WO2018024755A1 - Vorrichtung zur generativen fertigung eines dreidimensionalen körpers in einem pulverbett - Google Patents

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WO2018024755A1
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powder bed
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energy beam
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Eckhard Beyer
Frank Brueckner
Mirko Riede
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Technische Universität Dresden
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Definitions

  • the invention relates to a device for the generative production of a three-dimensional body in a powder bed.
  • a powdered material is knife coated onto a platform in a manufacturing area, or jetted onto the platform and scrapered evenly on the platform distributed. Subsequently, the powder bed is irradiated along a predetermined geometry with an energy beam and thereby melted or sintered in the irradiated areas. Before applying a new layer, the platform is lowered by the thickness of one layer. Further layers of the powdery material are applied and irradiated along a predetermined geometry with at least one energy beam until the Wanted three-dimensional body is formed.
  • SLM Selective Laser Melting
  • EBM Electron Beam Melting
  • the process speed in such processes mainly depends on the powder application and the irradiation of the surface of the powder bed.
  • an irradiation of the powder bed mainly depends on the powder application and the irradiation of the surface of the powder bed.
  • Another disadvantage of known devices is that when using different powdered materials for the targeted formation of various properties in the three-dimensional body to be produced, the powder feed is consuming to empty and then refilled before the doctor can be used with another material. This further reduces the already low working speed and productivity.
  • An apparatus for the additive production of a three-dimensional body in a powder bed has a production area with a lowerable surface. A powder bed is placed on the lowerable surface. Each time prior to the application of a new layer of pulverulent material, the lowerable surface is lowered by a set layer thickness, which generally corresponds to the thickness of the previously formed layer.
  • the device has at least one doctor blade for conveying a pulverulent material onto the lowerable surface of the production area, with which the powdery material is also distributed uniformly over the surface.
  • the at least one doctor blade is movable about an axis of rotation, which is oriented perpendicular to the surface of the powder bed.
  • the length of the doctor blade corresponds at least to the longest distance between the axis of rotation and the edge of the production area, so that the at least one doctor blade sweeps over each point of the surface of the powder bed during its rotational movement about the axis of rotation.
  • a device for supplying powdered material to the at least one doctor blade and to the nozzles, and a device for carrying out the rotational movement of the at least one doctor blade over the surface of the powder bed are also arranged on the device.
  • a device for carrying out the rotational movement can be an electrically, pneumatically or hydraulically operated drive.
  • the apparatus also includes means for directing at least one energy beam toward the surface of the powder bed and having its focal spot two-dimensionally movable across the surface of the powder bed. With the energy beam, the powdery material along a
  • the surface of the surface for applying the powdery material may have any geometric shape. Preferably, it is round, square or rectangular.
  • the at least one energy beam may be a laser beam or an electron beam.
  • the control of the at least energy beam should be adjusted so that the at least one energy beam does not hit the at least one doctor blade.
  • the region in the direction of rotation is after the at least one doctor with the at least one energy beam irradiated, without the rotational movement of the doctor must be interrupted.
  • a mechanical material feed, in particular a feed screw, and / or a pneumatic feed for the powdery material to the nozzles of the at least one doctor blade can be formed in the at least one doctor blade. It can also be achieved a promotion of the powder by peristaltic deformation of the supply line. It should be given by the nozzles advantageously in a region near the axis of rotation less powdery material on the surface of the powder bed than in near-edge areas. This can be achieved for example by a greater distance of the nozzles from each other on the at least one doctor blade in the region of the axis of rotation.
  • doctor blades can be various powdery materials and / or powdery materials with different mean
  • Particle size ranges supplied and applied by these on the surface of the powder bed This can be a costly cleaning of the doctor omitted in a change of the applied material.
  • the at least one squeegee may have a plurality of arms extending from the axis of rotation. This embodiment allows the application of a powdery material in different areas of the powder bed at the same time and thus an increase in the operating speed. It can also be performed different powdered materials to the arms of a doctor blade.
  • the axis of rotation for the movement of the at least one doctor blade can be arranged off-center, so that three-dimensional bodies can be formed without a cavity in the region of the axis of rotation.
