12 is first introduced into the base body 4 and another raw material layer connected to the base body 4 and the first insert body pad 18 and thus the base body and / or the body structure 10 constructed.
  • second cavity 14 can be introduced, as far as this has not been made integral with the further construction of the base body and in this second cavity 14 of the second insert body 22 can be used and in this base body connecting surface 8 by means of another raw material layer with the base body and / or connectable to the body structure.
  • Figures 2a to 2e show a second embodiment of the inventive method.
  • a base body 30 is constructed until the stage according to FIG. 2a is reached.
  • the base body 30 around un-solidified powdery raw material 6 is arranged on the workpiece carrier 2.
  • the base body 30 is already part of the overall geometry to be produced of the component 32 to be produced as a result according to FIG. 2 e.
  • the base body 30 according to FIG. 2a again has a base body connection surface 34, which is configured as a result by the previous layer-wise additive structure.
  • FIG. 2b shows that a powder bath 36 in which the powdery raw material 6 is present is arranged on the workpiece carrier 2 for the further procedure.
  • the surface 38 of the powder bath 36 is arranged horizontally.
  • vibrations can be generated on the powder bath 36 by means of which a smooth surface 38 can be generated.
  • a smoothing of the surface 38 by means of mechanical means such as a doctor is dispensable.
  • the workpiece carrier 2 with the base body 30 arranged thereon is also inclined according to FIG. 2 b, so that the base body connection surface 34 of the base body 30 already produced and the surface 38 of the powder bath 36 are now inclined relative to one another by an angle of inclination 40.
  • a raw material layer is arranged obliquely relative to the base body 30.
  • FIG. 2c shows a corresponding inclination of the workpiece carrier 2 with the base body 30 in a different direction, but otherwise in accordance with FIG. 2b.
  • components 32 having as many as desired inclines 42 arranged at arbitrary inclination angles 40 can thus be produced in principle.
  • polyhedron-like surfaces can thus be produced and thus continuous curved contours can be approached very well with a high surface quality, in particular with avoidance of stair structures on the outer walls.
  • a base body 44 is possible on a workpiece carrier 2 by means of additive manufacturing or by inserting the base body 44.
  • a first insert body 46 and a second insert body 48 are placed on the base body connection surface 50 on such a base body 44 as shown in FIG.
  • the first insert body 46 has a first insert body connection surface 52.
  • the second insert body 48 has a second insert body connection surface 54.
  • the arrangement of the first insert body 46 is carried out by oppositely placing the first insert body pad 52 on the base body pad 50, and the laying of the second insert body 48 is carried out by oppositely arranging the second insert body pad 54 on the base body pad 50.
  • the insert body 46, 48 is possible in a simple manner.
  • the further additive construction of the base body 44 and the additive arrangement of a first raw material layer on the base body connection surface 50 are then carried out starting from the process stage according to FIG. 3b.
  • This first raw material layer thus extends over the base body connection surface 50 and laterally adjoins the first insert body 46 and to the second insert body 48 at.
  • the first insert body 46 and the second insert body 48 are integrated into the finished component 56 after this method step according to the method stage 3e.
  • the added in relation to the figures 3a and 3b height range of the component 56 of the additively structured and with the first base body 44 and the insert bodies 46, 48 connected body 58 is.
  • the construction of the structural body 58 according to the technique of the second embodiment (see Figures 2a to 2e) by corresponding tilting of the workpiece carrier and / or a machining head 60 can be carried out.
  • good accessibility of undercuts of the first insert body 46 and of the second insert body 48 is again possible.
  • such undercuts are in the form of fillets 62 in the geometry of the first insert body 46 and of the second insert body 48.
  • the fillets 62 of the first insert body 46 and the second insert body 48 have in connection with the procedure according to the method the advantage that the insert bodies 46, 48 are stably and safely arranged in the component 56 by the lining of the additively stacking raw material layers and by their solidification.
  • the base body 64 is formed by a prefabricated base component, which in its prefabricated state is brought to the workpiece carrier 2 and arranged there.
  • the base component can be produced by means of other production methods, in particular by means of chip-removing production methods, for example turning, milling or primary shaping methods, for example casting.
  • the base body 64 formed by a base member is basically comparable to the base body 4, 30, 44 produced according to the other embodiments, in particular, the base body 64 also has a base body connecting surface 66.
  • the analogous application of the procedure according to the other exemplary embodiments is possible.
  • the method according to this embodiment is more time-effective, since the comparatively simple geometry of the prefabricated base component used as the base body 64 renders the construction of this base component unnecessary by means of additive methods and thus increases the efficiency.
  • a structural body 68 can now be produced additively based on the base body connecting surface 66.
  • the fifth exemplary embodiment according to FIGS. 5 a to 5 e shows a complex-shaped base body 76, which has undercuts 78.
  • a liquid raw material 6 is used, which is arranged in the form of a liquid bath 80 on the workpiece carrier 2 is.
  • a surface 82 of the liquid bath 80 also sets in the liquid bath 80.
  • the processing head in this case has a radiation source in the form of a light source for generating the ultraviolet light 86. Due to the inclinability of the processing head 84, the ultraviolet light 86 can be introduced into the undercuts 78 for selective solidification of the raw material 6.
  • the arrangement of the raw material layer (s) takes place by discharging the raw material out of the machining head 88.
  • the inclinability of the machining head 88 comes into play, is applied by the powder verförmiges raw material 6 locally and in undercuts or under projections.
  • a laser light beam 90 can be generated in the processing head 88 or deflected by it, or alternatively arranged separately from the processing head 88.
  • the laser light beam 90 is in turn tilted relative to the workpiece carrier 2 for selective solidification of the raw material layers in undercuts 78 o under protrusions.
  • This is also possible on the basis of powdery raw materials 6 in a simple and cost-effective manner, in particular with the dispensability of a powder bath 36, a complex geometry as a body buildable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils, bei dem folgende Schritte vorgesehen sind: a. Additives Aufbringen und Verfestigen einer Rohmaterialschicht auf einem Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76), wobei - das Material des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) an einem Aufschmelzort auf einer ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) lokal zu einem Schmelzbad verflüssigt wird und anschließend pulverförmiges Rohmaterial (6) an das Schmelzbad herangeführt wird, und/oder - das pulverförmige Rohmaterial (6) zu tröpfchenförmigem Rohmaterial (6) verflüssigt wird und an eine feste erste Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) herangeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils (28, 32, 56, 74), wobei in den Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) wenigstens ein Hohlraum (12) durch das additive Aufbauen integriert und/oder durch nachträgliches Bearbeiten des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) eingebracht wird und ein erster vorgefertigter Einsatzkörper (16) in dem wenigstens einen Hohlraum (12) angeordnet wird. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils (28, 32, 56, 74), das ein Neigen des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) durch Neigen des Werkstückträgers (2) und/oder ein Neigen eines Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88) und ein Anordnen einer zweiten Rohmaterialschicht vorsieht. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren.

Description

Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Vorbekannte Verfahren und Vorrichtungen zur additiven Fertigung von Bauteilen verfolgen das Konzept, ein formloses oder formneutrales Rohmaterial durch Übereinanderlegen von mehreren Schichten zu einem Bauteil zu formen. Der Begriff der additiven Fertigung meint hierbei einen Vorgang des Aufbauens des Bauteils durch schrittweises Hinzufügen solcher Schichten. Hierzu wird üblicherweise die Geometrie des zu erzeugenden Bauteils analysiert und eine Zerlegung der Bauteilgeometrie in eine Vielzahl von Schichten vorgenommen. Durch das sukzessive Aufbauen dieser Schichten aufeinander aus dem Rohmaterial lassen sich auf diese Weise nahezu beliebig geformte Geometrien erzeugen. Das Rohmaterial kann bspw. eine pastöse, flüssige, folien- oder pulverförmige Konsistenz aufweisen und nach dem Herstellen einer jeden Rohmaterialschicht zu einer Schicht des zu erstellenden Bauteils verfestigt oder angegliedert werden. Die Verfestigung o- der Angliederung kann mit einer physikalischen oder chemischen Reaktion in dem Rohmaterial erfolgen, wobei die chemische Reaktion mittels äußerer Einflüsse wie Temperatursteigerung oder Einbringen von Strahlung wie bspw. ultraviolettem Licht beschleunigt werden kann. Metallene Rohmaterialien können mittels Sintern oder Schmelzen verfestigt werden, was beispielsweise lokal mittels Wärmeeintrag durch einen Laser erfolgen kann. Allen Verfahren ist gemein, dass die Rohmaterialschicht mit ihrer jeweiligen Schichtdicke entlang einer Aufbaurichtung übereinanderlegt werden, sodass mit jeder Schicht der bereits additiv hergestellte Basiskörper um eine weitere Schicht verdickt wird.
Nachteilig ist hierbei, dass bisher keine ähnlichen Qualitäten bei Maßtoleranzen, Oberflächengüte und Werkstoffeigenschaften erzielbar sind wie mit anderen Fertigungsverfahren, bspw. mit spanenden Fertigungsverfahren oder nach einer Nach- bearbeitung mit solchen anderen Fertigungsverfahren, und dass richtungsabhängige Werkstoffeigenschaften und Verzug verursachender Wärmeeintrag auf eine Richtung für das gesamte Bauteil festgelegt sind.
Ein Vorteil additiver Fertigungsverfahren liegt in der Möglichkeit, Bauteile mit hoher geometrischer Komplexität, insbesondere mit Hinterschneidungen, herzustellen, wobei bei hohen lokal geforderten Genauigkeiten oder besonderen lokalen Eigenschaften die additiv hergestellten Bauteile mit anderen Fertigungsverfahren nachbehandelt werden müssen, bspw. mittels Spanen oder Fräsen. Dies gestaltet sich jedoch häufig schwierig, da gerade bei komplexen additiv hergestellten Bauteilgeometrien die nachzubearbeitenden Bereiche für spanende Fertigungsverfahren nicht oder nur mit erheblichem Zusatzaufwand geometrisch zugänglich sind o- der ein Einspannen des additiv gefertigten Bauteils aufgrund der Natur seiner Geometrie schwierig oder gar unmöglich ist.
Sollen hohe Genauigkeit und komplexe Geometrie kombiniert werden, ist ein nachträgliches Fügen von zwei getrennt gefertigten Geometrien üblich. Nachteilig ist dabei, dass häufig weiterhin toleranzarme Fügegeometrien wie Anschlussflächen und Gewinde erzeugt werden müssen, und dass dies in der Regel einen Verfahrensbruch darstellt. Die Nachteile entstehen hierbei beispielsweise, weil Bauteile umgespannt und gegebenenfalls wieder für weiteren additiven Aufbau eingebracht werden müssen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, additive Fertigungsverfahren zu verbessern, insbesondere komplexe Geometrien bereitstellen zu können und diese um vielfältigere Bauteilgeometrien oder Bauteileigenschaften zu ergänzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte.
