WO2019197212A1

WO2019197212A1 - Herstellvorrichtung und verfahren für additive herstellung mit mobiler beströmung

Info

Publication number: WO2019197212A1
Application number: PCT/EP2019/058260
Authority: WO
Inventors: Stefan ZEILINGER; Michael Shellabear; Sebastian MEHL; Wolfang UNTERGEHRER
Original assignee: Eos Gmbh Electro Optical Systems
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-10-17
Also published as: US20210138554A1; CN111989178A; CN111989178B; EP3774128A1; DE102018108833A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Herstellvorrichtung (a1) zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (a2) und ein entsprechendes Verfahren, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials (a15) Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials (a15), insbesonderemittels Zufuhr von Strahlungsenergie,an Stellen (9) in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen (9) mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels (a22), abgetastet werden, wobei im Betriebein bewegbarer Gaseinlass (30) eine Referenzprozessstelle(9)und/oder eine der Referenzprozessstelle(9)zugeordnete Zielbeströmungszone (21) zur Beströmung mit dem Prozessgas anfährt, und das Prozessgas über einen stationären Gasauslass (31) abgeführt wird.

Description

Herstellvorrichtung und Verfahren

für additive Herstellung mit mobiler Beströmung

Die Erfindung betrifft eine Herstellvorrichtung und ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit einer derartigen Herstellvorrichtung, wobei das Ob- jekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und se- lektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungs- energie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels abgetastet bzw. beeinflusst werden.

Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch charak- terisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial mittels Bestrahlens desselben mit elektromagne- tischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, zum Beispiel beim Lasersintern („SLS“ oder „DMLS“) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen herbeigeführt werden. Beispielsweise beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird der Einwirkbereich eines Laserstrahls („Laserfleck“) auf eine Schicht des Aufbaumaterials über jene Stellen der Schicht bewegt, die dem Objektquerschnitt des herzustellenden Objekts in dieser Schicht entsprechen. Anstelle des Einbringens von Energie kann das selektive Verfestigen des aufgetragenen Aufbaumaterials auch durch 3D-Drucken erfolgen, beispielsweise durch Aufbringen eines Klebers bzw. Bindemittels. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf das Herstellen eines Objekts mittels schichtweisen Auftragens und selektiven Verfestigens eines Aufbaumaterials unabhängig von der Art und Weise, in der das Aufbaumaterial ver- festigt wird. Es können verschiedene Arten von Aufbaumaterialien verwendet werden, insbesondere Pulver wie z. B. Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüll- te oder gemischte Pulver.

Bei additiven Herstellungsverfahren entstehen im Zuge des Verfestigens häufig Verunrei- nigungen, die in die Prozesskammeratmosphäre oberhalb des Baufelds eindringen kön- nen. Die DE 10 2014 209 161 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an den dem Querschnitt des herzustellenden Objektes in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen durch Energieeinbringung. Sie bezieht sich außerdem auf eine Steuereinheit für eine derartige Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Bewegen und/oder Orientieren ei- ner Gasabsaugdüse.

Aufgabe der Erfindung ist es, einer Verunreinigung innerhalb einer Prozesskammer, ins- besondere bei Großfeldmaschinen, möglichst effizient entgegenzuwirken.

Die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung zur additiven Herstellung eines dreidimensio- nalen Objekts ist zur Lösung dieser Aufgabe mit einem Baubehälter zur Aufnahme des Aufbaumaterials, mit einer Prozesskammer oberhalb des Baubehälters, mit einem Baufeld zwischen dem Baubehälter und der Prozesskammer, mit mindestens einem innerhalb der Prozesskammer bewegbaren Gaseinlass und mit mindestens einem stationären Gasaus- lass ausgestattet.

Der Baubehälter kann eine Bauplattform umfassen, die im Betrieb das herzustellende Bauteil und umgebendes unverfestigtes Aufbaumaterial trägt. Eine Öffnungsebene des Baubehälters definiert ein (im Wesentlichen horizontales) Baufeld, das eine Arbeitsebene darstellt, in der das Aufbaumaterial als einzelne Schicht dosiert aufgebracht wird. Das Baufeld erstreckt sich daher in der Regel im Wesentlichen über die Grundfläche des Bau- behälters. Darüber befindet sich die Prozesskammer als Hohlraum oberhalb des Baufelds bzw. der Arbeitsebene, in dem zumindest eine Beschichtungseinrichtung agiert.

Die Herstellvorrichtung kann insbesondere eine Leiteinrichtung, z. B. eine Laser-Scanner- Einheit, zur Steuerung mindestens eines Energiestrahlbündels der Strahlungsenergie durch zumindest einen Abschnitt der Prozesskammer hindurch auf das Baufeld umfassen. Als Grundlage der Steuerung dienen die Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, als geometrische Orte der geplanten Einwir- kung der Strahlungsenergie. Die Leiteinrichtung kann ein oder mehrere auf das Baufeld gerichtete Energiestrahlbündel beispielsweise durch ein transparentes Einkoppelfenster an einer Oberseite der Prozesskammer hindurch einkoppeln. Der Ort bzw. die Orte, an denen das bzw. die Energiestrahlbündel auf dem Baufeld und damit auf dem Aufbaumate- rial auftreffen, und ausgehend von welchem/-n ein Verfestigen des Aufbaumaterials („tat- sächlich“) erfolgt, wird/werden als Strahlungseinwirkbereich bezeichnet. Wie bereits weiter oben beschrieben, kann das selektive Verfestigen des Aufbaumaterials mit verschiedenen Methoden erfolgen. Die begriffliche Unterscheidung zwischen Einwirkbereich und Strah- lungseinwirkbereich orientiert sich im Folgenden daran, ob ein selektives Verfestigen oh- ne Strahlung - dann ist von„Einwirkbereich“ die Rede - oder unter Verwendung von Strahlung erfolgt - dann ist von„Strahlungseinwirkbereich“ die Rede. Die Erfindung ist dabei nicht auf Strahlungsenergie als Mittel zum selektiven Verfestigen beschränkt. Beim Abtasten des Aufbaumaterials mit einem Strahlungseinwirkbereich wirkt in dem Strah- lungseinwirkbereich die Strahlung so auf das Aufbaumaterial ein, dass eine Verfestigung zumindest einer obersten Schicht des Aufbaumaterials bewirkt wird. Dabei wird infolge der Energiezufuhr im Strahlungseinwirkbereich das Aufbaumaterial teilweise oder voll- ständig aufgeschmolzen, wodurch sich die Bestandteile des Aufbaumaterials, beispiels- weise Pulverkörner, miteinander verbinden. Nach seiner Abkühlung liegt das vormalige Aufbaumaterial dann als Festkörper vor.