  • the rotational movement of the at least one doctor blade can be effected by the device for carrying out this rotational movement from the axis of rotation.
  • the means for performing this rotational movement may be arranged so that the rotational movement from the edge of the manufacturing area.
  • a guide such as a rail, circumferentially disposed on the outer edge of the manufacturing area and above the surface of the powder bed. The at least one squeegee should be placed so that it faces two opposite ones
  • Points of the guide is slidably mounted so that it covers each point of the surface of the powder bed when performing a rotating movement.
  • the means for carrying out the rotational movement of the at least one doctor blade can move the at least one doctor blade at at least one of the support points along the guide.
  • Doctor blade to be firmly connected to the guide at the end faces of the doctor blade and to achieve a rotational movement of a stationary means for carrying out the rotational movement, the guide together with attached at least one doctor above the manufacturing area to be rotated.
  • a device for local preheating of the powdery material preferably by means of infrared radiation or induction, be arranged.
  • the melting or sintering of the powdered material can be achieved more quickly by the irradiation with the energy beam.
  • a scraper can be arranged rotating about the axis of rotation, so that it follows the at least one doctor blade and smoothes the applied powdery material. Due to the achievable flat surface higher manufacturing accuracy can be achieved.
  • the manufacturing area can be divided into several work areas in which three-dimensional bodies can be produced at the same time. This can be made in a shorter time a higher number of three-dimensional body. It is particularly advantageous if several energy beams are used for irradiation of the powdery material. This further increases the working speed and the productivity. With a device according to the invention, a continuous application of material can take place on the surface of a powder bed.
  • the surface of the powder bed can be irradiated with at least one energy beam and another layer of pulverulent material can be applied. It is not necessary to interrupt or conclude a single process step to carry out the next one, ie the powder application need not be interrupted for the irradiation of the material and vice versa.
  • the powdered material can be changed in layers or within one layer so that the material properties of the body to be produced can be influenced in a targeted manner.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows another exemplary embodiment with a
  • FIG. 1 shows a production area 1 with a lowerable surface 2.
  • the base of the manufacturing area 1 and the lowerable surface 2 is rectangular.
  • a powder bed of powdery material is applied on the lowerable surface 2.
  • the axis of rotation 4 is arranged, around which a doctor blade 3 rotates in the direction of the arrow 6.
  • the length of the doctor blade 3 corresponds to the distance from the axis of rotation 4 to the corners of the production area 1, so that each point on the surface of the powder bed is swept over.
  • nozzles for applying a powdery material are formed on the surface of the powder bed.
  • About a device 7 for Feeding of powdered material is powdered material supplied to the doctor blade 3 and conveyed by a trained in the doctor blade 3 screw conveyor to the nozzles.
  • less powdery material is applied to the surface of the powder bed in a region near the rotation axis 4 than in the edge regions of the production region 1 in order to ensure a uniform thickness of the applied layer. This is achieved by a greater distance of the nozzles from each other in the region of the rotation axis 4 than at the outer region of the doctor blade 3.
  • the doctor blade 3 is also designed so that the material is evenly distributed during application to the surface of the powder bed.
  • An electrically operated drive is arranged as a means 8 for performing a rotational movement on the rotation axis 4 and rotates the doctor blade 3 about the rotation axis 4.
  • the material is directed by means of a device with which a laser or electron beam is directed onto the surface of the powder bed and its focal spot can be moved two-dimensionally (not shown in the figure) by two-dimensional deflection of the laser or electron beam irradiated a predetermined geometry so that it melts or sinters in the irradiated area.
  • the laser or electron beam is guided so that it does not hit the doctor blade 3.
  • the lowerable surface 2 is lowered in each case by the layer thickness of the previously applied powder layer.
  • FIG. 2 shows a plan view of a further embodiment of a device according to the invention.
  • a powder bed of a powdery material is applied on a production area 1 with a circular base and with a lowerable surface 2.
  • the material is supplied to the doctor blade 3 by means of a device 7 for supplying the powdery material to the doctor blade 3.