In einem ersten Schritt erfolgt ein additives Aufbauen eines ersten Basiskörpers aus einem Rohmaterial an einem Werkstückträger oder Anordnen eines vorgefertigten Basisbauteils als ein erster Basiskörper an dem Werkstückträger. In einem anschließenden zweiten Schritt erfolgt ein additives Aufbringen und Verfestigen einer Rohmaterialschicht auf dem Basiskörper.
Das Aufbringen und Verfestigen der Rohmaterialschicht wird hierbei in einer ersten Vorgehensweise dadurch erzielt, dass mittels einer selektiven Wärmequelle das Material des Basiskörpers an einem Aufschmelzort auf einer ersten Basiskörper-Anschlussfläche lokal derart verflüssigt wird, dass ein lokal begrenztes
Schmelzbad in der im Übrigen festen ersten Basiskörper-Anschlussfläche erzeugt wird, und wobei anschließend pulverförmiges Rohmaterial an das Schmelzbad herangeführt wird. Hierdurch ist das Rohmaterial in die Schmelze einbringbar oder an der Oberfläche der Schmelze anhaftbar. Dies hat den Vorteil, dass durch die örtlich begrenzte Oberfläche des zeitveränderlich erzeugbaren Schmelzbades das Einbringen oder Anhaften des Rohmaterials entsprechend örtlich begrenzt ist. Hierdurch ist ein lokal begrenztes Verfestigen des Rohmaterials und ein einfaches und kostengünstiges Bereitstellen komplexer Geometrien möglich.
In einer zweiten Vorgehensweise wird das Aufbringen und Verfestigen der Rohmaterialschicht dadurch erzielt, dass mittels einer selektiven Wärmequelle das pul- verförmige Rohmaterial zu tröpfchenförmigem Rohmaterial verflüssigt wird und das verflüssigte tröpfchenförmige Rohmaterial an eine feste erste Basiskörper-Anschlussfläche herangeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Anhaften des Rohmaterials lokal begrenzt dort erfolgt, wo das Rohmaterial mit der ersten Basiskörper-Anschlussfläche in Kontakt kommt. Hierdurch ist ein einfaches und kostengünstiges Bereitstellen komplexer Geometrien möglich.
Die erste Vorgehensweise und die zweite Vorgehensweise sind kombinierbar, so dass tröpfchenförmiges Rohmaterial an ein lokal begrenztes Schmelzbad herangeführt wird. Hierbei haftet das Rohmaterial auf der Oberfläche des Schmelzbades an oder wird in das Schmelzbad eingebettet.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass unterschiedliche Pulver-Werkstoffe als Rohmaterialien additiv kombiniert werden können. Beispiels- weise ist möglich, dass eine Basiskörper-Anschlussfläche aus einem ersten Rohmaterial besteht und darauf eine erste Rohmaterialschicht aus einem zweiten, von dem ersten Rohmaterial verschiedenen, Rohmaterial besteht. Das erste Rohmaterial ist beispielsweise aus einem ersten Bearbeitungskopf auf die Basiskörper-Anschlussfläche, insbesondere das Schmelzbad, aufbringbar. Das zweite Rohmaterial ist beispielsweise aus einem zweiten Rohmaterialkopf auf die Basiskörper-Anschlussfläche, insbesondere das Schmelzbad, aufbringbar.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch nichtlegierbare Rohmaterialien kombiniert zum Aufbauen des Bauteils verwendet werden können. So sind übereinander geschichtete Rohmaterialschichten aus verschiedenen Werkstoffen verfestigbar oder ein erstes Rohmaterial ist in ein Schmelzbad eines zweiten nicht mit dem ersten Rohmaterial legierbaren Rohmaterials einbettbar. Hierdurch ist eine variierende Zusammensetzung des additiv hergestellten Bauteils erzielbar, insbesondere sind sich graduell ändernde, beanspruchungsangepasste Eigenschaften des Bauteils erzielbar. Ebenso können hierzu auch ein erstes Rohmaterial und ein zweites Rohmaterial, welches mit dem ersten Rohmaterial legierbar ist, verwendet werden. Die Verwendung verschiedener Rohmaterialien beim additiven Aufbauen des Bauteils ist bei keiner der Varianten auf zwei Materialien beschränkt, sondern es sind grundsätzlich beliebig viele verschiedene Rohmaterialien einsetzbar und kombinierbar, sowohl durch schichtweise unterschiedliche Rohmaterialien als auch durch Mischung der Rohmaterialien.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Wärmequelle eine Temperatur des pulverförmigen Rohmaterials und/oder des tröpfchenförmi- gen Rohmaterials und der Basiskörper-Anschlussfläche oder des Schmelzbades zum Eingehen einer Sinterverbindung zwischen dem aufgebrachten Rohmaterial und dem Basiskörper hergestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine feste Verbindung zwischen dem Rohmaterial oder den mehreren Rohmaterialien und der Basiskörper-Anschlussfläche hergestellt wird. Die Temperatur des pulverförmigen Rohmaterials und/oder des tröpfchenförmigen Rohmaterials und der Basiskörper- Anschlussfläche werden in diesem Sinne derart aufeinander abgestimmt, dass eine gewünschte Verfestigung erreicht wird. Hierdurch sind unterschiedlich zu erzielende Dichten, Hohlraumanteile, Elastizitäten und/oder Festigkeiten mittels der Temperaturen einstellbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil des pulverförm igen Rohmaterials in das Schmelzbad eingebettet wird. Hierdurch sind auch unlegierbare Rohmaterialien kombinierbar. Beispielsweise kann ein erstes pulverförm iges Rohmaterial mit einer hohen Dichte und gegebenenfalls spröden Plastizitätseigenschaften in ein Schmelzbad aus einem zweiten Material mit geringerer Dichte und/oder höherer Plastizität eingebettet werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil des pulverförm igen Rohmaterials in dem Schmelzbad ganz oder teilweise aufgeschmolzen wird. Hierdurch ist eine besonders feste Verbindung zwischen dem aufgeschmolzenen Rohmaterial, insbesondere mittels einer Legierungsbildung, erzielbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohmaterial aus einem Bearbeitungskopf an den Basiskörper, insbesondere an das Schmelzbad und/oder an die erste Basiskörper-Anschlussfläche, herangeführt, insbesondere schwerkraftgefördert und/oder mittels einer Düse auf die Basiskörper-Anschlussfläche aufgebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders präzise örtliche Platzierung des aufgebrachten Rohmaterials möglich ist. Insbesondere ist durch einen oder mehrere Bearbeitungsköpfe das Rohmaterial auf diese Weise aus unterschiedlichen Richtungen an das Basisbauteil heranführbar. Hierdurch ist auch bei komplexen Geometrien des Basiskörpers an Schmelzbäder mit unterschiedlichen räumlichen Orientierungen Rohmaterial heranführbar. Die Schwerkraftförderung ist hierbei einfach baulich zu realisieren. Das Aufbringen mittels einer Düse, insbesondere durch ein pneumatisches Fördern, hat den Vorteil, dass das Rohmaterial mit einem hohen Impuls auf der Basiskörper-Anschlussfläche oder der Oberfläche des Schmelzbads auftrifft und ein gutes Anhaften oder Einbetten gewährleistet wird. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohmaterial zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Basiskörper während einer Flugphase verflüssigt wird, insbesondere mittels eines oder mehrerer Laserstrahlen. Hierdurch ist aus dem geförderten pul verförmigen Rohmaterial ein Teilbereich zu tröpfchen- förmigem Rohmaterial verflüssigbar, so dass lediglich dieses tröpfchenförmige Rohmaterial an der Basiskörper-Anschlussfläche anhaftet. Hierdurch ist eine örtlich präzise begrenztes additives Aufbauen möglich. Die Flugphase ist hierbei der Zeitraum zwischen dem Ausbringen des Rohmaterials aus dem Bearbeitungskopf und dem Auftreffen des Rohmaterials auf der Basiskörper-Anschlussfläche. Das Ausbringen kann hierbei sowohl schwerkraftgefördert oder pneumatisch gefördert erfolgen. Derjenige Teil des pul verförmigen ausgebrachten Rohmaterials, der verflüssigt werden soll, wird beispielsweise mittels eines oder mehrerer Laserstrahlen in dieser Flugphase beheizt. Insbesondere sind hierzu zwei oder mehr Laserstrahlen auf das in der Flugphase befindliche Rohmaterial gerichtet, wobei die Laserstrahlen sich in einem Brennpunkt kreuzen und dort mit einer besonders hohen thermischen Leistungsdichte die Verflüssigung des pulverförmigen Rohmaterials bewirken.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
additives Aufbauen mindestens eines Basiskörpers an einem Werkstückträger, wobei der Basiskörper aus einem Rohmaterial aufgebaut wird, und wobei in dem Basiskörper wenigstens ein Hohlraum durch das additive Aufbauen integriert und/oder durch nachträgliches Bearbeiten des Basiskörpers oder Entfernen von Teilen des Pulverbads eingebracht wird,
Anordnen eines ersten vorgefertigten Einsatzkörpers in dem wenigstens einen Hohlraum,
additives Aufbauen eines mit dem ersten Basiskörper und dem Einsatzkörper verbundenen Aufbaukörpers.
Der Basiskörper kann hierbei sowohl aus Bereichen bestehen, die einen Bestandteil der zu erzeugenden Bauteilgeometrie darstellen, als auch eine Stützstruktur, die beim additiven Aufbauen bisweilen notwendig ist, insbesondere falls beim additiven Aufbauen höher liegende Schichten über darunter liegende Schichten hinüberragen.
Der Werkstückträger kann beispielsweise eine Bodenplatte einer Vorrichtung zum additiven Aufbauen oder eine Auflage auf der Bodenplatte sein. Ebenso kann ein Werkstückträger diverse Ausgestaltungen von Einspannvorrichtungen aufweisen, beispielsweise Spannfutter. Auch kann eine Wand eines Pulverbads einen Teil der Einspannvorrichtung darstellen.
Nach dem additiven Aufbauen des Basiskörpers wird der Hohlraum durch nachträgliches Bearbeiten des Basiskörpers eingebracht, bspw. durch Fräsen, Drehen oder Absaugen oder Entnehmen von nicht verfestigtem Rohmaterial. Alternativ wird der Hohlraum dadurch integriert in den Basiskörper eingebracht, dass das Aufbauen des Basiskörpers derart erfolgt, dass die Geometrie des zu erzeugenden Hohlraums in dem Basiskörpers bereits beim Herstellen der Schichten aus dem Rohmaterial berücksichtigt wird.