Um kenntlich zu machen, dass die Fläche des Strahlungseinwirkbereichs auf dem Auf- baumaterial nicht notwendigerweise sehr klein („punktförmig“) sein muss, wird in dieser Anmeldung auch oftmals der Begriff„Energiestrahlbündel“ verwendet. Er wird im Rahmen der Anmeldung jedoch auch in Abgrenzung von weiteren Strahlungsquellen verwendet, die gegebenenfalls zur Erwärmung des Aufbaumaterials genutzt werden können, z. B. einer IR-Strahlungsheizung. Der Begriff „Energiestrahlbündel“ ist dabei so definiert, dass über seinen Strahlungseinwirkbereich auf dem Baufeld hinweg eine ausreichende Strah- lungsintensität bereitgestellt wird, um das darunterliegende Aufbaumaterial mit einer Tie- fenerstreckung von zumindest einer Schicht zu verfestigen. Die Erfindung ist allerdings nicht auf Energiestrahlbündel als Strahlungsenergie beschränkt.

Eine additive Herstellvorrichtung kann eine Anzahl von Strahlungsquellen zur Erzeugung von Strahlung sowie eine damit verbundene Anzahl von Leiteinrichtungen zum Richten der Strahlung auf das Aufbaumaterial umfassen. Insbesondere ist bevorzugt einer Leitein richtung genau ein Strahlungseinwirkbereich auf dem Aufbaumaterial zugeordnet. Bei den Strahlungsquellen kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Gas- oder Fest- körperlaser oder jede andere Art von Lasern wie z. B. Laserdioden, insbesondere VCSELn (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSELn (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) oder eine Zeile dieser Laser handeln.

Das durch den Gaseinlass in die Prozesskammer einzuführende und durch den Gasaus- lass abzuführende Prozessgas kann eine Gasmischung oder ein reines Gas sein. Bei bestimmten additiven Herstellverfahren wird häufig Prozessgas mit einem hohen Anteil von Inertgas, z. B. Argon oder Stickstoff verwendet. In manchen Fällen kann eine Ver- Wendung von kostengünstigen Gasmischungen ausreichen, deren Zusammensetzung beispielsweise der Umgebungsluft entspricht.

Erfindungsgemäß umfasst die Herstellvorrichtung mindestens einen Gaseinlass für das Beströmen mit Prozessgas, der in der Prozesskammer angeordnet ist. Der Gaseinlass kann eine Vorrichtung umfassen, z. B. eine Düse oder ein Gehäuse, optional mit einer angeschlossenen Gaszuführung aus einem Prozessgasvorrat. Der Gaseinlass wird im Rahmen der Anmeldung insbesondere aber als Öffnung verstanden, aus der Gas in die Prozesskammer hinein strömt. Die Gaseinlassöffnung bildet also eine Schnittstelle zwi- schen einem Hohlraum der Gaszuführungsvorrichtung und einem durch die Prozess- kammer gebildeten Hohlraum. Mit dem Verlassen des Gaseinlasses wird ein Prozess- gasstrom von einem geführten Strahl zu einem ungeführten Strahl bzw. einem Freistrahl. Der Gaseinlass ist bzw. die Gaseinlässe sind innerhalb der Prozesskammer im Wesentli- chen über das gesamte Baufeld bewegbar. Im Folgenden ist nur noch von einem einzigen Gaseinlass die Rede, auch wenn mehrere Gaseinlässe - soweit sinnvoll - erfindungsge- mäß möglich sind und von der Beschreibung grundsätzlich mit umfasst sein sollen.

Im Gegensatz zu einer globalen Einblasung, bei der ein vollständiges Baufeld bzw. ein Volumen innerhalb der Prozesskammer oberhalb des Baufelds beströmt wird, wobei die Grundfläche des Volumens mindestens der Ausdehnung des Baufelds entspricht, wirkt der bewegbare Gaseinlass lokal, indem er nur einen Teilbereich des Baufelds anfährt, d. h. ein Teilvolumen oberhalb des Baufelds erfasst, wobei die Grundfläche des Volumens einem Teilbereich des Baufelds entspricht.

Der Gasauslass oder die Gasauslässe dagegen sind stationär, d. h. relativ zur Prozess- kammer ortsfest, und in einer Draufsicht betrachtet außerhalb des Baufelds, beispielswei- se in einer Wandung der Prozesskammer angeordnet. Sie können eine Absaugung um- fassen. Im Folgenden ist auch nur noch von einem einzigen Gasauslass die Rede, auch wenn mehrere Gasauslässe - soweit sinnvoll - erfindungsgemäß möglich sind und von der Beschreibung grundsätzlich mit umfasst sein sollen.

Die Erfindung wendet sich also davon ab, entweder nur eine Kombination aus stationären Gasein- und -auslässen vorzusehen, die bei Herstellvorrichtungen mit relativ kleinem Bau- feld häufig ausreicht, oder nur eine Kombination aus mobilen Gasein- und -auslässen einzusetzen, die einen hohen Koordinations- und Steuerungsaufwand mit sich bringen kann. Mit der Kombination eines mobilen Gaseinlasses und eines stationären Gasauslas- ses verfolgt die Erfindung vielmehr das Prinzip, eine beliebig kurze Distanz zwischen dem Gaseinlass und einer unerwünschten Verunreinigung über dem Baufeld zu schaffen und dadurch eine gezielte Entfernung der Verunreinigung aus der Prozesskammeratmosphäre zu ermöglichen. Im Vergleich zu einem stationären Gaseinlass kann dazu vorteilhafter- weise ein Einsatz eines Gaseinlasses mit relativ geringer Ausdehnung seiner Gaseinlass- Öffnung und eine Aufwendung eines relativen geringen Gasvolumens ausreichen.