  • a pneumatic supply for conveying the material to the nozzles formed in the doctor blade 3 is formed.
  • the length of the doctor blade 3 is greater than the radius of the production area.
  • the doctor blade is rotated about the axis of rotation 4 by an electrically driven drive in order to drive the pulley. uniformly apply and distribute the deformed material as a layer on the surface of the powder bed.
  • the powdered material is irradiated with a laser or electron beam, so that it melts or sinters.
  • the powdered material is irradiated with a laser or electron beam, so that it melts or sinters.

Abstract

Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Körpers in einem Pulverbett mit einem Fertigungsbereich, der eine absenkbare Oberfläche, auf der das Pulverbett angeordnet ist, aufweist, und mindestens einem Rakel zur Förderung und zum gleichmäßigen Verteilen eines pulverförmigen Werkstoffs auf der Oberfläche. Der mindestens eine Rakel ist um eine Rotationsachse bewegbar, die senkrecht zur Oberfläche des Pulverbetts ausgerichtet ist, und seine Länge entspricht mindestens dem größten Abstand von der Rotationsachse bis zum Rand des Fertigungsbereichs. An dem mindestens einen Rakel sind Düsen zum Aufbringen des pulverförmigen Werkstoffs auf die Oberfläche des Pulverbetts ausgebildet. Weiterhin sind an der Vorrichtung eine Einrichtung zum Zuführen von pulverförmigem Werkstoff in den mindestens einen Rakel und zu den Düsen, und eine Einrichtung zur Ausführung einer Rotationsbewegung des mindestens einen Rakels über die Oberfläche des Pulverbetts, und eine Einrichtung, mit der mindestens ein Energiestrahl auf die Oberfläche des Pulverbetts gerichtet und dessen Brennfleck zweidimensional bewegbar ist, angeordnet.

Description

Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Körpers in einem Pulverbett
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Körpers in einem Pulverbett.
Bei Verfahren zur generativen Fertigung in einem Pulverbett, beispielsweise durch Selektives Laserschmelzen (SLM) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM), wird ein pulverförmiger Werkstoff mittels Rakel auf eine Plattform in einem Fertigungsbereich aufgetragen oder mittels Düsen auf die Plattform aufgebracht und mit einem Abstreifer gleichmäßig auf der Plattform verteilt. Anschließend wird das Pulverbett entlang einer vorgegebenen Geometrie mit einem Energiestrahl bestrahlt und dabei in den bestrahlten Bereichen aufgeschmolzen oder gesintert. Vor jedem Aufbringen einer neuen Schicht wird die Plattform um die Dicke einer Schicht abgesenkt. Weitere Schichten des pulverförmigen Werkstoffs werden aufgebracht und entlang einer vorgegebenen Geometrie mit mindestens einem Energiestrahl bestrahlt, bis der ge- wünschte dreidimensionale Körper ausgebildet ist.
Die Prozessgeschwindigkeit bei derartigen Verfahren, die mit bekannten Vorrichtungen durchgeführt werden, hängt vor allem vom Pulverauftrag und der Bestrahlung der Oberfläche des Pulverbetts ab. So kann eine Bestrahlung der
Oberfläche des Pulverbetts nur erfolgen, wenn der der Pulverauftrag für die jeweilige Schicht abgeschlossen ist. Dadurch ist das Verfahren relativ langsam.
Ein weiterer Nachteil bekannter Vorrichtungen ist, dass bei der Verwendung verschiedener pulverförmiger Werkstoffe zur gezielten Ausbildung verschiedener Eigenschaften in dem herzustellenden dreidimensionalen Körper die Pulverzuführung aufwändig zu leeren und anschließend neu zu befüllen ist, bevor der Rakel mit einem anderen Werkstoff genutzt werden kann. Das senkt die ohnehin niedrige Arbeitsgeschwindigkeit und Produktivität weiter ab.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der dreidimensionale Körper mittels generativer Fertigung im Pulverbett mit einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit und Produktivität herstellbar sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den untergeordneten Ansprüchen dargestellt. Eine Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Körpers in einem Pulverbett weist einen Fertigungsbereich mit einer absenkbaren Oberfläche auf. Auf der absenkbaren Oberfläche wird ein Pulverbett angeordnet. Jeweils vor dem Aufbringen einer neuen Schicht pulverförmigen Werkstoffs wird die absenkbare Oberfläche um eine eingestellte Schichtdicke, die in der Regel der Dicke der vorab ausgebildeten Schicht entspricht, abgesenkt.