In den Hohlraum wird anschließend der erste vorgefertigte Einsatzkörper angeordnet. Insbesondere wird hierdurch der Einsatzkörper im Wesentlichen ortsfest gegenüber dem Basiskörper fixiert. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Einsatzkörper an die Geometrie des Hohlraums angepasst ist und von den Wandungen des Hohlraums gestützt oder positioniert und/oder orientiert wird. Auch kann der Hohlraum an die Geometrie des vorgefertigten Einsatzkörpers bei dem additiven Aufbauen des Basiskörpers berücksichtigt werden und der Hohlraum an den Einsatzkörper angepasst werden. Ergänzend ist möglich, dass der Einsatzkörper mittels Auffüllen von Zwischenräumen bzw. Spalten zwischen den Wandungen des Hohlraums und dem Einsatzkörper mittels Füllmaterial abgestützt wird. Hierbei ist das Füllmaterial für eine spätere Entfernung eingerichtet.
Der Hohlraum ist beispielsweise als ein Loch ausgebildet. Dabei kann das Loch ein Sackloch sein, das sich in den Basiskörper hinein erstreckt. Der erste Einsatzkörper ist hierbei in das Sackloch einbringbar und insbesondere an einen Boden des Sackloches heranführbar und an dem Boden abstützbar. Der Boden weist in diesem Fall Material des Basiskörpers oder Rohmaterial auf.
Das Loch kann alternativ ein Durchgangsloch sein, das sich durch den Basiskörper hindurch erstreckt. Der erste Einsatzkörper ist hierbei in das Durchgangsloch einbringbar und bei entsprechender Länge des ersten Einsatzkörpers durch das Durchgangsloch hindurchführbar. Das Durchgangsloch kann sich dabei durch den Basiskörper hindurch bis zu dem Werkstückträger erstrecken und der erste Einsatzkörper auf dem Werkstückträger abstützbar sein. Ebenso ist möglich, dass der Werkstückträger eine Ausnehmung oder Durchgangsöffnung aufweist, in die hinein und/oder durch die hindurch sich der erste Einsatzkörper erstreckt. Hierdurch sind auch Einsatzkörper in dem Durchgangsloch anordenbar, die länger sind als die Bauhöhe des auf dem Werkstückträger anzuordnenden oder angeordneten Basiskörpers.
Anschließend erfolgt das additive Aufbauen des Aufbaukörpers. Hierbei wird der Aufbaukörper mit dem ersten Basiskörper und mit dem ersten Einsatzkörper verbunden. Die entstehende Verbindung zwischen dem Aufbaukörper und dem ersten Basiskörper und dem Einsatzkörper kann hierbei je nach dem zum Einsatz kommenden Verfahren zum additiven Aufbauen stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig sein.
Das wie vorstehend bereitgestellte Bauteil weist somit zumindest den ersten Einsatzkörper und den Aufbaukörper im Sinne eines einzigen integralen Körpers auf. Ebenfalls kann der Basiskörper, entweder ganz oder teilweise, Bestandteil des integralen Körpers sein. In einer zweiten Alternative kann der Basiskörper ganz oder teilweise die Funktion eines Stützkörpers bei der Durchführung des Verfahrens haben und nach dem Aufbauen des Aufbaukörpers entfernt werden, so dass das fertige Bauteil den ersten Einsatzkörper und der Aufbau körper aufweist. Weiterhin ist möglich, dass das fertige Bauteil einen ersten Teil des Basiskörpers zusammen mit dem ersten Einsatzkörper und dem Aufbaukörper aufweist, wobei ein zweiter Teil des Basiskörpers die Funktion eines Stützkörpers bei der Durchführung des Verfahrens hat und nach dem Aufbauen des Aufbaukörpers entfernt wird, so dass das fertige Bauteil den ersten Einsatzkörper, den Aufbaukörper und den ersten Teil des Basiskörpers aufweist.
Das erfindungsgemäße Anordnen des Einsatzkörpers in dem Hohlraum hat den Vorteil, dass der Einsatzkörper aufgrund der vorherigen beispielsweise spanenden Fertigung auf besonders einfache Art anderen, nicht additiven Bearbeitungsverfahren zugänglich ist und somit einfach besondere Materialeigenschaften und/oder Oberflächengüten oder Maßtoleranzen für Bereiche des im Endergebnis fertiggestellten Bauteils bereitstellt, die mit additiver Fertigung nicht erzielbar wären. Zudem ist eine präzise Ausrichtung des Einsatzkörpers in dem Hohlraum und somit relativ zu dem Basiskörper möglich. Hierdurch ist der Einsatzkörper besonders exakt relativ gegenüber dem anschließend zu erzeugenden Aufbaukörper anordenbar.
Durch das additive Aufbauen und das in dem Aufbauen integrierte Verbinden des Aufbaukörpers mit sowohl dem Basiskörper als auch dem Einsatzkörper ist ein komplexer Aufbau körper herstellbar, sodass im Ergebnis ein Bauteil mit besonderen Werkstoffeigenschaften, Maßtoleranzen und/oder Oberflächengüten in Kombination mit komplexen Geometrien bereitgestellt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Basiskörper eine erste Basiskörper-Anschlussfläche aufweist. Dies hat den Vorteil, dass das Rohmaterial auf die Basiskörper-Anschlussfläche und somit auf den Basiskörper aufgebracht werden kann. Insbesondere kann die Basiskörper-Anschlussfläche für ein besonders einfaches Aufbringen oder Anhaften des Rohmaterials eingerichtet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der folgende Schritt vorgesehen:
Neigen des ersten Basiskörpers durch Neigen des Werkstückträgers relativ zu einem Bearbeitungskopf, mittels welchem die erste Rohmaterialschicht angeordnet und/oder mittels welchem auf die erste Rohmaterialschicht zur Schichtbildung, insbesondere chemisch und/oder thermisch eingewirkt wird, und/oder Neigen des Bearbeitungskopfes relativ zu dem Werkstückträger. Das Neigen erlaubt hierbei, die erste Rohmatenalschicht in verschiedenen möglichen Anordnungen relativ zu dem Basiskörper zu positionieren und somit gute Oberflächengüten zu erzielen, insbesondere in Fällen, falls die erste Rohmaterialschicht eine Außenwandung der zu erzeugenden Bauteilgeometrie darstellt. Ein Vorteil besteht auch darin, dass das Aufbringen der Rohmaterialschicht durch den Bearbeitungskopf und/oder durch chemisches und/oder thermisches Einwirken entlang der Erstreckungsrichtung der Rohmaterialschicht erfolgt und somit eine zusammenhängende erste Rohmaterialschicht gute Oberflächen- und Festigkeitseigenschaften hat. Somit sind verschiedene schräg gegenüber einander angeordnete Außenflächen eines zu erzeugenden Bauteils mit hoher Oberflächengüte herstellbar, insbesondere ohne dass zur schrägen Anordnung dieser Außenflächen eine diskrete Treppenstruktur in den Randbereichen von übereinander angeordneten Rohmaterialschichten entsteht.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
Anordnen einer zweiten Rohmaterialschicht des Rohmaterials auf dem Werkstückträger und/oder auf eine zweite Basiskörper-Anschlussfläche des ersten Basiskörpers.
Das Anordnen der zweiten Rohmaterialschicht kann hierbei insbesondere nach dem vorgenannten Neigen im Anschluss an das Herstellen einer ersten Rohmaterialschicht erfolgen.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils gemäß Anspruch 1 1 mit den folgenden Schritten:
Anordnen einer ersten Rohmaterialschicht eines Rohmaterials auf einen Werkstückträger und/oder auf eine erste Basiskörper-Anschlussfläche eines an einem Werkstückträger angeordneten ersten Basiskörpers.
Hierdurch ist der Basiskörper an dem Werkstückträger aufbaubar oder ein bereits erzeugter Basiskörper an der ersten Basiskörper-Anschlussfläche um die erste Rohmaterialschicht vergrößerbar. Hierdurch ist eine Formgebung des Basiskörpers möglich. Das Verfahren umfasst zudem einen darauf folgenden weiteren Schritt, nämlich ein
Neigen des ersten Basiskörpers durch Neigen des Werkstückträgers relativ zu einem Bearbeitungskopf, mittels welchem die erste Rohmaterialschicht angeordnet und/oder mittels welchem auf die erste Rohmaterialschicht zur Schichtbildung, insbesondere chemisch und/oder thermisch eingewirkt wird, und/oder Neigen des Bearbeitungskopfes relativ zu dem Werkstückträger.
Hierdurch ist ein einfaches Herstellen von Bauteilgeometrien mit geneigt zueinander angeordneten Außenwandungen ohne Veränderungen der Anordnung des Basiskörpers relativ zu der Werkstückaufnahme möglich. Die Möglichkeit, ohne ein Umspannen des Basiskörpers relativ zu dem Werkstückträger die geneigten Außenwandungen additiv zu fertigen, erzielt zudem sehr gute Oberflächenqualitäten, insbesondere werden treppenartige Strukturen entlang der Außenwandungen vermieden.
Hierzu erfolgt in einem dritten Schritt ein
Anordnen einer zweiten Rohmaterialschicht des Rohmaterials auf dem Werkstückträger und/oder auf eine zweite Basiskörper-Anschlussfläche des ersten Basiskörpers.
Die zweite Basiskörper-Anschlussfläche hat hierbei den Vorteil, dass die zweite Rohmaterialschicht daran anhaften kann. Insbesondere kann die Basiskörper-Anschlussfläche für ein besonders einfaches Aufbringen oder Anhaften des Rohmaterials eingerichtet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Einbringen wenigstens eines Hohlraums in oder neben den Basiskörper durch Integrieren des Hohlraums bei einer Herstellung des Basiskörpers durch additives Aufbauen und/oder durch nachträgliches Bearbeiten des Basiskörpers möglich.
Ist wenigstens ein Hohlraum in den Basiskörper eingebracht, so ist in einem weiteren Schritt ein Anordnen eines ersten vorgefertigten Einsatzkörpers in dem wenigstens einen Hohlraum möglich. Alternativ oder ergänzend ist der Einsatzkörper auch an dem Basisbauteil, insbesondere an der ersten Basiskörper-Anschlussfläche, anordenbar.