Die Erfindung verfolgt das Ziel einer Verminderung und/oder eines Abtransports von at- mosphärischen Verunreinigungen mittels eines Anströmens und damit Verdrängens und/oder Verdünnens der Verunreinigung mit verunreinigungsfreiem oder zumindest - armem Prozessgas. Eine Zielbeströmungszone eines mittels des mobilen Gaseinlasses in die Prozesskammer eingeströmten Prozessgases ist typischerweise ein vorzugsweise baufeldnaher Teilbereich der Prozesskammer. Sie kann in einer vertikalen Projektion auf das Baufeld betrachtet innerhalb des Baufeldumrisses und/oder außerhalb des Baufeld- umrisses liegen, d. h. über einem das Baufeld umgebenden Prozesskammerboden. Vor- zugsweise umfasst die Zielbeströmungszone einen Bereich, in dem zumindest ab- schnittsweise aktuell ein oder mehrere Strahlengänge eines oder mehrerer Energiestrahl- bündel verläuft/verlaufen. Ein Ort, eine Ausdehnung und/oder eine Orientierung der Ziel beströmungszone können/kann grundsätzlich konstant oder variabel sein. Sie bzw. ihre dynamische Veränderung können/kann jeweils zumindest indirekt abhängig von Ort/Ausdehnung/Orientierung des Strahlungseinwirkbereichs bzw. deren dynamischer Veränderung sein. Eine Position der Zielbeströmungszone kann mit einer Position des Gaseinlasses koordiniert sein bzw. sich mit jener bewegen. Typischerweise liegt die Ziel beströmungszone in der vertikalen Draufsicht auf das Baufeld und vom bzw. von den Ga- seinlässen aus betrachtet im Wesentlichen stromabwärts des bzw. der Strahlungseinwirk- bereiche. Die Zielbeströmungszone kann als Mindesterfassungsbereich einer lokalen Beströmung durch einen mobilen Gaseinlass verstanden werden, wobei in dem Min- desterfassungsbereich vorzugsweise ein Mindestmaß an Effektivität bzw. Reinigungswir- kung vorausgesetzt wird. In diesem Fall kann also eine tatsächliche Zone der Beströmung mittels des Gaseinlasses größer sein. Je kürzer die Distanz des Gaseinlasses zur Ziel- beströmungszone ist, desto konzentrierter kann er dort wirken. Optional, d. h. nicht not- wendig, kann die Zielbeströmungszone einen Strahlungseinwirkbereich und gegebenen- falls eine Umgebung des Strahlungseinwirkbereichs auf der Baufeldoberfläche umfassen.

Das Ziel einer Reinhaltung bzw. Reinigung der Zielbeströmungszone wird also durch die erfindungsgemäße Lösung erreicht. Einer Verteilung bzw. Ausbreitung der Verunreinigung stromabwärts des Strahlungseinwirkbereichs durch den Freistrahl kann beispielsweise entgegen gewirkt werden, indem eine Gasauslassöffnung eines stationären Gasauslasses eine größere Ausdehnung hat als die Gaseinlassöffnung des mobilen Gaseinlasses, so- dass die Verunreinigung trotz einer bestimmten Ausbreitung auf direktem Wege in den Gasauslass geschoben werden kann. Eine mit ihrer Ausbreitung einhergehende Verdün- nung der Verunreinigung bewirkt außerdem ein geringeres Maß an Störung, falls ein Energiestrahlbündel sie vor ihrem Abtransport aus der Prozesskammer durchquert.

Zudem verlieren Freistrahlen mit steigender Distanz ihres unbegrenzten Verlaufs infolge ihrer Auffächerung sowohl an eindeutiger Richtung als auch an Geschwindigkeit. Die er- findungsgemäße Vorrichtung macht eine Distanz zwischen Gaseinlass und Gasauslass variabel bzw. verkürzbar und kann damit eine Zielgenauigkeit bzw. Effektivität eines unge- führten Prozessgasstroms in Bezug auf seine verdrängende und damit reinigende Funkti- on hoch halten. Sie gewinnt damit umso mehr an Wert, je größer ein Baufeld ist und je größer ein Abstand zwischen einem entlang des Baufelds angeordneten stationären Ga- seinlass und stationären Gasauslass ist. Das macht ihren Einsatz insbesondere bei Groß- feldanlagen gewinnbringend, ohne einen vergleichbar hohen Koordinations- und Steue- rungsaufwand zu erfordern, den eine Kombination aus gleichermaßen mobilen Gasein- lässen und -auslässen bedeutet. In Abgrenzung von einer Kleinfeldanlage kann eine Großfeldanlage beispielsweise ein Baufeld aufweisen, dessen kürzeste Seitenlänge eines rechteckigen Baufelds oder dessen Durchmesser eines kreisrunden Baufelds mindestens 400mm, vorzugsweise mindestens 800mm, besonders bevorzugt mindestens 1000mm beträgt.

Die Effizienz der erfindungsgemäßen Anordnung wird sowohl durch den mobilen Gasein- lass als auch durch den vorzugsweise breiten, stationären Gasauslass sichergestellt: Der mobile Gaseinlass lässt sich nahe an einen Strahlungseinwirkbereich bzw. an eine Ziel- beströmungszone heranfahren und kann dort lokal konzentriert wirken.

Der Gasauslass dagegen kann aufgrund seiner stationären Anordnung bezüglich einer Baufeldseite, an der er angeordnet ist, über eine größere Ausdehnung seiner Auslassöff- nung als die Einlassöffnung des mobilen Gaseinlasses verfügen. Eine horizontale Aus- dehnung der Auslassöffnung des Gasauslasses entspricht vorzugsweise mindestens der Länge der Baufeldseite, entlang der sich der Gasauslass erstreckt, bzw. einer längsten Erstreckung des Baufelds im Wesentlichen parallel zum Gasauslass. Eine vergleichswei- se große horizontale, aber auch vertikale Ausdehnung der Öffnung des Gasauslasses kommt einer effizienten Erfassung des lokal als Freistrahl eingedüsten und sich dabei aufweitenden Prozessgasstroms bzw. des fortgeblasenen Prozessgasvolumens entge- gen. Die stationäre Anordnung des Gasauslasses erübrigt dessen kostenträchtige mobile Konstruktion und deren Steuerung. Die erfindungsgemäße Kombination eines mobilen Gaseinlasses und eines stationären Gasauslasses begünstigt insgesamt also eine kos- tengünstige Herstellung und einen ebensolchen Betrieb der obigen Herstellvorrichtung.

Zumindest experimentell lässt sich feststellen, dass es einen erkennbaren Wirkungsunter- schied zwischen einer Einblasung eines Gaseinlasses und einer Absaugung eines Gas- auslasses gibt. Demnach liegt die Wirksamkeit einer Einblasung um ein mehrfaches über derjenigen einer Absaugung. Erfindungsgemäß ist daher der Gaseinlass für das Anfahren und das kontrollierte Beströmen einer Zielbeströmungszone vorgesehen. Er kann zusätz- lich mit einem Absaugen des Gasauslasses kombiniert sein, um eine noch höhere Wirk- samkeit zu erreichen.