Weiter weist die Vorrichtung mindestens einen Rakel zur Förderung eines pulverförmigen Werkstoffs auf die absenkbare Oberfläche der Fertigungsbereichs auf, mit dem der pulverförmige Werkstoff auch gleichmäßig auf der Fläche verteilt wird. Der mindestens eine Rakel ist um eine Rotationsachse, die senkrecht zur Oberfläche des Pulverbetts ausgerichtet ist, bewegbar. Die Länge des Rakels entspricht mindestens dem längsten Abstand zwischen der Rotationsachse und dem Rand des Fertigungsbereichs, so dass der mindestens eine Rakel bei seiner Rotationsbewegung um die Rotationsachse jeden Punkt der Oberfläche des Pulverbetts überstreicht. Durch die rotierende Bewegung des mindestens einen Rakels über die Oberfläche des Pulverbetts wird der aufgebrachte pul- verförmige Werkstoff gleichmäßig auf der Oberfläche des Pulverbetts verteilt und überschüssiger pulverförmiger Werkstoff von der Oberfläche des Pulverbetts herunter geschoben.
An dem mindestens einen Rakel sind Düsen angeordnet, mittels derer der pulverförmige Werkstoff auf die Oberfläche des Pulverbetts aufgebracht wird.
Weiterhin sind an der Vorrichtung auch eine Einrichtung zum Zuführen von pulverförmigem Werkstoff zu dem mindestens einen Rakel und zu den Düsen, sowie eine Einrichtung zur Ausführung der Rotationsbewegung des mindestens einen Rakels über die Oberfläche des Pulverbetts angeordnet. Eine Einrichtung zur Ausführung der Rotationsbewegung kann ein elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betriebener Antrieb sein.
Die Vorrichtung weist auch eine Einrichtung, mit der mindestens ein Energiestrahl auf die Oberfläche des Pulverbetts gerichtet und dessen Brennfleck zweidimensional über die Oberfläche des Pulverbetts bewegbar ist, auf. Mit dem Energiestrahl wird der pulverförmige Werkstoff entlang einer
vorgebbaren Geometrie aufgeschmolzen oder gesintert.
Die Fläche der Oberfläche zum Aufbringen des pulverförmigen Werkstoffs kann eine beliebige geometrische Form aufweisen. Bevorzugt ist sie rund, quadratisch oder rechteckig.
Der mindestens eine Energiestrahl kann ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl sein. Die Steuerung des mindestens Energiestrahls sollte dabei so abgestimmt sein, dass der mindestens eine Energiestrahl nicht auf den mindestens einen Rakel trifft. Erfindungsgemäß wird der Bereich in Rotationsrichtung nach dem mindestens einen Rakel mit dem mindestens einen Energiestrahl bestrahlt, ohne dass die Rotationsbewegung des Rakels unterbrochen werden muss.
In dem mindestens einen Rakel kann eine mechanische Werkstoffzuführung, insbesondere eine Förderschnecke, und/oder eine pneumatische Zuführung für den pulverförmigen Werkstoff zu den Düsen des mindestens einen Rakels ausgebildet sein. Es kann auch eine Förderung des Pulvers durch peristaltische Verformung der Zuführungsleitung erreicht werden. Dabei sollte durch die Düsen vorteilhafterweise in einem Bereich nahe der Rotationsachse weniger pulverförmiger Werkstoff auf die Oberfläche des Pulverbetts abgegeben werden als in randnahen Bereichen. Dies kann beispielsweise durch einen größeren Abstand der Düsen voneinander an dem mindestens einen Rakel im Bereich der Rotationachse erreicht werden.