Somit sind vorgefertigte Einsatzkörper sowohl in einem etwaigen vorhandenen Hohlraum oder an der Basiskörper-Anschlussfläche anordenbar und anschließend durch weiteres Aufbauen des Basiskörpers in dem Basiskörper oder dem Aufbaukörper integrierbar und/oder an den Aufbaukörper anschließbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Einsatzkörper während des Einsetzens eine vorgefertigte Einsatzkörper-Anschlussfläche aufweist oder nach seinem Anordnen mit einer ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche durch additives Auftragen versehen wird. Durch eine Einsatzkörper-Anschlussfläche ist ein gutes Verbinden des Aufbaukörpers mit dem Einsatzkörper gewährleistet. In Fällen, in denen die Einsatzkörper-Anschlussfläche vorgefertigt ist, ist zudem ein präzises Anordnen des Einsatzkörpers in dem Hohlraum möglich, indem die Einsatzkörper-Anschlussfläche bei der Positionierung wie erforderlich ausgerichtet wird. In Fällen, in denen der Einsatzkörper an dem Basisbauteil, insbesondere an der Basiskörper-Anschlussfläche angesetzt wird, ist eine präzise Ausrichtung durch gegengerichtetes Anordnen der Flächen möglich. Alternativ wird der Einsatzkörper zunächst in dem Hohlraum angeordnet und anschließend mit der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche durch additives Auftragen versehen. Hierdurch kann die Einsatzkörper-Anschlussfläche für eine gute Verbindung mit dem ersten Basiskörper ausgerichtet werden, wobei insbesondere die Vorteile des vorgenannten Neigens zum Tragen kommen können. Insbesondere ist bei einem Herstellen der Einsatzkörper-Anschlussfläche durch additives Auftragen auf den Einsatzkörper eine etwaige Unebenheit an dem Einsatzkörper ausgleichbar, bevor bei einem additiven Aufbauen des Aufbaukörpers der Einsatzkörper verbunden wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens einer des wenigstens einen Einsatzkörpers, insbesondere ein Teil von dessen vorgefertigter Einsatzkörper-Anschlussfläche und/oder ein Teil von dessen sonstiger Oberfläche, mittels eines nicht additiven Verfahrens nach DIN 8580, z.B. Trennen oder Umformen, insbesondere mittels Fräsen und/oder Drehen und/oder Prägen und/oder Tiefziehen und/oder Blechbiegen und/oder Schmieden und/oder Urformen, insbesondere Gießen, und/oder Beschichten, hergestellt ist. Durch eine vorgefertigte Einsatzkörper-Anschlussfläche ist eine einfache Ausrichtung des Einsatzkörpers relativ zu der zu erzeugenden Bauteilgeometrie möglich und während der Erzeugung der Bauteilgeometrie beibehaltbar. Ebenso ist durch eine spanende Bearbei tung zumindest von einem Teil der sonstigen Oberfläche der Einsatzkörper mit Oberflächengüten, insbesondere Formtoleranzen, versehbar, die mit allein additiver Fertigung des Basiskörpers und/oder des Aufbaukörpers nicht erzielbar wären
Somit ist durch die spanende Bearbeitung, insbesondere mittels Fräsen und/oder mittels Drehen, ein Bauteil mit sowohl komplexen Geometrien des Basiskörpers und/oder des Aufbaukörpers und mit Bereichen mit besonders guten Oberflächenqualitäten oder Maßtoleranzen bereitstellbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Basiskörper- Anschlussfläche eben ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine an die erste Basiskörper-Anschlussfläche anschließende weitere additive Fertigung des Aufbaukörpers unkompliziert und mit einer durchgängigen Rohmaterialschicht möglich ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Einsatzkörper- Anschlussfläche eben ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der erste Einsatz körper vordefiniert und zuverlässig relativ zu dem Basiskörper und/oder zu dem Aufbaukörper positionierbar und zuverlässig mit dem Basiskörper und/oder dem entstehenden Aufbaukörper verbunden werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Einsatzkörper- Anschlussfläche relativ zu der ersten Basiskörper-Anschlussfläche in einer gemeinsamen Anschlussebene angeordnete wird oder eine erste Einsatzkörper-Anschlussfläche an dem bereits in dem Hohlraum angeordneten ersten Einsatzkörper additiv formgebend derart aufgebracht wird, dass die erste Einsatzkörper-Anschlussfläche mit der Basiskörper-Anschlussfläche in einer gemeinsamen Anschlussebene angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die Anschlussebene gute Voraussetzungen für ein verfahrensmäßig einfaches Aufbauen des Aufbaukörpers auf Grundlage der gemeinsamen Anschlussebene ermöglicht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Anordnen einer in der gemeinsamen Anschlussebene liegenden zusammenhängenden ebenen ersten Rohmaterialschicht auf der ersten Basiskörper-Anschlussfläche und der ersten Einsatzkörper- Anschlussfläche vorgesehen, wobei die erste Rohmaterialschicht sich um ihre Schichtdicke in Richtung einer ersten Aufbaurichtung orthogonal von der Anschlussebene weg erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass die erste Rohmaterialschicht verfestigbar und somit eine gemeinsame Verbindung zwischen der Basiskörper-Anschlussfläche und der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche herstellbar ist oder in Richtung der ersten Aufbaurichtung der Basiskörper und der Einsatzkör per noch um eine oder mehrere Schichten additiv separat weiter fertigbar und anschließend durch eine gemeinsame verfestigte Rohmaterialschicht verbindbar sind. In jeder der genannten Alternativen ist ausgehend von der gemeinsamen An schlussebene eine präzise Verbindung zwischen dem Einsatzkörper und dem Einsatz sowie dem aufzubauenden Aufbaukörper herstellbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der ersten Basiskörper-Anschlussfläche und der ersten Rohmaterialschicht und/oder zwischen der ersten Rohmaterialschicht und der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche vorgesehen, insbesondere mittels Sintern oder Laserstrahlschmelzen. Dies hat den Vorteil, dass ein festes und stabiles Stoffgefüge im Bereich des Übergangs zwischen dem Basiskörper und dem Einsatzkörper im Übergang zu dem Aufbaukörper bereitgestellt wird. Hierdurch wird eine gute Stabi lität und Maßhaltigkeit erzielt, insbesondere betreffend die Ausrichtung des Einsatzkörpers relativ zu dem Basiskörper und/oder relativ zu dem Aufbaukörper. Insbesondere in Fällen, in denen mehrere Einsatzkörper in dem Hohlraum oder in einer Mehrzahl von Hohlräumen derart angeordnet sind, dass die Einsatzkörper jeweils eine Einsatzkörper-Anschlussfläche aufweisen, die in der gemeinsamen Anschlussebene angeordnet wird bzw. werden, ist durch das stoffschlüssige Verbinden durch die erste Rohmaterialschicht eine präzise Ausrichtung der Einsatzkörper relativ zueinander und zudem relativ zu dem Basiskörper und/oder zu dem Aufbaukörper gewährleistet. Dies erlaubt eine präzise Anordnung weiterer Komponenten an dem herzustellenden Bauteil, sodass mit dem Verfahren sehr anspruchsvolle praktische Einsatzzwecke wie Mess- und/oder Kalibriereinrichtungen an einem Bauteil anordenbar sein können, und das Bauteil zugleich mit anspruchsvollen komplexen Geometrien in Form des Aufbaukörpers und/oder Basiskörpers versehen ist.
Die stoffschlüssige Verbindung ist insbesondere mittels Sintern oder Laserstrahlschmelzens herstellbar, insbesondere bei dem Einsatz von Metallpulver als formlosem Rohmaterial.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Rohmaterialschicht relativ zu der ersten Rohmaterialschicht um einen Neigungswinkel geneigt angeordnet wird. Dies hat den Vorteil, dass einerseits gute Oberflächengüten und Maßtoleranzen an den additiv aufgebauten Bereichen erzielbar sind. Die Neigung um den Neigungswinkel erlaubt zudem, einen additiven Aufbau auch dann zuverlässig und von hoher Qualität, wenn bspw. die Einsatzkörper Hinterschneidungen aufweisen, welche mit Rohmaterial erreicht werden müssen, bspw. falls die Einsatzkörper Kerben oder Halskehlen aufweisen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein vorgefertigtes Basisbauteil an dem Werkstückträger angeordnet wird und den Basiskörper bildet oder der Basiskörper mittels additiver Fertigung zuvor an dem Werkstückträger aufgebaut worden ist. Das Anordnen eines vorgefertigten Basisbauteils an dem Werkstückträger hat den Vorteil, dass hierdurch ein Basiskörper auf einfache und unkomplizierte Weise bereitgestellt wird, was insbesondere in Fällen vorteilhaft ist, wenn ein auf den Basiskörper aufzubauender Aufbau körper im Vordergrund steht und der Basiskörper eine Trägerfunktion hat. Hierdurch wird bspw. die notwendige Zeit für ein additives Aufbauen verkürzt, indem ein konventionell vorgefertigtes Basisbauteil eingesetzt wird. Somit kann ein Teil des zu erzeugenden Bauteils durch den Basiskörper gebildet werden und ein additives Aufbauen komplexer Strukturen - gegebenenfalls mit dem erfindungsgemäßen Einbetten von Einsatzkörpern - vorgenommen werden. Hierdurch ist das Gesamtverfahren einfach und kostengünstig durchführbar. Insbesondere kommen beim Anfertigen einer komplexen Geometrie eines aufzubringenden Aufbaukörpers die Vorteile eines Neigens und somit verschieden angeordneter Rohmaterialschichten zum Tragen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Anordnen wenigstens eines ersten Einsatzkörpers an der ersten Basiskörper-Anschlussfläche oder an dem Werkstückträger und jeweils danach erfolgendes Anordnen der ersten Rohmaterialschicht o- der einer zweiten Rohmaterialschicht derart, dass die erste Rohmaterialschicht und/oder die zweite Rohmaterialschicht an den wenigstens einen Einsatzkörper angrenzt, vorgesehen. Dies erlaubt ein Einbetten des Einsatzkörpers in das zu fertigende Bauteil, indem der Einsatzkörper durch additives Aufbauen umbaut wird . Auch hierbei kommen insbesondere die Vorteile der Neigbarkeit zum Tragen, da hierdurch die erste Rohmaterialschicht und/oder die zweite Rohmaterialschicht in unterschiedlichen Orientierungen relativ zu dem Einsatzkörper positioniert werden können und anschließend verfestigt werden können. Das weiterführende additive Aufbauen des Basiskörpers um den Einsatzkörper herum und/oder das Anordnen des Aufbaukörpers ist somit auch bei Geometrien der Einsatzkörper mit Hinterschneidungen möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohmaterial eine pastöse Konsistenz aufweist und das Anordnen der Rohmaterialschicht bzw. der Rohmaterialschichten durch Ausbringen des Rohmaterials aus dem als Dosierkopf ausgebildeten Bearbeitungskopf, insbesondere durch Extrudieren, erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass ein einfaches Aufbringen des Rohmaterials in Form von Rohmaterialschichten ermöglicht wird. Beispielsweise sind die erste Rohmaterialschicht und/oder die zweite Rohmaterialschicht durch mäanderförmiges Abfahren der mit einer Rohmaterialschicht zu versehenden Anschlussfläche, insbesondere der Einsatzkörper-Anschlussfläche und/oder der Basiskörper-Anschlussfläche aufbringbar. Durch ein Neigen des Dosierkopfes wird zudem der Vorteil erzielt, die erste Rohmaterialschicht und/oder die zweite Rohmaterialschicht nicht lediglich orthogonal an die Anschlussfläche heranzuführen, sondern zudem das Rohmaterial seitlich insbesondere an den Einsatzkörper heranführen zu können und hierdurch die jeweilige Rohmaterialschicht in oder unter Hinterschneidungen des Einsatzkörpers zu platzieren, wo dies durch orthogonales Heranführen an die Anschlussfläche nicht möglich wäre. Hierdurch wird ein Einbetten der Einsatzkörper mit Hinterschneidungen erlaubt bzw. die Vielfalt einsetzbarer Einsatzkörper erhöht.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohmaterial eine flüssige Konsistenz aufweist und in einem Flüssigkeitsbad angeordnet ist, wobei das Anordnen der Rohmaterialschichten an der Oberfläche des Flüssigkeitsbads durch Neigen des Werkstückträgers und/oder durch Variation der Füllhöhe in dem Flüssigkeitsbad und/oder durch Variation der Höhenposition des Werkstückträgers relativ zu dem Flüssigkeitsbad erfolgt. Hierbei ist der Werkstückträger innerhalb des Flüssigkeitsbads angeordnet oder das Flüssigkeitsbad ist mit dem Werkstückträger verbunden. Durch Neigen des Werkstückträgers wird die Position des an dem Werkstückträger angeordneten Basisbauteils derart eingestellt, dass der gravitationsbedingt ebene Flüssigkeitsspiegel um die Schichtdicke der Rohmaterialschicht oberhalb bspw. der ersten Basiskörper-Anschlussfläche und/oder der Einsatzkörper-Anschlussfläche, insbesondere der Anschlussebene, angeordnet ist. Hierdurch ist die Rohmaterialschicht vielfältig positionierbar und in Hinterschneidungen von Einsatzkörpern hineinerstreckbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung, und wenn das Rohmaterial eine flüssige Konsistenz aufweist, ist vorgesehen, dass ein Bearbeitungskopf eine Strahlungsquelle aufweist, insbesondere eine Lichtquelle zur Erzeugung ultravioletten Lichtes, zum Initiieren oder Beschleunigen einer chemischen Reaktion, insbesondere einer Polymerisationsreaktion, des Rohmaterials eingerichtet ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass die angeordnete flüssige Rohmaterialschicht, die an der Oberfläche des Flüssigkeitsbads an dem ersten Basiskörper und/oder dem Einsatzkörper und/oder dem Aufbaukörper angeordnet ist, verfestigt wird und ein schichtweiser Additiver Aufbau möglich ist. Die Strahlungsquelle, insbesondere die Lichtquelle, ist zum punktuellen Einwirken in der Oberfläche des Flüssigkeitsbads, insbesondere in der jeweiligen Rohmaterialschicht, eingerichtet. Hierdurch kann die Verfestigung des flüssigen Rohmaterials örtlich begrenzt bewirkt werden. Eine etwaige Neigbarkeit des Bearbeitungskopfes mit der Strahlungsquelle hat hierbei den Vorteil, dass auch Hinterschneidungen des Basiskörpers und/oder von Einsatzkörpern mit der Strahlung oder dem Licht örtlich erreicht werden können und somit ein Initiieren oder Beschleunigen einer chemischen Reaktion, insbesondere einer Polymerisationsreaktion, möglich wird.