Beim selektiven Verfestigen von Metall kann im Vergleich zu anderen additiven Herstel- lungsverfahren unter Umständen ein erhöhtes Maß an Verunreinigung der Prozesskam- meratmosphäre auftreten. Die Verunreinigung kann beispielsweise Spratzer, Rauch, Kon- densat oder sonstige aufgewirbelte Partikel umfassen. Sie kann zumindest einen Teil der in Form des Energiestrahlbündels zum Baufeld gelenkten Strahlungsenergie absorbieren oder streuen, bevor jene das Baufeld erreicht, wodurch ein Verfestigungsprozess beein- trächtigt werden kann. Von besonderem Vorteil ist daher eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit additiven Herstellverfahren und -Vorrichtungen, bei denen ein me- tallenes oder zumindest metallhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, das mindestens 50 Volumenprozent, bevorzugt mindestens 80 Volumenprozent, besonders bevorzugt min- destens 90 Volumenprozent Metall enthält. Das metallene Aufbaumaterial kann bei- spielsweise ein sortenreines Metallpulver oder ein Metalllegierungspulver sein.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Gaseinlass in einer unteren Hälfte, vor- zugsweise in einem untersten Fünftel, besonders bevorzugt in einem untersten Zehntel der Prozesskammer bezogen auf eine lichte Höhe der Prozesskammer, jeweils senkrecht zum Baufeld betrachtet, bewegbar sein. Da eine Prozesskammer einen zerklüfteten In- nenraum aufweisen kann, z. B. ein uneinheitliches Höhenniveau der Decke, bezieht sich der Begriff„lichte Höhe“ auf eine maximale Innenhöhe der Prozesskammer. Beispielswei- se können die genannten Werte in Bezug auf die lichte Höhe der Prozesskammer einem Abstandswert im bestimmungsgemäßen Betrieb des Gaseinlasses von kleiner oder gleich 20cm, vorzugsweise kleiner oder gleich 10cm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 5cm zum Baufeld entsprechen. In den genannten Höhenbereichen der Prozesskammer ist eine besonders hohe Wirksamkeit des Gaseinlasses zu erwarten. Außerdem unter- scheidet er sich damit von einer Deckenbeströmung, die regelmäßig etwa in einer oberen Hälfte oder in einem oberen Viertel der Prozesskammer wirkt und insbesondere einem Freiblasen oder Abschirmen eines Einkoppelfensters für die Zufuhr von Strahlungsenergie dient. Der Gaseinlass ist darüber hinaus vorzugsweise im Wesentlichen horizontal orien- tiert. Er düst das Gas also beispielsweise waagerecht oder leicht schräg auf das Baufeld gerichtet in die Prozesskammer ein. Damit unterscheidet er sich auch grundsätzlich von einer vergleichsweise großflächig eingeführten, abwärts gerichteten Strömung, die analog zu einer Reinraumströmung ein Aufsteigen von Verunreinigungen in einen oberen Bereich der Prozesskammer vermindert bzw. Verunreinigungen nahe ihrem Entstehungsort im unteren Bereich der Prozesskammer hält, während sie verdünnt bzw. abtransportiert wer- den. Auf einem dem Gaseinlass entsprechenden Höhenniveau kann auch der Gasauslass angeordnet sein, vorzugsweise in einer Wandung der Prozesskammer.

Der mobile Gaseinlass kann grundsätzlich translatorisch verschiebbar oder rotatorisch verdrehbar sein. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Gaseinlass in mehr als einem Translationsfreiheitsgrad und zusätzlich oder alternativ in mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad bewegbar sein, vorzugsweise in genau zwei Translations- freiheitsgraden und in genau einem Rotationsfreiheitsgrad. Seine translatorische Beweg- barkeit geht also gemäß der bevorzugten Ausgestaltungsform mit einer rotatorischen Be- wegbarkeit einher, so dass er sowohl translatorisch als auch rotatorisch mobil ist. Die Translationsfreiheitsgrade des Gaseinlasses beziehen sich auf die Raumrichtungen der Prozesskammer, seine Rotationsfreiheitsgrade auf seine Drehachsen. Vorzugsweise lässt er sich in den beiden Raumrichtungen parallel zum Baufeld bzw. zur Arbeitsebene ver- schieben und zumindest um eine Drehachse senkrecht zum Baufeld rotieren. Unter dem Rotieren kann sowohl ein Verdrehen als auch ein Verschwenken zu verstehen sein. Damit kann er nicht nur das gesamte Baufeld an sich abdecken, sondern auf einen Ortswechsel des Strahlungseinwirkbereichs auf dem Baufeld schneller reagieren und die korrespondie- rende Zielbeströmungszone schneller beströmen. Denn mit einer Verdrehung lässt sich der Gaseinlass ggf. schneller auf einen neuen Ort des Strahlungseinwirkbereichs bzw. der Zielbeströmungszone ausrichten als durch eine Verschiebung. Damit lassen sich zeitauf- wändigere Verschiebebewegungen des Gaseinlasses parallel zur Baufeldebene einspa- ren und durch zügigere Verdrehungen um eine Achse senkrecht zur Baufeldebene erset- zen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Gaseinlass in einer vertikalen Draufsicht betrachtet über dem Baufeld, insbesondere ausschließlich über dem Baufeld, bewegbar sein. Damit lässt sich eine wirkungsgünstige Nähe des Gaseinlasses zum Auf- treffort der Zufuhr der Strahlungsenergie bzw. zum Strahlungseinwirkbereich bzw. zur Zielbeströmungszone erreichen. Dies schließt nicht aus, dass der Gaseinlass auch seit lich davon, also neben bzw. außerhalb des Baufelds bewegt werden kann. Von besonde- rer Wichtigkeit ist hier die Position der Öffnung des Gaseinlasses in der Draufsicht. Sie ist im Vergleich zu einem Gehäuse eines Gaseinlasses, das eine vergleichsweise große Ausdehnung aufweisen kann, in einer Draufsicht örtlich eindeutiger definiert, da sie typi scherweise an einem Rand des Gehäuses des Gaseinlasses angeordnet ist. Da ein Pro- zessgasstrahl erst durch sein Austreten aus einer Öffnung des Gaseinlasses zum Frei- strahl wird, kann eine spezielle Ausprägung einer dreidimensionalen Öffnungsgeometrie des Gaseinlasses zum Beispiel als Düse bzw. Konfusor, in dem sich die Geschwindigkeit des Gasstroms erhöht, in diesem Fall außer Acht gelassen werden. Die Bewegbarkeit des Gaseinlasses kann i. Ü. mechanisch unabhängig von der mechanischen Führung der Zu- fuhr der Strahlungsenergie auf dem Baufeld sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Anzahl der Gaseinlässe von der Anzahl der aktivierbaren Energiestrahlbündel abweichen, die eine Zufuhr der Strah- lungsenergie zum Strahlungseinwirkbereich bewirken. Vorzugsweise weicht die Anzahl der Gaseinlässe von der Anzahl der unabhängig voneinander lenkbaren Energiestrahl- bündel ab. Diese Varianten decken z. B. einen Einsatz von Zeilenbelichtern bzw. Laserdi- odenbänken und Scanner-basierten Einrichtungen zur Bereitstellung von Strahlungsener- gie bzw. Energiestrahlbündeln ab. Es können also beispielsweise zwei oder mehrere Ga- seinlässe einem einzigen verfestigenden Energiestrahlbündel zugeordnet sein, um aus der Zielbeströmungszone effektiver Verunreinigungen zu entfernen und/oder eine uner- wünschte Oxidation des zu verfestigenden Aufbaumaterials weiter zu reduzieren. Umge- kehrt können auch zwei oder mehrere Energiestrahlbündel nur einem Gaseinlass zuge- ordnet sein, beispielsweise wenn deren jeweilige Strahlungseinwirkbereiche unmittelbar nebeneinander liegen oder zusammenfallen. Jedenfalls muss keine zwingende Koppe- lung von Energiestrahlen oder ihrer Strahlungseinwirkbereiche und einer entsprechenden Anzahl Gaseinlässen vorliegen, solange eine ausreichende Beströmung jeder Zielbeströ- mungszone vorliegt. Eine anzahlenmäßige Entkoppelung von Energiestrahlen bzw. Strah- lungseinwirkbereichen einerseits und von mobilen Gaseinlässen andererseits kann zum Einen zeitkostende Verfahrwege von Gaseinlässen einsparen und zum Anderen eine be- darfsgerechte Beströmung höher belasteter Bereiche der Prozesskammer ermöglichen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Herstellvorrichtung daher über mehr als zwei unabhängig voneinander bewegbare Gaseinlässe verfügen. Sie sind also hinsichtlich ihrer Bewegbarkeit nicht miteinander gekoppelt, so dass sie jeweils separate Strahlungseinwirkbereiche bzw. Zielbeströmungszonen oder auch denselben Strahlungs- einwirkbereich bzw. dieselbe Zielbeströmungszone gleichzeitig ansteuern können. Damit lässt sich die oben erläuterte Zeitersparnis und Beströmungsintensität erzielen.