Über der Oberfläche des Fertigungsbereichs können mehrere Rakel angeordnet sein. Diesen Rakeln können verschiedene pulverförmige Werkstoffe und/oder pulverförmige Werkstoffe mit unterschiedlichen mittleren
Partikelgrößenbereichen zugeführt und von diesen auf die Oberfläche des Pulverbetts aufgebracht werden. Damit kann eine aufwändige Reinigung der Rakel bei einem Wechsel des aufzubringenden Werkstoffs entfallen.
Der mindestens eine Rakel kann mehrere Arme, die von der Rotationsachse ausgehen, aufweisen. Diese Ausführungsvariante erlaubt das Aufbringen eines pulverförmigen Werkstoffs in verschiedenen Bereichen des Pulverbetts zur gleichen Zeit und damit eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit. Es können auch unterschiedliche pulverförmige Werkstoffe zu den Armen eines Rakels geführt werden.
Die Rotationsachse für die Bewegung des mindestens einen Rakels kann außermittig angeordnet sein, so dass auch dreidimensionale Körper ohne einen Hohlraum im Bereich der Rotationsachse ausgebildet werden können.
Die Rotationsbewegung des mindestens einen Rakels kann durch die Einrichtung zur Ausführung dieser Rotationsbewegung von der Rotationsachse aus erfolgen. In einer Alternative kann die Einrichtung zur Ausführung dieser Rotationsbewegung so eingerichtet sein, dass die Rotationsbewegung vom Rand des Fertigungsbereichs erfolgt. Dazu kann beispielsweise bei einem Fertigungsbereich mit einer kreisförmigen Grundfläche eine Führung, wie z. B. eine Schiene, umlaufend auf dem äußeren Rand des Fertigungsbereichs und oberhalb der Oberfläche des Pulverbetts angeordnet sein. Der mindestens eine Rakel sollte so angeordnet werden, dass er auf zwei sich gegenüberliegenden
Punkten der Führung verschieblich gelagert ist, so dass er bei Ausführung einer rotierenden Bewegung jeden Punkt der Oberfläche des Pulverbetts überstreicht. Die Einrichtung zum Ausführen der Rotationsbewegung des mindestens einen Rakels kann den mindestens einen Rakel an mindestens einem der Auflagepunkte entlang der Führung bewegen. In einer Alternative kann der
Rakel mit der Führung an den Stirnseiten des Rakels fest verbunden sein und zum Erreichen einer Rotationsbewegung von einer ortsfest angeordneten Einrichtung zum Ausführen der Rotationsbewegung die Führung zusammen mit befestigten mindestens einen Rakel über dem Fertigungsbereich rotierend bewegt werden.
Es können weitere Funktionselemente angeordnet sein, die um die Rotationsachse rotieren. Beispielsweise kann eine Einrichtung zum lokalen Vorwärmen des pulverförmigen Werkstoffs, bevorzugt mittels Infrarotstrahlung oder In- duktion, angeordnet sein. Durch das lokale Vorwärmen des Pulverbetts kann das Aufschmelzen oder Sintern des pulverförmigen Werkstoffs durch die Bestrahlung mit dem Energiestrahl schneller erreicht werden.
Alternativ oder gleichzeitig kann ein Abstreifer um die Rotationsachse rotie- rend angeordnet sein, so dass er dem mindestens einen Rakel nachläuft und den aufgebrachten pulverförmigen Werkstoff glatt streicht. Durch die damit erreichbare ebene Oberfläche kann eine höhere Fertigungsgenauigkeit erzielt werden. Der Fertigungsbereich kann in mehrere Arbeitsbereiche unterteilt werden, in denen gleichzeitig dreidimensionale Körper herstellbar sind. Damit kann in kürzerer Zeit eine höhere Anzahl dreidimensionaler Körper hergestellt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn mehrere Energiestrahlen zur Bestrahlung des pulverförmigen Werkstoffs eingesetzt werden. Dies erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit und die Produktivität weiter. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein kontinuierlicher Werkstoffauftrag auf die Oberfläche eines Pulverbetts erfolgen. In Rotationsrichtung unmittelbar nach dem mindestens einen Rakel kann die Oberfläche des Pulverbetts mit mindestens einem Energiestrahl bestrahlt werden und eine weitere Schicht pulverförmigen Werkstoffs aufgebracht werden. Eine Unterbrechung oder ein Abschluss eines einzelnen Prozessschritts zur Durchführung eines nächsten ist nicht notwendig, d. h. der Pulverauftrag muss nicht für die Bestrahlung des Werkstoffs unterbrochen werden und umgekehrt.