In einer in Bezug auf das Rohmaterial anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohmaterial eine pulverformige Konsistenz aufweist und der Bearbeitungskopf wenigstens eine zum Herstellen eines Verbundes, insbesondere zum Erhitzen und/oder Sintern und/oder Aufschmelzen des Rohmaterials, eingerichteten Bearbeitungskopf, insbesondere eine Strahlungsquelle, bspw. eine Laserlichtquelle, aufweist. Hierbei ist eine pulverformige Rohmaterialschicht durch thermische Einwirkung der Strahlenquelle, insbesondere der Laserlichtquelle verfestigbar. Somit ist aus dem pulverförmigen Rohmaterial eine schichtweise additive Formgebung des Bauteils, insbesondere des Basiskörpers, und/oder des Aufbaukörpers möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohmaterial als ein Pulverbad angeordnet ist, wobei das Anordnen der Rohmaterialschichten an der Oberfläche des Pulverbads durch Neigen des Werkstückträgers und/oder durch Variation der Füllhöhe in dem Pulverbad und/oder durch Variation der Höhenposition des Werkstückträgers relativ zu dem Pulverbad erfolgt. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Rohmaterialschicht aus dem pulverförmigen Rohmaterial dadurch angeordnet, dass der Werkstückträger mit dem darauf bereits befindlichen Basiskörper und/oder dem Einsatzkörper und/oder dem Aufbaukörper derart unterhalb der Oberfläche des Pulverbads positioniert wird, dass das pulverformige Rohmaterial mit einer Schichtdicke oberhalb der zu verbindenden Bauteilkomponente angeordnet ist.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist in dem Verfahren vorgesehen, dass Vibrationen an dem Pulverbad erzeugt werden und hierdurch die Oberfläche des Pulverbads, insbesondere während oder nach dem Anordnen in einer Rohmaterialschicht, geglättet wird. Dies hat den Vorteil, dass ein mechanisches Glattstreichen der Oberfläche des Pulverbads, beispielsweise mittels Rakel, entfallen kann. Die Vibrationen sind hierbei dazu eingerichtet, ein Verrutschen der Pulver- partikel relativ zueinander auf eine solche Art zu gewährleisten, dass das Pulverbad im Gravitationsfeld eine ebene und waagerechte Oberfläche annimmt. Ein weiterer Vorteil ist, dass auch komplexe Geometrien des Basiskörpers und/oder des Einsatzkörpers und/oder des Aufbaukörpers in dem Pulverbad weiter additiv aufgebaut werden können, auch wenn Komponenten aus der Oberfläche des Pulverbads herausragen, da die Vibration eine Bearbeitung durch ein die Oberfläche überstreichendes Werkzeug entbehrlich macht.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anordnen der Rohmaterialschicht bzw. der Rohmaterialschichten teilweise oder vollständig durch Ausbringen des Rohmaterials aus dem Bearbeitungskopf, insbesondere durch schwerkraftgefördertes Streuen oder durch Herausblasen aus einer Düse des Bearbeitungskopfes, erfolgt. Hierdurch ist unabhängig von einem Pulverbad oder einem Flüssigkeitsbad Rohmaterial, insbesondere die Rohmaterialschicht an ausgewählten Stellen platzierbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Schritt vorgesehen, gemäß dem ein teilweises oder vollständiges Entfernen des Basiskörpers vorgenommen wird. Dies hat den Vorteil, dass zumindest einem Teil des Basiskörpers die Funktion eines Stützmaterials für das zu erstellende Bauteil zukommen kann. Hierdurch wird insbesondere die Herstellung überkragender Geometrien eines Aufbaukörpers ermöglicht. Das teilweise oder vollständige Entfernen des Basiskörpers in Form des Stützmaterials erfolgt insbesondere als letzter Verfahrensschritt.
Die Aufgabe wird zudem durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren gemäß Anspruch 27 gelöst. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Werkstückträger und einen Bearbeitungskopf auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Neigen des Bearbeitungskopfes, insbesondere zum Neigen einer Düse oder eines Lichtstrahls des Bearbeitungskopfes, relativ zu dem Werkstückträger eingerichtet ist. Ebenso ist möglich, dass ergänzend oder alternativ die Vorrichtung zum Neigen des Werkstückträgers, insbesondere relativ zu dem Bearbeitungskopf, insbesondere relativ zu einer Düse oder einem Lichtstrahl des Bearbeitungskopfes, eingerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung auf einfache und kostengünstige Art die vorgenannten Vorteile fertigbarer Bauteile und der hierzu eingesetzten Verfahren erzielt.
In einer Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstückträger oder der Werkstückträger relativ zu dem Bearbeitungskopf entlang einer ersten Achse und/oder der Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstückträger oder der Werkstückträger relativ zu dem Bearbeitungskopf entlang einer zweiten Achse verfahrbar angeordnet ist, und dass die Vorrichtung zum Verändern der Orientierung der ersten Achse und/oder der zweiten Achse relativ zu dem Werkstückträger oder zum Verändern der Orientierung des Werkstückträgers relativ zu der ersten Achse und/oder der zweiten Achse eingerichtet ist. Hierdurch wird ermöglicht, Rohmaterialschicht verschiedener Orientierung relativ zu dem Basisbauteil und/oder zu dem Einsatzkörper und/oder zu dem Aufbaukörper abzufahren und hierbei eine hohe Oberflächengüte und Materialqualität der Rohmaterialschicht, insbesondere nach deren Verfestigung, zu erreichen. Dies wird durch die Anpassbarkeit der veränderlichen Orientierung der Achsen ermöglicht, da hierdurch ein von dem Bearbeitungskopf zu verfahrender Weg bzw. eine von dem Bearbeitungskopf abzufahrende schräge Fläche nicht durch ein gestuftes Abfahren feststehender Achsen erfolgen muss, sondern die physischen Achsen in ihrer Orientierung angepasst werden können. Dies kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer kippbarer Linearführungen realisiert sein, deren Verfahr-Rich- tungen der jeweiligen Orientierung der Achsen entsprechen kann. Alternativ oder in Kombination kann die Veränderlichkeit der Orientierung der Achsen auch mittels einer oder mehrerer Schwenkkinematik-Vorrichtungen und/oder mittels einer oder mehrerer Parallelkinematik-Vorrichtungen realisiert sein. Hierdurch ist beispielsweise auch ein kontinuierliches Abfahren von nichtkartesischen Trajektorien beim Aufbringen und/oder Verfestigen von Rohmaterial möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigen eine seitliche Querschnittansicht verschiedener aufeinanderfolgender Stadien bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, eine seitliche Querschnittsansicht eines Aufbauvorgangs eines Bauteils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, eine seitliche Querschnittsansicht durch verschiedene Stadien eines aufzubauenden Bauteils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine seitliche Querschnittsansicht durch ein aufzubauendes Bauteil in verschiedenen Stadien gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, eine seitliche Querschnittsansicht durch ein aufzubauendes Bauteil in unterschiedlichen Verfahrensstadien und zugehörigen Anordnungen, eine seitliche Querschnittsansicht durch ein aufzubauendes Bauteil gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Jede der Figuren 1 a bis 1d zeigt ein Verfahrensstadium bei der Fertigung eines Bauteils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 a zeigt in seitlicher Querschnittsansicht einen Werkstückträger 2, auf dem ein Basiskörper 4 in Form einer Stützstruktur aufgebaut wurde. Der Basiskörper 4 wird hierbei aus pulverformigen Rohmaterial durch lokales Sintern des Rohmaterials 6 aufgebaut. Hierzu ist auf der dem Werkstückträger abgewandten Seite des Basiskörpers eine formlose Rohmaterialschicht aufgebracht, die anschließend an den gewünschten Bereichen der Rohmaterialschicht verfestigt wird. Die dem Werkstückträger 2 abgewandte Seite des Basiskörpers 4 weist somit eine Basiskörper-Anschlussfläche 8 auf, auf der Rohmaterial aufbringbar und anschließend mittels selektivem Lasersintern oder Aufschmelzen sowohl verfestigbar, als auch zugleich mit dem bereits sich bis zu der Basiskörper-Anschlussfläche 8 erstreckenden Basiskörper 4 verbindbar ist.
