EP3873692A1

EP3873692A1 - Verfahren zum entfernen einer stützstruktur sowie werkzeug hierfür

Info

Publication number: EP3873692A1
Application number: EP19798037.8A
Authority: EP
Inventors: Frank WEINGAERTNER; Fabio Augusto Wosniak; Patrick Matt; Mariana CABRERA
Original assignee: Extrude Hone GmbH
Current assignee: Extrude Hone GmbH
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-09-08
Also published as: US20220001472A1; DE102018127023B4; WO2020089303A1; DE102018127023A1

Abstract

Ein Verfahren zum Entfernen einer Stützstruktur (18) in einem durch additive Fertigung hergestellten Bauteil (10) sieht vor, dass in eine Druckkammer (28) eingebrachtes explosives Gas gezündet wird, wobei zusätzlich in der Kammer noch eine Gasführungseinrichtung vorgesehen ist, mit der die Flammfront in den Hohlraum (12) geleitet wird. Zudem ist ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Description

Verfahren zum Entfernen einer Stützstruktur sowie Werkzeug hierfür

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Stützstruktur in einem Hohlraum eines durch additive Fertigung hergestellten Bauteils aus Metall.

Durch additive Fertigung können nun Bauteile hergestellt werden, welche bislang nicht herstellbare Hohlräume in ihrem Inneren aufweisen. Additive

Fertigungsverfahren zeichnen sich üblicherweise durch einen schichtweisen Aufbau aus.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem eine Stützstruktur in einem Hohlraum eines durch ein beliebiges additives Fertigungsverfahren hergestellten metallenen Bauteils auf einfache Weise entfernt werden kann. Solche

Stützstrukturen werden mit gefertigt, wenn das Bauteil erzeugt wird, um während des Fertigungsverfahrens eine ausreichende Stabilität der noch nicht vollständigen Wände zu erreichen. Solche Stützstrukturen kann man sich vereinfacht wie Säulen vorstellen, die die Wand einer Höhle abstützen. Im Stand der Technik gibt es Überlegungen, wie solche Stützstrukturen entfernt werden können, denn sie sollen den Hohlraum nicht einschränken, sondern nur als temporäre Stützstruktur fungieren. Das bedeutet, das fertige Bauteil weist diese Stützstrukturen nicht mehr auf.

Unter dem Begriff „Stützstruktur“ werden im Folgenden auch mehrere voneinander entfernte körperliche Verbindungsstrukturen, insbesondere sogar alle im Hohlraum vorhandenen Stützstrukturen, die zu entfernen sind, verstanden.

Aus der DE 10 2016 115 674 A1 ist ein Verfahren zum Entfernen einer Stützstruktur bekannt, bei welchem die Stützstruktur zuerst am Übergang zur angrenzenden Wand durch einen abrupten Wärmeimpuls zerstört wird. Der Rest der Stützstruktur wird dann mechanisch entfernt. Die US 9 808 865 B2 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Entfernen einer Stützstruktur, welches mit einer gasbefüllten Kammer arbeitet, in welcher wiederum das Bauteil untergebracht ist. Die Kammer wird mit einem Gasgemisch gefüllt. Dabei ist auch der Hohlraum mit diesem Gasgemisch ausgefüllt, sodass durch Entzünden des Gasgemisches im Hohlraum eine Flamme erzeugt wird, die die Stützstruktur verbrennt. Bei größeren Stützstrukturen werden mehrere Arbeitsgänge, das heißt mit mehrfachem Befüllen der Kammer und Zünden des Gasgemisches durchgeführt, um die Stützstrukturen vollständig zu entfernen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Entfernen von Stützstrukturen zu schaffen, mit dem relativ viel Volumen an Stützstruktur entfernt werden kann und darüber hinaus bei gleicher, sich in der Kammer befindlicher Energiemenge mehr Material an Stützstruktur entfernt werden kann.

Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Schritten gelöst:

Einbringen des Bauteils in eine durch Wände begrenzte Druckkammer,

Positionieren zumindest einer Gasführungseinrichtung vor zumindest eine in den Hohlraum führende Öffnung im Bauteil,

Befüllen der Druckkammer und des Hohlraums mit einem explosiven Gas und Sauerstoff bei einem Sauerstoffüberschuss, und

Zünden des Gases in der Druckkammer und Verdampfen der Stützstruktur im Hohlraum mittels des verbrennenden Gases.