Durch eine Ausbildung der Vorrichtung mit mehreren Rakeln oder Rakelarmen kann lagenweise oder innerhalb einer Lage ein Wechsel des pulverförmigen Werkstoffs erfolgen, so dass die Materialeigenschaften des herzustellenden Körpers gezielt beeinflusst werden können.
Nachfolgend soll die Vorrichtung an Beispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht, und
Figur 2 eine weitere beispielhafte Ausführungsform mit einem
herzustellenden Körper in einer Draufsicht.
In Figur 1 ist ein Fertigungsbereich 1 mit einer absenkbaren Oberfläche 2 dargestellt. Die Grundfläche des Fertigungsbereichs 1 und der absenkbaren Oberfläche 2 ist rechteckig. Auf der absenkbaren Oberfläche 2 wird ein Pulverbett aus pulverförmigem Werkstoff aufgebracht.
Mittig auf und senkrecht zu der Oberfläche 2 ist die Rotationsachse 4 angeordnet, um die ein Rakel 3 in Richtung des Pfeils 6 rotiert. Die Länge des Rakels 3 entspricht dabei dem Abstand von der Rotationsachse 4 bis zu den Ecken des Fertigungsbereichs 1, so dass jeder Punkt auf der Oberfläche des Pulverbetts überstrichen wird.
An dem Rakel 3 sind Düsen zum Aufbringen eines pulverförmigen Werkstoffs auf die Oberfläche des Pulverbetts ausgebildet. Über eine Vorrichtung 7 zum Zuführen von pulverförmigem Werkstoff wird pulverförmiger Werkstoff dem Rakel 3 zugeführt und durch eine in dem Rakel 3 ausgebildete Förderschnecke zu den Düsen gefördert. Dabei wird in einem Bereich nahe der Rotationsachse 4 weniger pulverförmiger Werkstoff auf die Oberfläche des Pulverbetts auf- gebracht, als in den Randbereichen des Fertigungsbereichs 1, um eine gleichmäßige Dicke der aufgebrachten Schicht zu gewährleisten. Dies wird durch einen größeren Abstand der Düsen voneinander im Bereich der Rotationachse 4 als am außenliegenden Bereich des Rakels 3 erreicht. Der Rakel 3 ist außerdem so ausgebildet, dass der Werkstoff beim Aufbringen auf die Oberfläche des Pulverbetts gleichmäßig verteilt wird.
Ein elektrisch betriebener Antrieb ist als Einrichtung 8 zum Ausführen einer Rotationsbewegung an der Rotationsachse 4 angeordnet und rotiert den Rakel 3 um die Rotationsachse 4.
In Rotationsrichtung 6 nach dem Rakel wird mittels einer Einrichtung, mit der ein Laser- oder Elektronenstrahl auf die Oberfläche des Pulverbetts gerichtet und dessen Brennfleck zweidimensional bewegt werden kann (nicht in der Figur gezeigt), der Werkstoff durch zweidimensionale Auslenkung des Laser- oder Elektronenstrahls entlang einer vorgegebenen Geometrie bestrahlt, so dass er in dem bestrahlten Bereich aufschmilzt oder sintert. Der Laser- oder Elektronenstrahl wird dabei so geführt, dass er nicht auf den Rakel 3 trifft.
Mit dem Aufbringen weiterer Schichten wird die absenkbare Oberfläche 2 jeweils um die Schichtdicke der zuvor aufgebrachten Pulverschicht abgesenkt.