Der in Figur 1 a dargestellte Basiskörper 4 hat die Funktion einer Stützstruktur, oberhalb derer ein Aufbaukörper 10 in weiteren Verfahrensschritten erzeugt werden soll. Die Stützstruktur ist hierbei gegenüber dem formlosen Zustand des Rohmaterials 6 zu einem derartigen Grad mittels Sintern verfestigt, dass der Basiskörper 4 zwar formstabil ist, insbesondere gegen Gravitationskräfte des später aufzubauenden Aufbaukörpers 10 widerstandsfähig ist, jedoch dabei weniger stark verfestigt ist als es bei dem Aufbaukörper 10 der Fall sein wird. Hierdurch ist die Stützstruktur in Form des Basiskörpers 4 nach der Vollendung des Aufbaues entfernbar, um die eigentliche Bauteilgeometrie schlussendlich bereitzustellen. Bei dem additiven Aufbauen des Basiskörpers 4, um zum Verfahrensstadium gemäß Figur 1 a zu kommen, sind in den Basiskörper 4 ein erster Hohlraum 12 und ein zweiter Hohlraum 14 angeordnet worden. Hierzu ist im Bereich des ersten Hohlraums 12 und des zweiten Hohlraums 14 das Rohmaterial 6 in Pulverform verblieben und kann anschließend, beispielsweise durch Absaugen oder sonstiges mechanisches Entfernen aus dem Basiskörper 4 entnommen werden. Alternativ können die Hohlräume auch in eine bestehende Stützstruktur des Basiskörpers 4 durch mechanische Bearbeitung beispielsweise durch Bohren oder Fräsen eingebracht werden.
Ausgehend von dem Verfahrensstadium gemäß Figur 1 a wird anschließend ein erster Einsatzkörper 16 an den Basiskörper 4 herangeführt und der erste Basiskörper in dem ersten Hohlraum 12 angeordnet. Der erste Einsatzkörper 16 ist hierbei separat gefertigt und weist somit besondere Eigenschaften der Oberflächengüte und/oder der Werkstoffeigenschaften und/oder der Maßgenauigkeit auf. Insbesondere ist der erste Einsatzkörper 16 mittels spanender Bearbeitungsverfahren bearbeitet worden, etwa Drehen und/oder Fräsen. Der erste Einsatzkörper 16 weist hierbei eine geringere Größe als die Abmessung des ersten Hohlraums 12 auf, so dass der erste Einsatzkörper 16 in dem ersten Hohlraum 12 ausgerichtet wird und anschließend durch Einbringen von pulverförmigem Rohmaterial 6 in dem ersten Hohlraum 12 fixiert wird. Der erste Einsatzkörper 16 weist hierbei eine erste Einsatzkörper-Anschlussfläche 18 auf, die beim Anordnen des ersten Einsatzkörpers 16 parallel zu der Basiskörper-Anschlussfläche 8 ausgerichtet wird und derart ausgerichtet wird, dass die erste Einsatzkörper-Anschlussfläche 18 mit der Basiskörper-Anschlussfläche 8 in einer gemeinsamen Anschlussebene 20 liegen.
Zudem wird ein zweiter Einsatzkörper 22 in dem zweiten Hohlraum 14 angeordnet. Hierbei erstreckt sich der zweite Einsatzkörper mit seiner Länge durch den gesamten Basiskörper 4 und durch den Werkstückträger 2 hindurch und wird an dem Werkstückträger 2 durch eine Befestigungseinrichtung 24 relativ zu dem Basiskörper 4 fixiert.
Der zweite Einsatzkörper 22 weist hierbei eine zweite Einsatzkörper-Anschlussfläche 26 auf. Die zweite Einsatzkörper-Anschlussfläche 26 wird hierbei parallel zu der Basiskörper-Anschlussfläche 8 sowie parallel zu der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche 18 in der Anschlussebene 20 angeordnet.
Die Ausrichtung des ersten Einsatzkörpers 16 und des zweiten Einsatzkörpers 22 erfolgt gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Mess- und/oder Kalibriereinrichtungen, um gegebenenfalls eine besonders präzise Ausrichtung des ersten Einsatzkörpers 16 und des zweiten Einsatzkörpers 22 zueinander zu gewährleisten.
Nach diesen Verfahrensschritten ist das Verfahrensstadium gemäß Figur 1 b geschaffen worden.
Auf den Basiskörper 4 in Form der Stützstruktur sowie auf den ersten Einsatzkörper 16 und den zweiten Einsatzkörper 22 ist nunmehr ein Aufbaukörper 10 mittels des additiven Verfahrens aufbaubar. Hierzu wird eine erste Rohmaterialschicht oberhalb der Anschlussebene 20 im Kontakt mit dem Basiskörper 4 und den Einsatzkörpern 16, 18 aufgetragen und geglättet, insbesondere unter Zuhilfenahme eines Rakels. Anschließend wird die Rohmaterialschicht mittels des Lasers verfes- tigt und somit eine zusammenhängende erste Schicht des Aufbaukörpers 10 erzeugt. Diese erste verfestigte Schicht des Aufbaukörpers 10 ist sowohl mit dem Basiskörper 4, als auch mit dem ersten Einsatzkörper 16 und dem zweiten Einsatzkörper 22 stoffschlüssig mittels Sintern verbunden worden. Durch weiteres Aufbauen des Aufbaukörpers durch sukzessives Auftragen weiterer Rohmaterialschichten und Sintern der jeweiligen Rohmaterialschicht ist der Aufbau körper 10 in einer grundsätzlich beliebigen Geometrie weiter aufbaubar und vollendbar. Ein fertiggestellter Aufbaukörper, welcher oberhalb des Aufbaus gemäß Figur 1 b durch additives Fertigen hinzugefügt wurde, ist in Figur 1 c ersichtlich. Gemäß Figur 1 c ist das Bauteil 28 bereits vollständig aufgebaut, jedoch noch weiterhin mit dem Basiskörper 4 verbunden. Nach dem Entfernen des Bauteils 28 von dem Werkstückträger sowie nach gegebenenfalls notwendigem Entfernen etwaig noch vorhandenen Rohmaterials ist der Basiskörper 4 - der vorliegend lediglich eine Stützstruktur bildet - von dem Bauteil 28 durch mechanische Bearbeitung einfach entfernbar. Figur 1d zeigt, dass im Ergebnis entstandene Bauteil 28, bei dem einerseits der erste Einsatzkörper 16 und der zweite Einsatzkörper 22 präzise zueinander ausgerichtet angeordnet sind und zudem als nunmehr integrale Bestandteile des fertigen Bauteils 28 mit dem Aufbaukörper 10 verbunden sind, welcher wiederum Bestandteil des Bauteils 28 ist.
Alternativ oder zusätzlich ist ebenfalls möglich, den ersten Einsatzkörper 16 und den zweiten Einsatzkörper 22 auf verschiedenen Höhenniveaus in den Basiskörper 4 nacheinander anzuordnen. Hierzu wird zunächst der erste Hohlraum 12 in den Basiskörper 4 eingebracht und eine weitere Rohmaterialschicht mit dem Basiskörper 4 und der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche 18 verbunden und somit der Basiskörper und/oder der Aufbau körper 10 aufgebaut. In einer anderen Basiskörper-Anschlussfläche 8, die durch das Aufbauen weiterer Materialschichten entsteht, ist dann der zweite Hohlraum 14 einbringbar, soweit dieser nicht bereits mit dem weiteren Aufbau des Basiskörpers integral gefertigt wurde und in diesen zweiten Hohlraum 14 der zweite Einsatzkörper 22 einsetzbar und in dieser Basiskörper-Anschlussfläche 8 mittels einer weiteren Rohmaterialschicht mit dem Basiskörper und/oder mit dem Aufbaukörper verbindbar. Die Figuren 2a bis 2e zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsge- mäßen Verfahrens. Hierbei wird wiederum ein Basiskörper 30 aufgebaut, bis das Stadium gemäß Figur 2a erreicht ist. Um den Basiskörper 30 herum ist auf dem Werkstückträger 2 un verfestigtes pulverförmiges Rohmaterial 6 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Basiskörper 30 bereits ein Teil der zu erzeugenden Gesamtgeometrie des im Ergebnis gemäß Figur 2e zu erzeugenden Bauteils 32.
Der Basiskörper 30 gemäß Figur 2a weist wiederum eine Basiskörper-Anschlussfläche 34 auf, die im Ergebnis durch den vorherigen schichtweisen additiven Aufbau eben ausgestaltet ist.
Figur 2b zeigt, dass für das weitere verfahrensgemäße Vorgehen an dem Werkstückträger 2 ein Pulverbad 36 angeordnet wird, in welchem das pulverförmige Rohmaterial 6 vorliegt. Die Oberfläche 38 des Pulverbads 36 wird hierbei waagerecht angeordnet. Gegebenenfalls sind an dem Pulverbad 36 Vibrationen erzeugbar, mittels denen eine glatte Oberfläche 38 erzeugbar ist. In einem solchen Fall ist eine Glättung der Oberfläche 38 mittels mechanischen Mitteln wie beispielsweise einem Rakel entbehrlich.
Der Werkstückträger 2 mit dem darauf angeordneten Basiskörper 30 ist zudem gemäß Figur 2b geneigt angeordnet, so dass die bereits erzeugte Basiskörper-Anschlussfläche 34 des Basiskörpers 30 und die Oberfläche 38 des Pulverbads 36 nunmehr um einen Neigungswinkel 40 relativ zueinander geneigt sind. Somit wird in den Randbereichen des Pulverbads 36 (in Figur 2b also auf der linken Seite) eine Rohmaterialschicht schräg relativ zu dem Basiskörper 30 angeordnet. Durch lokales Verfestigen der Rohmaterialschicht oberhalb der Basiskörper-Anschlussfläche 34 ist somit abschnittsweise ein Aufbaukörper 42 erzeugbar, wobei der entstehende Aufbaukörper 42 um den Neigungswinkel 40 geneigt mit neuen Materialschichten versehen wird. Hierdurch wird eine gute Oberflächengüte erzielt, da eine derart erzeugte zusammenhängend verfestigte Rohmaterialschicht nach dem Verfestigen keinerlei Abstufungen enthält, wie dies der Fall wäre, wenn eine schräge Außenfläche eines zu erzeugenden Aufbaukörpers ohne Einstellen des Neigungswinkels entstehen würde. Figur 2c zeigt ein entsprechendes Neigen des Werkstückträgers 2 mit dem Basiskörper 30 in eine andere Richtung, im Übrigen jedoch entsprechend der Figur 2b.