Die Gasführungseinrichtung, welche zusätzlich in die Druckkammer eingebracht wird (als ein extra Teil), sorgt für eine erhöhte Gasströmung zu/aus dem Hohlraum und damit im Hohlraum, die sich positiv auf den Verdampfungsvorgang im Hohlraum auswirkt. Dadurch wird faktisch mehr Energie im Hohlraum genutzt, um die Stützstrukturen zu verdampfen. Ferner ist die Geschwindigkeit des heißen Gases und der Flammfront im Hohlraum größer als bislang, was das Entfernen der Stützstruktur erheblich verbessert. Somit kann in derselben Kammer, die einem begrenzten Beladedruck ausgesetzt werden kann, ein Bauteil bearbeitet werden, bei dem eine größere Masse an Stützstruktur entfernt wird als dies bislang möglich war. Es können so größere Bauteile und mehr Stützstrukturvolumen bearbeitet werden, ohne dass der sogenannte Beladedruck erhöht wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein explosionsfähiges Gasgemisch über eine externe Energiequelle gezündet. Der Prozess läuft adiabat ab, d. h. da das Volumen durch das Kammervolumen konstant ist, erfolgt je nach Energieinhalt des Gases, des Ladedrucks der Gase und des gewählten Mischungsverhältnisses von Gas zu Sauerstoff bei Sauerstoffüberschuss ein schlagartiger Anstieg von Druck und Temperatur in der Kammer. Die Reaktion verläuft exotherm.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine ausreichende Energiemenge bereit, um die zu entfernenden Stützstrukturen auf Schmelztemperatur und auf Verdampfungstemperatur zu erhitzen, wobei der vorhandene Sauerstoffüberschuss nicht nur das Verbrennen des Gases, sondern auch noch eine Oxidation der zu entfernenden Stützstrukturen ermöglicht.

Die zu entfernenden Stützstrukturen sind üblicherweise immer so ausgebildet, dass sich im Hohlraum an den Stützstrukturen ein Hitzestau bilden kann, d. h. die Oberfläche ist ausreichend groß, um viel Energie aus der Umgebung aufzunehmen. Ferner sollte das Volumen der Stützstruktur klein genug sein, um den Hitzestau zu erreichen und möglichst wenig Energie abzuführen und um das Material auf ausreichende Temperatur für die Verdampfung zu bringen. Die hohe Geschwindigkeit, mit der die Flammfront durch den Hohlraum bewegt wird, verhindert, dass sogenannte Schweißperlen gebildet werden, die den Hohlraum zumindest teilweise verstopfen könnten und die ferner das Entfernen von Material verhindern würden.

Die Erfindung überbrückt den Nachteil bisherige Verfahren, bei dem mit zunehmender Größe einer Druckkammer der maximal zulässige Beladedruck abnimmt und damit im Inneren weniger Energie durch das Gasgemisch zur Verfügung steht, um Material zu verdampfen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht optional vor, dass eine Öffnung (d. h. die singuläre oder eine von mehreren Öffnungen), vor der die Gasführungseinrichtung positioniert wird, eine Einlassöffnung für eine beim Zünden des Gases erzeugte Flammfront in den Hohlraum ist. Das bedeutet, die Gasführungseinrichtung lenkt die Flammfront gezielt in den Hohlraum über die Einlassöffnung. Das Zünden des explosiven Gases erfolgt üblicherweise am Rand der Druckkammer über eine Zündeinrichtung, zum Beispiel durch eine Zündkerze, welche an einem Mischblock angebracht ist, der seitlich an der Druckkammer angebracht ist. Bislang konnte sich die Flammfront ungerichtet innerhalb der Druckkammer ausbreiten. Das heißt, ein Großteil der Flammfront und damit verbundene Energie kam außerhalb des Bauteils zum Tragen und nicht im Hohlraum.

Vorzugsweise werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche Stützstrukturen im Hohlraum mittels einer einzigen Zündung und Gasfüllung verdampft.

Falls zwei Zündungen notwendig sind, so kann bei der zweiten Befüllung von Gas ebenfalls mit Sauerstoffüberschuss gearbeitet werden. Bei bisherigen Verfahren wurden die nachfolgenden Schüsse immer bei stöchiometrischen Verhältnissen gefahren.