In Figur 2 ist in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Auf einen Fertigungsbereich 1 mit kreisförmiger Grundfläche und mit einer absenkbaren Oberfläche 2 wird ein Pulverbett aus einem pulverförmigen Werkstoff aufgebracht. Der Werkstoff wird dem Rakel 3 mittels einer Einrichtung 7 zur Zuführung des pulverförmigen Werkstoffs zu dem Rakel 3 zugeführt. In dem Rakel 3 ist eine pneumatische Zuführung zur Förderung des Werkstoffs zu den in dem Rakel 3 ausgebildeten Düsen ausgebildet. Die Länge des Rakels 3 ist größer als der Radius des Fertigungsbereiches. Der Rakel wird wie im Beispiel zu Figur 1 von einem elektrisch betriebener Antrieb um die Rotationsachse 4 rotiert, um den pul- verförmigen Werkstoff gleichmäßig als eine Schicht auf der Oberfläche des Pulverbetts aufzubringen und zu verteilen.
In Rotationsrichtung 6 nach dem Rakel wird mit einem Laser- oder Elektro- nenstrahl strahl der pulverförmige Werkstoff bestrahlt, so dass er aufschmilzt oder sintert. Durch das Aufbringen weiterer Schichten und deren Bestrahlung entlang einer vorgebbaren Geometrie, wobei die absenkbare Oberfläche nach jeder Schicht um die Dicke einer Schicht abgesenkt wird, wird der dreidimensionale Körper 5 gebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Körpers (5) in einem Pulverbett mit einem Fertigungsbereich (1), der eine absenkbare Oberfläche (2), auf der das Pulverbett angeordnet ist, aufweist, und mindestens einem Rakel (3) zur Förderung und zum gleichmäßigen Verteilen eines pulverförmigen Werkstoffs auf der Oberfläche (2), der um eine Rotationsachse (4) bewegbar ist, die senkrecht zur Oberfläche (2) des Pulverbetts ausgerichtet ist, und
dessen Länge mindestens dem größten Abstand von der Rotationsachse (4) bis zum Rand des Fertigungsbereichs (1) entspricht, und an dem Düsen zum Aufbringen des pulverförmigen Werkstoffs auf die Oberfläche des Pulverbetts ausgebildet sind, und einer Einrichtung (7) zum Zuführen von pulverförmigem Werkstoff in den mindestens einen Rakel (3) und zu den Düsen, und einer Einrichtung (8) zur Ausführung einer Rotationsbewegung des mindestens einen Rakels (3) über die Oberfläche des Pulverbetts, und einer Einrichtung, mit der mindestens ein Energiestrahl auf die Oberfläche des Pulverbetts gerichtet und dessen Brennfleck zweidimensional bewegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiestrahl ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des mindestens einen Energiestrahls so abgestimmt ist, dass der mindestens eine Energiestrahl nicht auf den mindestens einen Rakel (3) auftrifft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Rakel (3) eine mechanische Werkstoffzuführung, insbesondere eine Förderschnecke, und/oder eine pneumatische Zuführung zur Förderung des pulverför- migen Werkstoffs zu den Düsen des Rakels (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rakel (3) über der Oberfläche (2) des Fertigungsbereichs (1) angeordnet sind und mit den Rakeln (3) verschiedene pulverförmige Werkstoffe und/oder pulverförmige Werkstoffe mit verschiedenen mittleren Partikelgrößenbereichen auf die Oberfläche des Pulverbetts aufbringbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rakel (3) mehrere Arme ausgehend von der Rotationsachse aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (8) zur Ausführung einer Rotationsbewegung des mindestens einen Rakels (3) so eingerichtet ist, dass der mindestens eine Rakel (3) vom Rand des Fertigungsbereichs (1) aus bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um die Rotationsachse (4) rotierend eine Einrichtung zum lokalen Vorwärmen des pulverförmigen Werkstoffs, bevorzugt mittels Infrarotstrahlung oder Induktion, und/oder ein Abstreifer angeordnet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fertigungsbereich (1) in mindestens zwei Arbeitsbereiche teilbar ist und gleichzeitig in jedem Arbeitsbereich dreidimensionale Körper (5) herstellbar sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (4) des Rakels (3) in einem Abstand zum Mittel- oder Flächenschwerpunkt des Fertigungsbereichs (1) angeordnet ist.
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