Nach einem sukzessiven Aufbauen von Schichten unter entsprechenden Neigungswinkeln ist ein gemäß Figur 2d gezeigtes Bauteil 32 hergestellt. Hierbei ist auch das Aufbringen weiterer Schichten ohne einen Neigungswinkel 40 durchführbar.
Durch Aufbringen von Rohmaterialschichten unter verschiedenen Neigungswinkeln 40 und jeweiliges selektives Verfestigen des Rohmaterials 6 sind somit grundsätzlich Bauteile 32 mit beliebig vielen und in beliebigen Neigungswinkeln 40 zueinander angeordneten Schrägen 42 herstellbar. Durch entsprechend feinglied- riges Kombinieren von Außenwandungen in unterschiedlichen Neigungswinkeln 40 sind somit polyederartige Oberflächen erzeugbar und somit kontinuierliche gebogene Konturen sehr gut mit hoher Oberflächengüte annäherbar, insbesondere mit Vermeidung von Treppenstrukturen an den Außenwandungen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 3a bis 3f ist an einem Werkstückträger 2 ein Basiskörper 44 mittels additiver Fertigung oder mittels Einbringen des Basiskörpers 44 möglich. Auf einen solchen Basiskörper 44 gemäß der Abbildung in Figur 3a wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein erster Einsatzkörper 46 und ein zweiter Einsatzkörper 48 auf der Basiskörper-Anschlussfläche 50 platziert. Hierzu weist der erste Einsatzkörper 46 eine erste Einsatzkörper- Anschlussfläche 52 auf. Der zweite Einsatzkörper 48 weist eine zweite Einsatzkörper-Anschlussfläche 54 auf.
Die Anordnung des ersten Einsatzkörpers 46 erfolgt durch gegengerichtetes Auflegen der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche 52 auf die Basiskörper-Anschlussfläche 50, und das Auflegen des zweiten Einsatzkörpers 48 erfolgt durch gegengerichtetes Anordnen der zweiten Einsatzkörper-Anschlussfläche 54 an der Basiskörper-Anschlussfläche 50. Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel nicht not- wendigerweise ein Hohlraum wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Basiskörper 44 hergestellt oder eingebracht. Daher ist auf einfache Art und Weise eine Platzierung und Ausrichtung der Einsatzkörper 46, 48 möglich.
Anschließend erfolgt ausgehend von dem Verfahrensstadium gemäß Figur 3b das weitere additive Aufbauen des Basiskörpers 44 und das additives Anordnen einer ersten Rohmaterialschicht auf der Basiskörper-Anschlussfläche 50. Diese erste Rohmaterialschicht erstreckt sich somit über die Basiskörper-Anschlussfläche 50 und grenzt seitlich an den ersten Einsatzkörper 46 und an den zweiten Einsatzkörper 48 an. Durch sukzessives additives Auftragen und jeweiliges Verfestigen weiterer Rohmaterialschichten sind der erste Einsatzkörper 46 und der zweite Einsatzkörper 48 nach diesem Verfahrensschritt gemäß dem Verfahrensstadium 3e in das fertiggestellte Bauteil 56 integriert. In diesem Sinne ist der im Verhältnis zu den Figuren 3a sowie 3b hinzugefügte Höhenbereich des Bauteils 56 der additiv aufgebaute und mit dem ersten Basiskörper 44 und mit den Einsatzkörpern 46, 48 verbundene Aufbaukörper 58.
Gemäß der Figuren 3d und 3e kann das Aufbauen des Aufbaukörpers 58 gemäß der Technik des zweiten Ausführungsbeispiels (vgl. Figuren 2a bis 2e) durch entsprechendes Neigen des Werkstückträgers und/oder eines Bearbeitungskopfes 60 erfolgen. Hierdurch ist wiederum eine gute Zugänglichkeit von Hinterschneidungen des ersten Einsatzkörpers 46 und des zweiten Einsatzkörpers 48 möglich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen derartige Hinterschneidungen in Form von Hohlkehlen 62 in der Geometrie des ersten Einsatzkörpers 46 und des zweiten Einsatzkörpers 48 vor. Die Hohlkehlen 62 des ersten Einsatzkörpers 46 und des zweiten Einsatzkörpers 48 haben in Verbindung mit der verfahrensgemäßen Vorgehensweise den Vorteil, dass durch das Hineinerstrecken der additiv aufeinander aufbauenden Rohmaterialschichten und durch deren Verfestigung die Einsatzkörper 46, 48 stabil und sicher in dem Bauteil 56 angeordnet werden.
Im Falle, dass ein pulverförmiges Rohmaterial 6 zum Einsatz kommt, ist an dem Werkstückträger 2 wiederum ein Pulverbad 36 gemäß dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen. In einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 4a bis 4c ist vorgesehen, dass der Basiskörper 64 durch ein vorgefertigtes Basisbauteil gebildet wird, welches in seinem vorgefertigten Zustand an den Werkstückträger 2 herangeführt und dort angeordnet wird. Das Basisbauteil kann hierzu mittels anderer Fertigungsverfahren hergestellt sein, insbesondere mittels spanabhebender Fertigungsverfahren, beispielsweise Drehen, Fräsen, oder urformenden Verfahren, beispielsweise Gießen. Im Übrigen ist der durch ein Basisbauteil gebildete Basiskörper 64 im Grundsatz vergleichbar mit dem gemäß den anderen Ausführungsbeispielen hergestellten Basiskörpern 4, 30, 44, insbesondere weist auch der Basiskörper 64 eine Basiskörper-Anschlussfläche 66 auf. Ausgehend von der Basiskörper-Anschlussfläche 66 ist die sinngemäße Anwendung der Vorgehensweise gemäß der übrigen Ausführungsbeispiele möglich. Hierdurch ist das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeiteffektiver, da die vergleichsweise einfache Geometrie des als Basiskörper 64 eingesetzten vorgefertigten Basisbauteils das Aufbauen dieses Basisbauteils mittels additiver Verfahren entbehrlich macht und somit die Effizienz steigert.
Im Grundsatz ist im weiteren Vorgehen somit ebenfalls ein Aufbaukörper 68 nun auf der Basiskörper-Anschlussfläche 66 aufbauend additiv herstellbar.
Insbesondere durch das in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eingeführte Neigen des Werkstückträgers 2 relativ zu dem Bearbeitungskopf 70 sind auch schwer zugängliche Stellen des Basiskörpers 64 einem additiven Aufbauen zusätzlicher Strukturen zugänglich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gemäß Figur 4b an zwei gegenüberliegenden Seiten des Basiskörpers 64 jeweils ein Anbaukörper 72 additiv angebaut. Das im Ergebnis entstehende vom Werkstückträger entfernbare Bauteil 74 gemäß Figur 4c ist somit einerseits einfach und kostengünstig herstellbar und zugleich mit komplexen Geometrien durch additiven Aufbau von Aufbaukörpern 68 und/oder Anbaukörpern 72 herstellbar.
Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 5a bis 5e zeigt einen komplexer geformten Basiskörper 76, welcher Hinterschneidungen 78 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kommt ein flüssiges Rohmaterial 6 zum Einsatz, welches in Form eines Flüssigkeitsbades 80 an dem Werkstückträger 2 angeordnet ist. Entsprechend den vorhergehenden Ausführungen zu einem Pulverbad 36 stellt sich auch bei dem Flüssigkeitsbad 80 eine Oberfläche 82 des Flüssigkeitsbades 80 ein.
Durch Justieren der Neigung des Werkstückträgers 2 und durch Variation der Füllhöhe in dem Flüssigkeitsbad 80 werden verschiedene Anordnungen von Rohmaterialschichten auf dem Basiskörper 76 vorgenommen. Die jeweiligen Rohmaterialschichten sind dabei aufgrund der Neigbarkeit des Werkstückträgers 2 und/oder des Bearbeitungskopfes 84 lokal verfestigbar. Hierdurch ist wiederum ein Aufbau komplexer Strukturen mittels eines additiven Schichtens verschiedener Rohmaterialschichten und damit das Herstellen komplexer Aufbaukörper möglich.
Der Bearbeitungskopf weist hierbei eine Strahlungsquelle in Form einer Lichtquelle zur Erzeugung des ultravioletten Lichtes 86 auf. Durch die Neigbarkeit des Bearbeitungskopfes 84 ist das ultraviolette Licht 86 in die Hinterschneidungen 78 für ein selektives Verfestigen des Rohmaterials 6 einbringbar.
Somit sind durch das Verfahren gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel Bauteile gemäß der Figur 5e mit Hohlräumen und Hinterschneidungen 78 unkompliziert herstellbar.
In einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung findet gemäß Figur 6a das Anordnen der Rohmaterialschicht bzw. der Rohmaterialschichten durch Ausbringen des Rohmaterials aus dem Bearbeitungskopf 88 statt. Hierdurch ist ein lokales Aufbauen von Aufbaukörpern möglich. Hierbei kommt die Neigbarkeit des Bearbeitungskopfes 88 zum Tragen, durch den pul verförmiges Rohmaterial 6 lokal und auch in Hinterschneidungen oder unter Vorsprünge aufgebracht wird. Zum selektiven Sintern oder Aufschmelzen der jeweiligen Rohmaterialschicht ist ein Laserlichtstrahl 90 in dem Bearbeitungskopf 88 erzeugbar oder von diesem umlenkbar oder alternativ separat zu dem Bearbeitungskopf 88 angeordnet. Dabei ist der Laserlichtstrahl 90 wiederum neigbar gegenüber dem Werkstückträger 2 zum selektiven Verfestigen der Rohmaterialschichten auch in Hinterschneidungen 78 o- der unter Vorsprüngen. Hierdurch ist auch auf Grundlage von pulverförmigen Roh- materialien 6 auf einfache und kostengünstige Weise, insbesondere mit der Entbehrlichkeit eines Pulverbads 36, eine komplexe Geometrie als Aufbaukörper erzeugbar.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den folgenden Schritten: a. Additives Aufbauen eines ersten Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) aus einem Rohmaterial (6) an einem Werkstückträger (2) oder Anordnen eines vorgefertigten Basisbauteils als ein erster Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) an dem Werkstückträger (2),
b. Additives Aufbringen und Verfestigen einer Rohmaterialschicht auf dem Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76), wobei
mittels einer selektiven Wärmequelle das Material des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) an einem Aufschmelzort auf einer ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) lokal derart verflüssigt wird, dass ein lokal begrenztes Schmelzbad in der im Übrigen festen ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) erzeugt wird, und wobei anschließend pulverför- miges Rohmaterial (6) an das Schmelzbad herangeführt wird,
und/oder
mittels einer selektiven Wärmequelle das pulverförmige Rohmaterial (6) zu tröpfchenförmigem Rohmaterial (6) verflüssigt wird und das verflüssigte tröpfchenförmige Rohmaterial (6) an eine feste erste Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) herangeführt wird.
2. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Wärmequelle eine Temperatur des pulver- förmigen Rohmaterials (6) und/oder des tröpfchenförmigen Rohmaterials (6) und der Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) oder des Schmelzbades zum Eingehen einer Sinterverbindung zwischen dem aufgebrachten Rohmaterial (6) und dem Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) hergestellt wird.
3. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des pulverförmigen Rohmaterials (6) in das Schmelzbad eingebettet wird. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des pulverförm igen Rohmaterials (6) in dem Schmelzbad ganz oder teilweise aufgeschmolzen wird.
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (6) aus einem Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) an den Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76), insbesondere an das Schmelzbad und/oder an die erste Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66), herangeführt, insbesondere schwerkraftgefördert und/oder mittels einer Düse auf die Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) aufgebracht wird.
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (6) zwischen dem Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) und dem Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) während einer Flugphase verflüssigt wird, insbesondere mittels eines oder mehrerer Laserlichtstrahlen (90).
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den folgenden Schritten: a. Additives Aufbauen mindestens eines Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) an einem Werkstückträger (2), wobei der Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) aus einem Rohmaterial (6) aufgebaut wird, und wobei in oder neben den Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) wenigstens ein Hohlraum (12) durch das additive Aufbauen integriert und/oder durch nachträgliches Bearbeiten des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) oder Entfernen von Teilen des Pulverbads eingebracht wird,
b. Anordnen eines ersten vorgefertigten Einsatzkörpers (16) in dem wenigstens einen Hohlraum (12),
c. additives Aufbauen eines mit dem ersten Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) und mit dem ersten Einsatzkörper (16) verbundenen Aufbaukörpers (10, 42, 58, 68), insbesondere mittels Aufbringens wenigstens einer Rohmaterialschicht. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) eine erste Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) aufweist.
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Neigen des ersten Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) durch Neigen des Werkstückträgers (2) relativ zu einem Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88), mittels welchem die erste Rohmaterialschicht angeordnet und/oder oder mittels welchem auf die erste Rohmaterialschicht zur Schichtbildung, insbesondere chemisch und/oder thermisch, eingewirkt wird, und/oder Neigen des Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88) relativ zu dem Werkstückträger (2).
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Anordnen einer zweiten Rohmaterialschicht des Rohmaterials (6) auf den Werkstückträger (2) und/oder auf eine zweite Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) des ersten Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76).
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den folgenden Schritten: a. Anordnen einer ersten Rohmaterialschicht eines Rohmaterials (6) auf einen Werkstückträger (2) und/oder auf eine erste Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) eines an einem Werkstückträger (2) angeordneten ersten Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76),
b. Neigen des ersten Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) durch Neigen des Werkstückträgers (2) relativ zu einem Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88), mittels welchem die erste Rohmaterialschicht angeordnet und/oder oder mittels welchem auf die erste Rohmaterialschicht zur Schichtbildung, insbesondere chemisch und/oder thermisch, eingewirkt wird, und/oder Neigen des Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88) relativ zu dem Werkstückträger (2). c. Anordnen einer zweiten Rohmaterialschicht des Rohmaterials (6) auf den Werkstückträger (2) und/oder auf eine zweite Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) des ersten Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76).
12. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder nach Anspruch 1 1 , gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Einbringen wenigstens eines Hohlraums (12) in oder neben den Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) durch Integrieren des Hohlraums (12) bei ei- ner Herstellung des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76) durch additives
Aufbauen und/oder durch nachträgliches Bearbeiten des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76).
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 7 bis 10 oder nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Anordnen eines ersten vorgefertigten Einsatzkörpers (16, 46) in dem wenigstens einen Hohlraum (12) oder an dem Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76), insbesondere an der ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) oder der zweiten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66).
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 7 bis 10 oder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einsatzkörper (16, 46) während des Einsetzens eine vorgefertigte Einsatzkörper-Anschlussfläche (18, 52) aufweist oder nach seinem Anordnen mit einer ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche (18, 52) durch additives Auftragen versehen wird.
Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 7 bis 10 oder nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer des wenigstens einen Einsatzkörpers (16, 46), insbesondere ein Teil von dessen vorgefertigter Einsatzkörper-Anschlussfläche (18, 52) und/oder ein Teil von dessen sonstiger Oberfläche, mittels eines nicht additiven Verfahrens nach DIN 8580, insbesondere mittels Fräsen und/oder Drehen und/oder Prägen und/oder Tiefziehen und/oder Blechbiegen und/oder Schmieden, hergestellt ist.
16. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche
7 bis 10 oder nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Additives Aufbauen eines mit dem ersten Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) und mit dem ersten Einsatzkörper (16, 46) verbundenen Aufbaukörpers (10, 42, 58, 68).
17. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche
8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) eben ausgebildet ist. 18. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche
14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einsatzkörper-Anschlussfläche (18, 52) eben ausgebildet ist.
19. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 17 oder 18 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einsatzkörper-Anschlussfläche (18, 52) relativ zu der ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) in einer gemeinsamen Anschlussebene (20) angeordnet wird o- der eine erste Einsatzkörper-Anschlussfläche (18) an dem bereits in dem Hohlraum (12) angeordneten ersten Einsatzkörper (16, 46) additiv formgebend derart aufgebracht wird, dass die erste Einsatzkörper-Anschlussfläche (18) mit der Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) in einer gemeinsamen Anschlussebene (20) angeordnet ist.
20. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach Anspruch 19, ge- kennzeichnet durch Anordnen einer in der Anschlussebene (20) liegenden ebenen ersten Rohmaterialschicht auf der ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) und der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche (18), wobei die erste Rohmaterialschicht sich um ihre Schichtdicke in Richtung einer ersten Aufbaurichtung orthogonal von der Anschlussebene (20) weg erstreckt. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) und der ersten Rohmate- rialschicht und/oder zwischen der ersten Rohmatenalschicht und der ersten Einsatzkörper-Anschlussfläche (18), insbesondere mittels Sintern oder Laserstrahlschmelzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rohmaterialschicht relativ zu der ersten Rohmaterialschicht um einen Neigungswinkel (40) geneigt angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgefertigtes Basisbauteil an dem Werkstückträger (2) angeordnet wird und den Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) bildet oder der Basiskörper (4, 30, 44, 64, 76) mittels additiver Fertigung zuvor an dem Werkstückträger (2) aufgebaut worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 23, gekennzeichnet durch Anordnen wenigstens eines ersten Einsatzkörpers (16, 46) an der ersten Basiskörper-Anschlussfläche (8, 34, 50, 66) oder an dem Werkstückträger (2) und jeweils danach erfolgendes Anordnen der ersten Rohmaterialschicht oder einer zweiten Rohmaterialschicht derart, dass die erste Rohmaterialschicht und/oder die zweite Rohmaterialschicht an den wenigstens einen ersten Einsatzkörper (16, 46) angrenzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial eine pastöse Konsistenz aufweist und das Anordnen der Rohmaterialschicht bzw. der Rohmaterialschichten durch Ausbringen des Rohmaterials (6) aus dem als Dosierkopf (60, 70) ausgebildeten Bearbeitungskopf, insbesondere durch Extrudieren, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (6) eine flüssige Konsistenz aufweist und in einem Flüssigkeitsbad (80) angeordnet ist, wobei das Anordnen der Rohmaterial- Schichten an der Oberfläche (82) des Flüssigkeitsbads (80) durch Neigen des Werkstückträgers (2) und/oder durch Variation der Füllhöhe in dem Flüssigkeitsbad (80) und/oder durch Variation der Höhenposition und/oder Nei- gung des Werkstückträgers (2) relativ zu dem Flüssigkeitsbad (80) erfolgt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) eine Verfestigung des Rohmaterials (6) bewirkt, insbesondere chemisch durch UV-Polymerisation, beispielsweise mittels ei- ner Strahlungsquelle des Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88), insbesondere einer Lichtquelle zur Erzeugung ultravioletten Lichtes (86).
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (6) eine pulverförmige Konsistenz aufweist und der Bearbeitungskopf (60, 70, 88) wenigstens eine zum Herstellen eines Verbunds, insbesondere zum Erhitzen und/oder Sintern und/oder Aufschmelzen des Rohmaterials (6), eingerichteten Bearbeitungskopf, insbesondere eine Strahlenquelle, beispielsweise eine Laserlichtquelle, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (6) als ein Pulverbad (36) ausgebildet ist, wobei das Anordnen der Rohmaterialschichten an der Oberfläche (38) des Pulverbads (36) durch Neigen des Werkstückträgers (2) und/oder durch Variation der Füllhöhe in dem Pulverbad (36) und/oder durch Variation der Höhenposition des Werkstückträgers (2) relativ zu dem Pulverbad (36) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass Vibrationen an dem Pulverbad (36) erzeugt werden und hierdurch die Oberfläche des Pulverbads (36), insbesondere während oder nach dem Anordnen einer Rohmaterialschicht, geglättet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24 oder einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen der Rohmaterial- schlicht bzw. der Rohmaterialschichten teilweise oder vollständig durch Ausbringen des Rohmaterials (6) aus dem Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88), insbesondere durch schwerkraftgefördertes Streuen oder durch Herausblasen aus einer Düse des Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88), erfolgt.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
teilweises oder vollständiges Entfernen des Basiskörpers (4, 30, 44, 64, 76).
33. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 31 , wobei die Vorrichtung einen Werkstückträger (2) und einen Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Neigen des Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88), insbesondere zum Neigen einer Düse oder eines Lichtstrahls (90) des Bearbeitungskopfes
(60, 70, 84, 88), relativ zu dem Werkstückträger (2) eingerichtet ist und/oder dass die Vorrichtung zum Neigen des Werkstückträgers (2) relativ zu dem Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88), insbesondere relativ zu einer Düse oder einem Lichtstrahl (90) des Bearbeitungskopfes (60, 70, 84, 88), eingerichtet ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) relativ zu dem Werkstückträger (2) oder der Werkstückträger (2) relativ zu dem Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) entlang einer ersten Achse und/oder der Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) relativ zu dem Werkstückträger (2) oder der Werkstückträger (2) relativ zu dem Bearbeitungskopf (60, 70, 84, 88) entlang einer zweiten Achse verfahrbar angeordnet ist, und dass die Vorrichtung zum Verändern der Orientierung der ersten Achse und/oder der zweiten Achse relativ zu dem Werkstückträger (2) o- der zum Verändern der Orientierung des Werkstückträgers (2) relativ zu der ersten Achse und/oder der zweiten Achse eingerichtet ist.
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