Als Gasführungseinrichtung kann in diesem Fall eine vor die Einlassöffnung positionierte Düse eingesetzt werden, optional ist die Düse von der Einlassöffnung über einen Spalt beabstandet. Die Düse lenkt und bündelt die Flammfront in Richtung zur Einlassöffnung und damit in den Hohlraum hinein. Ein Teil der Flammfront, der bislang (ohne die Gasführungseinrichtung) außerhalb des Bauteils auf dieses getroffen ist, wird damit in den Hohlraum hineingeleitet.

Der Spalt zwischen der Düse und der Einlassöffnung muss nicht vorhanden sein, vorzugsweise grenzt die Düse gasdicht an die Einlassöffnung an. Falls ein Spalt vorhanden ist, so ist dieser vorzugsweise maximal 50 mm, insbesondere maximal 10 mm groß, gemessen in Strömungsrichtung

Ferner kann als Gasführungseinrichtung eine Leitung verwendet werden, die ein zu einer Zündungseinrichtung hin offenes, erstes Ende und ein zur Einlassöffnung hin offenes, zweites Ende hat, wobei über das erste Ende eine beim Zünden des Gases entstehende Flammfront in die Leitung ein- und aus dem zweiten Ende herausgeführt wird.

Die Leitung ist üblicherweise durch ein Werkzeugteil, zum Beispiel eine Art Rohr, gebildet. Der Sinn dieser Leitung besteht darin, dass die Menge des explosiven Gases, die in der Leitung ist, fast komplett oder tatsächlich komplett als Energie zur Verfügung steht, die in den Hohlraum geführt wird. Dieser Teil des gesamten Gases in der Druckkammer steht folglich beim Verbrennen als Energie zum Verdampfen von Stützstruktur zur Verfügung und„verpufft“ nicht außerhalb des Bauteils.

Optional ist ein Spalt zwischen der Leitung und der Einleitungsöffnung für Gas vorhanden, wobei dieser Spalt maximal 100 mm, vorzugsweise maximal 50 mm und idealerweise maximal 10 mm groß sein sollte, gemessen in Längsrichtung des Kanals. Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass der Kanal direkt an der Einleitungsöffnung beginnt, d. h. die Kanalwand grenzt in diesem Bereich unmittelbar und gasdicht an die Wand der Druckkammer an.

Die Einleitungsöffnung ist insbesondere an der oberen Wand, d. h. an der Decke der Druckkammer vorgesehen, und der Kanal verläuft vertikal.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die zuvor genannte Düse zwischen der Leitung und der zugehörigen Einlassöffnung positioniert ist. Die Leitung hat ein zu einer Zündeinrichtung hin offenes, erstes Ende. Das zweite Ende der Leitung ist zur Düse gerichtet. Die Flammfront wird über die Leitung in die Düse und von dort über die Einlassöffnung in den Hohlraum geleitet. Dies hat den Vorteil, dass die Leitung im Querschnitt größer als der Düsenauslass sein kann und damit ein größeres Gasvolumen zum Verdampfen der Stützstruktur zur Verfügung steht. Darüber hinaus wird die Flammfront in der Düse beschleunigt und tritt mit größerer Geschwindigkeit in den Hohlraum ein, was sich positiv auf den Verdampfungsvorgang auswirkt.

Das Volumen der Leitung und der Gasdruck sowie die Art des Gases sind so auf die Stützstruktur(en) abgestimmt, dass die beim Verbrennen des Gases in der Kammer erzeugte Energie zur Verdampfung der gesamten Stützstruktur ausreicht. Es wird folglich mathematisch vorab bestimmt, wie groß die Leitung sein muss, um das Volumen und damit die Masse der Stützstruktur auch verdampfen zu können, und zwar mit einem singulären Ladevorgang und Zündvorgang in der Druckkammer. Dadurch, dass das Volumen des Hohlraums nicht mitgerechnet wird, steht ein zusätzlicher Puffer bezüglich der Energie, die letztendlich im Hohlraum beim Zünden zur Verfügung gestellt wird, bereit. Der Bereich zwischen Leitung und Düse sollte insbesondere gasdicht ausgeführt sein, mit anderen Worten, die Leitung liegt auf der Düse auf. Alternativ hierzu kann ein Spalt zwischen der Leitung und der Düse vorhanden sein, der maximal 100 mm, vorzugsweise maximal 50 mm, idealerweise maximal 10 mm groß ist, gemessen in Strömungsrichtung.

Wenn keine Düse vorgesehen ist, kann die Leitung auch direkt auf die Öffnung im Bauteil gerichtet sein und kann hierbei entweder an die Öffnung unmittelbar und gasdicht angrenzen oder unter Zwischenschaltung eines Spalts, der vorzugsweise maximal 50 mm, insbesondere maximal 20 mm, idealerweise maximal 5 mm, groß sein soll, gemessen in Strömungsrichtung.