Die Anordnung grundsätzlich unabhängig voneinander bewegbarer Gaseinlässe schließt nicht aus, dass sie während eines Herstellprozesses aus z. B. verfahrensökonomischen Gründen günstiger Weise gemeinsam, also gleichzeitig und gleichgerichtet bewegt wer- den. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Gaseinlässe da- her nicht nur verfahrenstechnisch, sondern auch zumindest teilweise mechanisch koppel- bar und als solche gemeinsam bewegbar ausgebildet sein. Die mechanische Koppelung kann also reversibel gestaltet sein und sich per Steuerungseinrichtung während des Her- steil Verfahrens aktivieren oder deaktivieren lassen. Eine deaktivierbare mechanische Kopplung der Gaseinlässe kann beispielsweise auf über dem Baufeld verfahrbaren Armen beruhen, auf denen die Gaseinlässe ihrerseits jeweils verschiebbar und verdrehbar oder verschwenkbar befestigt sind. Die verfahrbaren Arme können für eine Verschiebbarkeit der Gaseinlässe in eine erste Raumrichtung sorgen, die Verfahrbarkeit der Gaseinlässe auf den Armen für eine Verschiebbarkeit in eine zweite Raumrichtung. Eine mechanische Kopplung der Arme aneinander bewirkt bereits eine Kopplung der Bewegung der Gasein- lässe in der ersten Raumrichtung. In ähnlicher Weise können die zweite Raumrichtung und die Rotation der Gaseinlässe miteinander gekoppelt werden, um eine gemeinsame anstelle einer jeweiligen individuellen Ansteuerung zu ermöglichen und so einen Steue- rungsaufwand für die Gaseinlässe zu reduzieren.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Herstellvorrichtung zusätzlich zu einem mobilen Gaseinlass über einen weiteren, aber stationären Gaseinlass oder mehrere derartige Gaseinlässe für Prozessgas verfügen. Dabei kann es sich um großvo- lumige, aber vergleichsweise langsame Einströmungen handeln, die beispielsweise einen vertikal abwärts gerichteten Strom bewirken, der möglichst das gesamte Baufeld abdeckt. Alternativ oder zusätzlich kann es sich um eine seitliche Einströmung mit höherer Ge- schwindigkeit handeln. Für die Erfassung auch des zusätzlich eingeströmten Gasvolu- mens kann der stationäre Gasauslass zur Verfügung stehen. Jedenfalls kann der zusätz- liche Gaseinlass den mobilen Gaseinlass in seiner Wirkung unterstützen, indem er das auszutauschende und evtl getrübte Gasvolumen in der Prozesskammer abzuführen hilft.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Herstel- lung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung der oben beschriebenen Art mit mindestens einem bewegbaren Gaseinlass und mindestens einem stationären Gasauslass für Prozessgas, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbrin- gen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbauma- terials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels abgetastet werden, wobei im Betrieb ein bewegbarer Gaseinlass eine Referenzprozessstelle und/oder eine der Referenzprozessstelle zugeordnete Ziel- beströmungszone zur Beströmung mit dem Prozessgas anfährt, und das Prozessgas über einen stationären Gasauslass abgeführt wird.