Der Hohlraum kann darüber hinaus eine Öffnung haben, die eine Austrittsöffnung für die beim Zünden des Gases erzeugte Flammfront ist, wobei vor die Austrittsöffnung unter Bildung eines Spalts eine Gasführungseinrichtung in Form einer Prallwand vorgesehen ist und sich über den Spalt die Flammfront in den Rest der Druckkammer ausbreitet. Diese Variante ist optional zusätzlich zur Düse und Leitung als Gasführungseinrichtung verwendbar oder zusätzlich zu einem oder beiden dieser Gasführungseinrichtungen. Die Prallwand ist ein eigenes Werkzeugteil, welches in die Druckkammer eingebracht wird und bildet somit nicht die Wand der Druckkammer. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Prallwand der Druck in dem Hohlraum erhöht wird, sodass ein höherer Differenzdruck zwischen dem Hohlraum und dem äußeren Bereich der Druckkammer herrscht. Dies führt zu einer höheren Geschwindigkeit der Flammfront innerhalb des Hohlraums und auch zu einer längeren Einwirkzeit der Flammen im Hohlraum, was sich wiederum positiv auf den Verdampfungsvorgang auswirkt. Der vorgenannte Spalt kann vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 mm groß sein, gemessen in Strömungsrichtung.

Die Gasmenge in der Druckkammer ist bei dieser Ausführungsform so gewählt, dass die gesamte Stützstruktur mit einer Zündung verdampft wird. Wird zusätzlich zur Prallwand auch die vorerwähnte Leitung verwendet, muss die Gasmenge in der Leitung ausreichend sein, um die Stützstruktur mit einer Zündung zu verdampfen.

Das Innere der Druckkammer inklusive des Bauteils wird gemäß einer Ausführungsform vor dem Zünden erwärmt, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 40 bis 60 °C, weiter vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 40 bis 50 °C. Diese auf den ersten Blick geringe Energiemenge, die durch eine Heizeinrichtung zugeführt wird, wirkt sich dennoch, wie bei Versuchen herausgefunden wurde, sehr positiv auf den Bearbeitungsvorgang aus. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Werkzeug zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Druckkammer, einer kammerseitigen Einleitungsöffnung für Druckgas, einer Zündeinrichtung und einer Gasführungseinrichtung, die vor eine Öffnung zu einem Hohlraum eines zu bearbeitenden, additiv hergestellten Werkzeugs positionierbar ist. Wie zuvor bereits erwähnt, ist die Gasführungseinrichtung gemäß einer Variante der Erfindung eine Düse.

Eine zusätzliche oder optional andere Gasführungseinrichtung ist die zuvor erwähnte, im Inneren der Druckkammer angebrachte Leitung, mit einem offenen, ersten Ende, das zur Zündeinrichtung hingewandt ist, und einem entgegengesetzten, zur Öffnung des Bauteils gerichteten offenen, zweiten Ende.

Das zweite Ende kann eingangsseitig der Düse positioniert sein.

Darüber hinaus ist vorgesehen, dass das Werkzeug mit einer Gasführungseinrichtung in Form einer vor eine Austrittsöffnung des Hohlraums im Bauteil positionierbaren Prallwand ausgestattet ist. Die Düse, die Leitung und/oder die Prallwand können in einer Halterung oder an einer Halterung in der Druckkammer befestigt sein. Die Halterung ist vorzugsweise eine gemeinsame Halterung, welche optional auch als Halterung für das Bauteil selbst dient.

Bevorzugt ist die Leitung als Rohr ausgeführt. Das Rohr kann dabei ein lineares Rohr sein.

Als Gas werden beispielsweise Methan oder Wasserstoff verwendet.

Die Reaktion beim Zünden des Gases läuft vorzugsweise adiabat ab.

Der Prozess kann entweder unter einer stöchiometrischen Verbrennung ablaufen oder Verbrennung mit Sauerstoffüberschuss. Je höher der Sauerstoffgehalt ist, desto geringer ist die entstehende Verbrennungstemperatur, aber desto mehr Eisen kann oxidiert werden.

Der Fülldruck beträgt zwischen 3 und 50 bar bei Verwendung von Wasserstoff und 0,5 bis 23 bar bei Methan, abhängig von dem Material des Bauteils.

Folgende weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und Werkzeugs sind möglich, auch in Kombination mit den obigen und den nachfolgenden Merkmalen: a) Leitung:

Verkleinerung des Leitungsdurchmessers von groß zu klein, d. h. die Leitung selbst wird zu einem Teil der Düse oder eine Art vorgeschaltete Düse;

Polieren der Leitungsinnenseite zur Minimierung der Reibungsverluste; Verrunden der Eintrittskanten an Durchmesserveränderungen;

Leitung / Rohr als Venturirohr oder als Lavalrohr; und/oder

Prallbleche im Kanal zur Strömungsumlenkung

b) Düse:

Einbau eines Diffusors in die Gasführungseinrichtung;

Düse in Leitung integriert, entweder konvergierend oder in Lavalausführung oder als Venturidüse ausgeführt;

Einführen eines Kerns in die Leitung um Durchmesseränderungen zu bewirken;

Kern bildet Lavaldüse aus

c) Turbinenrad:

- Einbringen eines motorisch angetriebenen Turbinenrades in die Leitung zur Verstärkung der Strömung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen: - Figur 1 eine vergrößerte, schematische Ansicht eines zu bearbeitenden Bauteils,

- Figur 2 das in das erfindungsgemäße Werkzeug eingesetzte Bauteil nach Figur 1 , wobei in das Werkzeug noch keine Gasführungseinrichtung eingebaut ist,

- Figur 3 das Werkzeug nach Figur 2, in welches zwei Gasführungseinrichtungen eingebracht sind, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

- Figur 4 das erfindungsgemäße Werkzeug, in das noch eine weitere Gasführungseinrichtung eingebracht ist, zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Figur 1 ist ein durch additive Fertigung hergestelltes Bauteil 10 dargestellt, zum Beispiel ein sogenanntes Impellersegment.

Das Bauteil, welches aus Metall ist, wird zum Beispiel durch Lasersintern erzeugt.

Im Bauteil sind eine oder sind mehrere Hohlräume 12 ausgebildet, die in diesem Fall zwei entgegengesetzte Enden haben, mit denen der Hohlraum 12 ins Freie übergeht, nämlich ein offenes, erstes Ende 14 und ein entgegengesetztes, offenes, zweites Ende 16.

Im Hohlraum 12 sind ein oder mehrere sogenannte Stützstrukturen 18 ausgebildet, das heißt, beim Herstellen werden vereinfacht gesagt Säulen mit erzeugt, die gegenüberliegende Wandabschnitte, die den Hohlraum 12 begrenzen, temporär miteinander koppeln, um die Stabilität des Bauteils 10 während des Herstellungsverfahrens zu gewährleisten.

In Figur 1 ist auch noch eine Halterung 20 dargestellt sowie ein Positionierblock 22, mit denen das Bauteil 10 in ein in Figur 2 gezeigtes Werkzeug 24 eingebracht und dort positioniert wird.

Das Werkzeug 24 umfasst eine durch Wände 26 begrenzte Druckkammer 28, die die Halterung 20 samt Bauteil 10 aufnimmt. Üblicherweise ist entweder eine Seitenwand oder eine Deckenwand abnehmbar, um einen schnellen Bauteilwechsel zu ermöglichen. Vorzugsweise wird das Bauteil 10 dabei außerhalb des Werkzeugs 24 an der Halterung 20 befestigt und wieder von ihr gelöst.

Das Werkzeug 24 umfasst eine Einleitungsöffnung 30 für entzündbares Druckgas, zum Beispiel Methan oder Wasserstoff, und eine vor der Einleitungsöffnung 30, insbesondere in der Druckkammer 28 vorgesehene elektrische Zündeinrichtung 32 zum Zünden des Druckgases.

Figur 3 zeigt das Werkzeug 24 nach Figur 2, das jedoch mit zwei Gasführungseinrichtungen versehen ist, um eine höhere Bearbeitungsleistung zu erzielen, das heißt, um mehr Stützstruktur während eines Lade- und Zündvorgangs verdampfen zu können.

Der Hohlraum 12 ist nach außen hin offen, und zwar vorzugsweise über zwei Öffnungen, nämlich eine sogenannte Einlassöffnung 14 und eine Austrittsöffnung 16, die am entgegengesetzten Ende des Hohlraums 12 liegt. Darüber hinaus können aber auch mehrere Einlassöffnungen 14 und/oder Austrittsöffnungen 16 vorgesehen sein.