Eine„Referenzprozessstelle“ kann eine oder mehrere zu einem Zeitpunkt vorhandene (Strahlungs-)Einwirkfläche(n) (insbesondere des bzw. der Energiestrahlbündel(s)) auf dem Baufeld umfassen. Optional kann sie zusätzlich einen definierten Bewegungsbereich der (Strahlungs-)Einwirkfläche(n) umfassen, dessen Ausdehnung z. B. durch eine vorge- gebene Zeitspanne definiert sein kann, in der sich die aktuelle(n) (Strahlungs- )Einwirkfläche(n) auf dem Baufeld bewegt/bewegen. Vorzugsweise wird sie als zweidi- mensionaler Ausschnitt aus der Arbeitsebene bzw. der Baufeldoberfläche verstanden. Die Referenzprozessstelle kann z. B. in Abhängigkeit einer jeweils angewandten Bestrah- lungsstrategie beispielsweise einen Abschnitt eines Streifens bzw. einer Bahn umfassen (,,Stripe“-Bestrahlungsstrategie), der/die typischerweise durch eine konstante Maximal- breite definiert ist. Alternativ kann sie beispielsweise - anteilig oder vollständig - die Flä che eines„Schachbrettfelds“ bei einer sogenannten„Chess“-Bestrahlungsstrategie um- fassen. Die beispielhaft genannten Streifen und Schachbrettfelder werden dabei üblicher- weise vom Energiestrahlbündel hochfrequent„ausschraffiert“. Ein Ort, eine Ausdehnung und/oder eine Orientierung der Zielbeströmungszone bzw. ihre dynamische Veränderung können zumindest indirekt abhängig von Ort/Ausdehnung/Orientierung der Referenzpro- zessstelle bzw. deren dynamischer Veränderung sein. Mit dem Anfahren und Beströmen einer Referenzprozessstelle und/oder einer Zielbeströ- mungszone mittels eines mobilen Gaseinlasses und mit dem Abtransport des Gases per stationärem Gasauslass verfolgt die Erfindung das Prinzip, zunächst nur die Zielbeströ- mungszone freizublasen und im Zuge dessen bzw. anschließend ein eventuell verunrei- nigtes Gasvolumen im Verlauf seiner Ausbreitung bzw. seiner Bewegung aus einem Be- reich über dem Baufeld weg zu befördern und zugleich mit Prozessgas zu verdünnen, bevor es letztendlich aus der Prozesskammer abtransportiert wird. Damit lässt sich das Ziel einer verunreinigungsfreien Zufuhr von Strahlungsenergie auf das Baufeld ebenso gut erreichen, jedoch ohne den Ansteuerungsaufwand mobiler Gaseinlässe und Gasauslässe und ohne den Einsatz bzw. Durchsatz großer Gasvolumina.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann im Betrieb mehr als ein Gaseinlass einer Referenzprozessstelle und/oder einer Zielbeströmungszone zugeordnet sein. Es können also zwei oder mehr Gaseinlässe eine einzige Referenzprozessstelle und/oder Ziel beströmungszone im Baufeld anfahren, um die Referenzprozessstelle und/oder Ziel beströmungszone effektiver mit Prozessgas zu beströmen und so einer dortigen Verun- reinigung effektiv entgegen zu wirken.

Das Verfahren kann eine Koordination eines eine Referenzprozessstelle und/oder eine Zielbeströmungszone beströmenden Gaseinlasses in Abhängigkeit von einer aktuellen Position und/oder Orientierung der Referenzprozessstelle und/oder der Zielbeströmungs- zone auf dem Baufeld umfassen, wobei der Verfahrweg des Gaseinlasses abhängig ge- macht werden kann von der Bewegung der Referenzprozessstelle und/oder der Ziel beströmungszone im Zuge einer Bestrahlungsstrategie. Nach einer weiteren Ausgestal- tung der Erfindung kann das Verfahren eine derartige Ansteuerung des Gaseinlasses umfassen, dass die Referenzprozessstelle und/oder die Zielbeströmungszone in einer Draufsicht auf das Baufeld stets in einer vordefinierten Strömungsverlaufszone zwischen der Öffnung des Gaseinlasses und der Öffnung des Gasauslasses liegt. Die Strömungs- verlaufszone kann als Bahnfläche, eine Dreiecksfläche, eine Parabelfläche, oder eine Trapezfläche ausgebildet sein. Eine Gestalt bzw. Ausdehnung der Strömungsverlaufszo- ne kann beispielsweise unter Berücksichtigung einer Messung und/oder einer Simulation einer Verunreinigung bestimmt werden. Die Ansteuerung erfolgt beispielsweise über eine geeignete Programmierung, jedenfalls aber nicht über eine mechanische Koppelung der Bewegung des Gaseinlasses einerseits und einer Leiteinrichtung für die Zufuhr von Strah- lungsenergie auf dem Baufeld andererseits. Sie könnte zu unflexibel zu handhaben und zu träge sein. Die Ansteuerung des Gaseinlasses ist vielmehr derart an der Referenzpro- zessstelle und/oder der Zielbeströmungszone im Baufeld orientiert, dass er den Gasein- lass auf eine in etwa geradlinige Bahn mit der Referenzprozessstelle und/oder der Ziel beströmungszone und dem Gasauslass bringt, wobei zweckmäßiger Weise die Referenz- prozesssteile und/oder die Zielbeströmungszone zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass respektive zwischen deren Öffnungen liegt.

Der Begriff der Bahn anstelle einer Geraden als geometrischem Ort der Referenzprozess- steile und/oder der Zielbeströmungszone zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass deutet eine gewisse Unschärfe bzw. Toleranz quer zur Erstreckungsrichtung der Bahn aus. Tatsächlich kommt es ausgehend vom Gaseinlass zu einer Aufweitung des austre- tenden Prozessgasstrahls ab dem Verlassen seiner Einlassöffnung, so dass - in einer Draufsicht auf das Baufeld und jedenfalls bei einer frontalen Ausrichtung des Gaseinlas- ses auf den Gasauslass betrachtet - vereinfachend bzw. schematisch von einem gleich- schenkligen Dreieck als Wirkfläche des Prozessgas-Einlassstrahls über dem Baufeld ausgegangen werden kann. Die Spitze des Dreiecks liegt am Mittelpunkt der Einlassöff- nung des Gaseinlasses und seine Basis am bzw. parallel zur Auslassöffnung des Gas- auslasses. Mit dem Dreieck als möglichem Ort der Referenzprozessstelle und/oder der Zielbeströmungszone bietet sich eine größere Toleranz für die Ansteuerung des Gasein- lasses, die zu geringeren Verfahrwegen und damit zu einer schnelleren Reaktion der An- steuerung auf die sich beim Herstellen des Objekts typischerweise rasch ändernde Positi on der Referenzprozessstelle und/oder der Zielbeströmungszone führt. Mit einer gegen- über dem Gasauslass in einem Winkel angestellten Orientierung des Gaseinlasses ergibt sich anstelle des gleichschenkligen lediglich ein asymmetrisches Dreieck.