Vor der Einlassöffnung 14 ist eine Gasführungseinrichtung in Form einer Düse 34 vorgesehen, wobei die Düse 34 einen Einlassquerschnitt 36 sowie einen deutlich kleineren Auslassquerschnitt 38 hat, der zur Einlassöffnung 14 gerichtet und auf diese ausgerichtet ist.

Oberhalb des Einlassquerschnitt 36 weist das die Düse bildende Bauteil einen zylindrischen Abschnitt auf, der auch weggelassen werden kann. Dieser zylindrische Abschnitt bildet einen axial kurzen Kanal 52, welcher in die Düse 34 übergeht.

Das Bauteil 10 mit der Einlassöffnung 14 ist dabei vorzugsweise zur Einleitungsöffnung 30 hin ausgerichtet, im vorliegenden Fall liegen diese Öffnungen untereinander.

Die Düse 34 kann, optional, mit der Halterung 20 verbunden sein.

Darüber hinaus ist eine zweite Gasführungseinrichtung vorgesehen, in Form einer Prallplatte 40, die vor die Austrittsöffnung 16 gesetzt wird, und zwar mit einem gewissen Abstand unter Bildung eines Spalts 42, der vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm groß ist, gemessen in Strömungsrichtung. Auch zwischen der Düse 34 und der Einlassöffnung 14 ist ein wenn auch geringer Spalt 44 vorhanden.

Um die Düse 34 und das Bauteil 10 möglichst nahe zur Einleitungsöffnung 30 zu bringen, ist ein in die Druckkammer 28 eingebrachtes Sockelteil 46 vorgesehen, welches einen unteren Teil der Druckkammer 28 ausfüllt.

Die Düse 34 und die Prallplatte 40 können natürlich außerhalb der Druckkammer 28 zuerst relativ zum Bauteil 10 positioniert werden und beispielsweise bereits dort mit der Halterung 20 verbunden werden, sodass die dann entstehende Einheit gemeinsam in die Druckkammer 28 eingebracht und darin positioniert wird.

Dies gilt auch für die nachfolgend erläuterte Ausführungsform.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Figur 4 dadurch, dass das Sockelteil 46 nicht vorhanden ist und dass eine weitere Gasführungseinrichtung in Form einer durch ein Rohr 50 gebildeten, darin ausgeführten Leitung 52 vorgesehen ist.

Die Leitung 52 wird dabei auf der Düse 34 positioniert, die eventuell eine entsprechende Öffnung 54 zum Einführen des Rohres 50 hat, um hier möglichst einen gasdichten Abschluss zwischen dem Rohr 50 und der Düse 34 zu ermöglichen.

Der Innenquerschnitt der Leitung 52 ist insbesondere konstant und größer als der Auslassquerschnitt 38 der Düse 34.

Die Leitung 52 hat ein offenes, erstes Ende 60, welches zur Zündungseinrichtung 32 hin offen ist und damit auch zur Einleitungsöffnung 30 hin weist.

Das entgegengesetzte, offene, zweite Ende 62 weist dann zur Düse 34, hier sogar zum Auslassquerschnitt 38 der Düse 34.

Generell muss die Einleitungsöffnung 30 nicht der Düse 34 oder der Leitung 52 unmittelbar zugewandt sein, wichtiger ist es sogar, dass die Düse 34 und, falls vorhanden, die Leitung 52 zur Zündeinrichtung 32 hin gewandt sind, weil von der Zündeinrichtung 32 die später erzeugte Flammfront ausgeht. Ferner ist eine zur Vereinfachung nur in Figur 2 dargestellte Heizeinrichtung 70 vorgesehen, welche vor dem nachfolgend erläuterten Zünden eines in die Druckkammer 28 eingeleiteten Druckgases das Druckgas und das Bauteil 10 auf eine Temperatur von 40 bis 60 °C, insbesondere 40 bis 50 °C aufheizt.

Nachfolgend wird das Verfahren zum Beseitigen der Stützstruktur 18 (besser aller Stützstrukturen 18) im Hohlraum 12 erläutert.

Nach dem Einbringen des Bauteils 10 in die Druckkammer 28 und dem vorher oder nachher erfolgten Positionieren einer oder mehrerer der genannten Gasführungseinrichtungen vor eine in den Hohlraum 12 führende Öffnung, das heißt hier der Einlassöffnung 14 und der Austrittsöffnung 16, wird die Druckkammer 28 mit explosivem Gas befüllt, das aufgrund des offenen Hohlraums 12 auch den Hohlraum 12 selbst ausfüllt.