Wird der Gaseinlass nicht auf den Mittelpunkt seiner Einlassöffnung reduziert, sondern auch dessen Breite berücksichtigt, kann die Ansteuerung bei frontaler Orientierung des Gaseinlasses gegenüber dem Gausaulass ein gleichschenkliges Trapez als möglichen Ort der Referenzprozessstelle und/oder der Zielbeströmungszone annehmen. Die kürzere Grundlinie des Trapezes ist der Einlassöffnung, die längere der Auslassöffnung zugeord- net. Damit bietet sich eine noch größere Toleranz mit den oben genannten Vorteilen. Dar- aus lässt sich eine höher tolerierte Ansteuerung ableiten, auch für einen Gaseinlass, der in einem Winkel gegenüber dem Gasauslass angestellt ist. Eine Beschreibung oder Defi- nition des Verlaufs eines Gasfreistrahls und damit der Fortbewegung einer dadurch ver- drängten bzw. verdünnten Verunreinigung innerhalb der Prozesskammer mittels einfacher geometrischer Formen bietet im Vergleich zu einer möglichst realistischen messtechni- schen Detektion oder Simulation der gegebenenfalls dynamischen Position und Gestalt der Verunreinigung den Vorteil einer einfachen und effizienten Umsetzung in eine An- steuerung des Gaseinlasses, die bei vergleichbarer Wirksamkeit weniger Speicher- und Rechenaufwand erfordern kann.

Die Leiteinrichtung für die Zufuhr von Strahlungsenergie in die Prozesskammer reagiert in der Regel schneller als sich ein Gaseinlass verfahren lässt. Daher ist das Verfahren zur Ansteuerung bemüht, unnötige Manöver des Gaseinlasses zu vermeiden. Nach einer wei- teren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren zur Ansteuerung des Gaseinlas- ses berücksichtigen, dass ein Winkel, den die Öffnungsebenen von Gaseinlass und Gas- auslass und/oder den eine mittlere Strömungsrichtung beim Austritt des Prozessgases aus dem Gaseinlass sowie eine auf einer Öffnungsebene des Gasauslasses errichtete Normale in einer Draufsicht auf das Baufeld miteinander einschließen, einen vorgegebe- nen Winkel-Schwellenwert zueinander stets unterschreitet bzw. nicht überschreitet. Die mittlere Strömungsrichtung kann ein arithmetisches Mittel einer Anzahl von Strömungs- richtungen sein. Sie kann beispielsweise messtechnisch oder mittels einer Simulation oder durch Ableitung von der dreidimensionalen Geometrie des Gaseinlasses ermittelt werden. Da eine Verschiebung des Gaseinlasses in der Regel einen größeren Zeitbedarf erfordert als eine Verdrehung, ist jene steuerungstechnisch zu bevorzugen. Die Ausrich- tung des Gaseinlasses in nur einem begrenzten Winkelbereich gegenüber dem Gasaus- lass führt darüber hinaus zu einer zuverlässigeren Erfassung des Gasvolumens über ei- ner Referenzprozessstelle, weil damit die Wirkungsrichtungen des Gaseinlasses und des Gasauslasses nicht zu stark voneinander abweichen. Beim Aufeinandertreffen mehrerer Prozessgas-Einlassstrahlen kann zudem eine gewisse Strahlablenkung des einströmen- den Prozessgases begünstigend berücksichtigt werden. Für den Fall einer Ausbildung des stationären Gasauslasses als Absaugung kann ein Saugimpuls auf ein anströmendes Gasvolumen dessen Strömungsrichtung zusätzlich beeinflussen. Beispielsweise kann bei einer Anstellung des Prozessgas-Einlassstrahls gegenüber der Öffnungsebene des Gas- auslasses in einem Winkel eine resultierende Strahlablenkung des einströmenden Pro- zessgases begünstigend berücksichtigt werden.

Das Verfahren zur Ansteuerung kann einer Referenzprozessstelle und/oder einer Ziel- beströmungszone zumindest einen bewegbaren Gaseinlass zuordnen. Nach einer weite- ren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren einen vorab definierten Höchstab- stand des Gaseinlasses zu einer ihm zugeordneten Referenzprozessstelle und/oder Ziel- beströmungszone einhalten. Das Ansteuerungsverfahren sorgt also im Betrieb dafür, dass sich der Gaseinlass nicht über einen Höchstabstandswert hinaus von der Referenzpro- zessstelle und/oder der Zielbeströmungszone entfernt. Damit lässt sich eine Wirksamkeit der Freihaltung bzw. Freiblasung der Referenzprozessstelle und/oder der Zielbeströ- mungszone gewährleisten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren einen vorab defi- nierten Mindestabstand des Gaseinlasses zu einer ihm zugeordneten Referenzprozess- steile und/oder Zielbeströmungszone einhalten. Das Ansteuerungsverfahren sorgt also im Betrieb dafür, dass sich der Gaseinlass nicht unter einen Mindestabstandswert hinaus an den Strahlungseinwirkbereich und/oder an die Referenzprozessstelle und/oder an die Zielbeströmungszone annähert. Damit lässt sich beispielsweise bei einem kleinen Öff nungsquerschnitt des Gaseinlasses eine Wirksamkeit der Freihaltung bzw. Freiblasung der Referenzprozessstelle und/oder der Zielbeströmungszone gewährleisten, indem unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des eingeströmten Gases eine Ausbreitung des Freistrahls in den freien Raum einkalkuliert wird, sodass der Prozessgasstrom ab dem Mindestabstandswert eine Mindestanforderung an eine Verdrängungs- bzw. Reinigungs- fähigkeit erfüllt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren das Baufeld rech- nerisch bzw. virtuell in eine Mehrzahl von Baufeldsegmenten unterteilen und mindestens einen bewegbaren Gaseinlass anstelle einer Referenzprozessstelle und/oder einer Ziel beströmungszone zumindest temporär einem vordefinierten Baufeldsegment zuordnen, in dem eine aktuelle Referenzprozessstelle und/oder über dem eine aktuelle Zielbeströ- mungszone liegt. Die Baufeld-Segmentierung muss nicht zwingend für die Dauer des Herstellvorgangs eines Bauteils festgelegt sein, sondern kann sich währenddessen än- dern. Sie kann sich an einem jeweils und ggf. erst während des Herstellprozesses entste- henden Bedarf orientieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Segmentierung strömungs- orientiert erfolgen, beispielsweise aufgrund des Einsatzes mehrerer Energiestrahlbündel, der Anzahl der Gaseinlässe und/oder -auslässe oder wegen eines Teil- oder Vollüberlapp der Arbeitsbereiche der zur Verfestigung geeigneten Energiestrahlbündel auf dem Bau- feld. Die Segmentierung kann schichtspezifisch variabel sein und abhängig von einer konkreten Verteilung, Geometrie, Ausdehnung etc. von Bauteilquerschnitten in einer Schicht. Damit kann das Verfahren eine Bedarfsschwelle definieren, an der sich eine An- steuerung eines oder mehrerer Gaseinlässe orientiert. Es kann damit die Grundlage für eine Ansteuerung eines Gaseinlasses mit dem Ziel einer möglichst kontinuierlichen Be- wegung bzw. zu einer Optimierung seines Bewegungsverlaufs und insbesondere zu einer Vereinfachung der Steuerung des Gaseinlasses legen. Beispielsweise kann eine Distanz bzw. eine Route einer Bewegung eines Gaseinlasses in Koordination mit einem Abtast- pfad eines oder mehrerer Energiestrahlbündel auf dem Baufeld unter Verwendung eines Travelling-Salesman-Algorithmus und/oder einer Glättungsfunktion in einer Ansteuerung verkürzt bzw. vereinfacht werden.