Das Gas wird durch die Zündeinrichtung 32 gezündet, und die entstehende Flammfront wird gemäß Figur 3 unmittelbar in die Düse 34 eindringen, dort gebündelt und mit erhöhter Geschwindigkeit über den Spalt 44 in die Einlassöffnung 14 und den Hohlraum 12 eindringen, wo sie zum unmittelbaren Verdampfen sämtlicher Stützstrukturen 18 führt. Die Flammfront tritt über die Austrittsöffnung 16 aus dem Hohlraum 12 aus und erreicht nach Überbrückung des Spalts 42 die Prallplatte 40, die zu einem Druckstau im Hohlraum 12 führt, sodass ein starker Druckunterschied zwischen dem Hohlraum 12 und dem Rest der Druckkammer 28 herrscht, der wiederum einerseits zu einer längeren Verweilzeit der Flammfront im Hohlraum 12 und zum anderen zu einer höheren Geschwindigkeit der Flammfront führt.

Die gesamte Gasmenge in der Druckkammer 28 ist so gewählt, dass alle Stützstrukturen 18 mit einer Zündung, das heißt mit einer Gasladung, verdampft werden.

Bei der Ausführungsform nach Figur 4 sind der Gasdruck, die Art des Gases und das Volumen der Leitung 52 so aufeinander abgestimmt, dass das in der Leitung 52 enthaltene Gas ausreicht, um die gesamten Stützstrukturen 18 in einem Zündvorgang, das heißt in einem Befüllvorgang, zu verdampfen. Die entstehende Flammfront in der Leitung 52 schießt in die Düse 34, wird dort wiederum gebündelt, um mit hoher Geschwindigkeit in den Hohlraum 12 zu gelangen und diesen über die Austrittsöffnung 16 wieder zu verlassen.

Zu betonen ist, dass jede der drei aufgeführten Gasführungseinrichtungen alleine geeignet ist, um zu einer verbesserten Verdampfung der Stützstrukturen 18 zu gelangen.

Dadurch, dass über die Düse 34 und die Leitung 52 nun eine innerhalb der Druckkammer 28 Gasmenge für den Hohlraum 12 abgetrennt wird, kann bei kleinerem effektiven Volumen in der Druckkammer 28 mehr Stützstruktur 18 verdampft werden als bislang. Das bedeutet, es muss auch insgesamt weniger Gas oder ein geringerer Gasdruck vorhanden sein. Damit ist es auch möglich, größere Druckkammern 28 zu verwenden, die einen geringeren Betriebsdruck haben als kleinere, kompakte Druckkammern 28.

Zu betonen ist, dass optional kein Spalt zwischen der Düse 34 und dem Bauteil vorhanden sein muss, sondern dass die Düse 34 auch unmittelbar an das Bauteil angrenzen und an ihm anliegen kann.

Ferner kann optional zwischen dem Rohr 50 und der Düse 34 ein geringer Spalt von maximal 100 mm, insbesondere maximal 50 mm, idealerweise maximal 10 mm vorhanden sein.

Schließlich kann das Rohr 50 auch unmittelbar an die obere Wand 26 der Druckkammer 28 angrenzen.

Natürlich wird auch auf der Außenseite des Bauteils oder eines sogenannten Supports des Bauteils durch die Explosion eine Bearbeitung stattfinden, bei der z. B. Grate entfernt werden.

Die in den Figuren gezeigten und beschriebenen Merkmale sind nicht zur Verwendung nur in Kombination mit allen in den jeweiligen Figuren gezeigten und beschriebenen Merkmalen beschränkt. Vielmehr sorgen diese Merkmale für sich bereits für Vorteile und können losgelöst von den anderen Merkmalen alleine oder in anderen Merkmalskombinationen verwendet werden und hier zu Vorteilen führen. Auch sind Merkmalskombinationen nicht durch Verwendung im selben Satz oder Absatz auf diese Kombinationen beschränkt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Entfernen einer Stützstruktur in einem Hohlraum (12) eines durch additive Fertigung hergestellten Bauteils (10) aus Metall, mit den Schritten:

Einbringen des Bauteils (10) in eine durch Wände (26) begrenzte Druckkammer (28),

Positionieren zumindest einer Gasführungseinrichtung vor zumindest eine in den Hohlraum (12) führende Öffnung im Bauteil (10),

Befüllen der Druckkammer (28) und des Hohlraums (12) mit einem explosiven Gas und Sauerstoff bei einem Sauerstoffüberschuss, und

Zünden des Gases in der Druckkammer (28) und Verdampfen der Stützstruktur (18) im Hohlraum (12) mittels des verbrennenden Gases.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung eine Einlassöffnung (14) für eine beim Zünden des Gases erzeugte Flammfront ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungseinrichtung eine vor die Einlassöffnung (14) positionierte Düse (34) ist, insbesondere wobei die Düse (34) über einen Spalt (44) von der Einlassöffnung (14) beabstandet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasführungseinrichtung eine Leitung (52) verwendet wird, die ein zu einer Zündeinrichtung (32) hin offenes, erstes Ende (60) und ein zur Einlassöffnung (14) offenes, zweites Ende (62) hat, wobei über das erste Ende (60) eine beim Zünden des Gases entstehende Flammfront in die Leitung (52) eingeleitet oder dort erzeugt wird und aus dem zweiten Ende (62) herausgeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen in der Leitung (52) und der Gasdruck sowie die Art des Gases so auf die Stützstrukturen (18) abgestimmt sind, dass die beim Verbrennen des Gases in der Leitung (52) erzeugte Energie zur Verdampfung der gesamten Stützstruktur (18) ausreicht.

6. Verfahren nach Anspruch 3 und zusätzlich nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (34) zwischen der Leitung (52) und der zugeordneten Einlassöffnung (14) liegt und das zweite Ende (62) der Leitung (52) zur Düse (34) gerichtet ist und die Flammfront über die Leitung (52) in die Düse (34) und von dort über die Einlassöffnung (14) in den Hohlraum (12) geleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen Leitung (52) und Düse (34) gasdicht ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) eine Öffnung hat, die eine Austrittsöffnung (16) für die beim Zünden des Gases erzeugte Flammfront ist, wobei vor die Austrittsöffnung (16) unter Bildung eines insbesondere zwischen 0,5 und 5 mm großen Spalts (42) eine Gasführungseinrichtung in Form einer Prallwand (40) vorgesehen ist, wobei sich über den Spalt (42) die Flammfront in den Rest der Druckkammer (28) ausbreiten kann.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasmenge in der Druckkammer (28) so gewählt ist, dass die gesamten Stützstrukturen (18) mit einer Zündung verdampft werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere der Druckkammer (28) inklusive des Bauteils (10) erwärmt wird, bevor die Zündung des Gases erfolgt, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 40 bis 60 °C, insbesondere im Bereich von 40 bis 50 °C.

1 1 . Werkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Druckkammer (28), einer kammerseitigen Einleitungsöffnung (30) für Druckgas, einer Zündeinrichtung (32) und zumindest einer Gasführungseinrichtung, die vor eine Öffnung zu einem Hohlraum (12) eines zu bearbeitenden, additiv hergestellten Werkzeugs positionierbar ist.

12. Werkzeug nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasführungseinrichtung in Form einer Düse (34) vorgesehen ist, insbesondere wobei ein Spalt zwischen der Düse (34) und der Öffnung im Bauteil (10) maximal 100 mm, insbesondere maximal 50 mm, weiter insbesondere maximal 10 mm beträgt oder die Düse (34) auf der Öffnung aufliegt.

13. Werkzeug nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungseinrichtung eine im Inneren der Druckkammer (28) angebrachte Leitung (52) ist, mit einem offenen, ersten, zur Zündeinrichtung (32) gewandten Ende (60) und einem entgegengesetzten, zur Öffnung des Bauteils (10) gerichteten, offenen, zweiten Ende (62).

14. Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leitung (52) und der Einleitungsöffnung (30) kein Abstand oder maximal einen Abstand von 100 mm, insbesondere maximal 50 mm, weiter insbesondere maximal 10 mm vorhanden ist.

15. Werkzeug nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (62) der Leitung (52) eingangsseitig der Düse (34) positioniert ist.

16. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitungsöffnung zentral und an einer oberen Wand der Druckkammer (28) vorgesehen ist und dass die Leitung (52) vertikal verläuft.

17. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasführungseinrichtung eine vor eine Austrittsöffnung (16) des Hohlraums (12) positionierbare Prallwand (40) ist.

18. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwand (40) einen Spalt zu der Austrittsöffnung (16) hat, der zwischen 0,5 und 5 mm groß ist, gemessen in Strömungsrichtung.