Grundsätzlich kann das Verfahren die Ansteuerung mehrerer mobiler Gaseinlässe unab- hängig voneinander umfassen, um einen bedarfsorientierten Einlass von Prozessgas zu einer oder zu mehreren Referenzprozessstellen und/oder Zielbeströmungszonen sicher- zustellen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren eine Zu- sammenschaltung mindestens zweier bewegbarer Gaseinlässe ermöglichen. Die Zu- sammenschaltung bzw. steuerungstechnische Koppelung der Gaseinlässe kann während eines Herstellungsvorgangs zumindest zeitlich vorübergehend vorliegen und damit für diese Zeitspanne einen Steuerungsaufwand der Gaseinlässe reduzieren. Sie kann ange- bracht oder erforderlich sein, wenn zum Beispiel mehrere Strahlungseinwirkbereiche ei- nen lokal begrenzten Bereich des Baufelds zeitgleich oder zeitlich überlappend oder räumlich unmittelbar benachbart verfestigen. Dort kann dann ein erhöhter Bedarf an einer Beströmung mit Prozessgas auftreten. Er muss aber nicht zwingend von separat ange- steuerten Gaseinlässen bedient werden, sondern kann von solchen angefahren werden, deren feste Position relativ zueinander zumindest für einen zeitlich begrenzten Betriebs- zustand definiert ist. Die Zusammenschaltung kann beispielsweise ein mindestens tempo- rär gleichgerichtetes Verfahren und/oder Verdrehen der Gaseinlässe bewirken.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren mindestens zwei bewegbare Gaseinlässe derart koordinieren, dass in einer vertikalen Draufsicht auf das Baufeld betrachtet

- die Gaseinlässe bei einer gleichen Orientierung bzw. Ausrichtung innerhalb der Pro- zesskammer und über dem Baufeld und/oder bei einer gleichen mittleren Beströ- mungsrichtung nicht hintereinander bzw. bezüglich ihrer mittleren Beströmungsrichtung als Achse der Gaseinlässe nicht koaxial positioniert werden, und/oder

- die Gaseinlässe derart gegeneinander verdreht und/oder verschoben positioniert wer- den, dass ihre jeweiligen mittleren Beströmungsrichtungen einander nicht schneiden und/oder

- die den Gaseinlässen jeweils zugeordneten Strömungsverlaufszonen und/oder Ziel beströmungszonen einander nicht überlappen, jene also überlappungsfrei bleiben. Die Koordination der Gaseinlässe kann sich also an einer mittleren Beströmungsrichtung der Gaseinlässe, an den Strömungsverlaufszonen der von ihnen ausgehenden Strö- mungskegel oder an den ihnen zugewiesenen Zielbeströmungszonen als Steuerungskri- terium orientieren. Die mittleren Beströmungsrichtungen können z. B. durch ein arithmeti- sches Mittel einer Anzahl von gemessenen oder simulierten Strömungsrichtungen, in de- nen Gas aus einem Gaseinlass in die Prozesskammer strömt, ermittelt werden. Sie bilden ein Kriterium, das Überlappungen der Strömungsverlaufszonen oder der Zielbeströ- mungszonen erlaubt, aber zu einem geringeren Ansteuerungsaufwand und damit zu einer schnelleren Reaktion der Gaseinlässe auf die Bewegung des Strahlungseinwirkbereichs führen kann. Umgekehrt maximieren die Strömungsverlaufszonen oder die Zielbeströ- mungszonen als Steuerungskriterien die beströmte Fläche.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Steuerungsverfahren zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung mit mindestens einem bewegbaren Gaseinlass zum Einführen von Prozessgas in eine Prozesskammer und mindestens einem stationären Gasauslass zum Abführen des Prozessgases aus der Prozesskammer, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und selekti- ves Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strah- lungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels, abgetastet werden, wobei das Steue- rungsverfahren so ausgebildet ist, dass es den bewegbaren Gaseinlass und/oder den stationären Gasauslass so steuert, dass im Betrieb der bewegbare Gaseinlass eine Refe- renzprozessstelle und/oder eine der Referenzprozessstelle zugeordnete Zielbeströ- mungszone zur Beströmung mit dem Prozessgas anfährt, und das Prozessgas über den stationären Gasauslass abgeführt wird.

Eine Erzeugung von Steuerbefehlsdaten im Rahmen des Steuerungsverfahrens kann beispielsweise in Form von Hardware- und/oder Softwarekomponenten in einer Rechen- vorrichtung realisiert sein. Die Rechenvorrichtung kann z. B. Teil der obigen Herstellvor- richtung zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts selber sein, beispiels- weise als Teil einer Steuereinrichtung o. ä. Alternativ kann die Erzeugung der Steuerbe- fehlsdaten eigenständig und separat ablaufen, d. h. von der Herstellvorrichtung räumlich getrennt durchgeführt werden. Dann können die erzeugten Steuerbefehlsdaten der Her- stellvorrichtung mittels geeigneter Schnittstellen zugeführt werden, beispielsweise über einen Memorystick, eine mobile Festplatte oder einen sonstigen transportablen Datenträ- ger sowie über kabelgebundene bzw. -lose Netzwerke oder„Cloud“-Lösungen.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogrammpro- dukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuerdatenerzeugungsvorrichtung und/oder einer Steuereinrichtung der obigen Herstell- vorrichtung zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts ladbar ist, mit Pro- grammabschnitten, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerdatenerzeugungsvorrichtung und/oder in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung der Erfindung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software- bzw. Firmware-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z. B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software umfassen. Zum Transport zur Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuereinrich- tung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine mobile Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf dem die von einer Rechenvorrichtung zur Erzeugung von Steuerbefehlsdaten und/oder der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computer- programms gespeichert sind.

Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 : eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung zur additiven Fertigung von Fertigungsprodukten nach dem Stand der Technik,

Figur 2: eine schematische Schnittansicht auf eine Vorrichtung gemäß einer Ausfüh- rungsform der Erfindung mit einem Gaseinlass in einer der Schnittlinie D-D ge- mäß Figur 1 entsprechenden Ebene,

Figur 3: eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung gemäß einer alternativen Aus- führungsform der Erfindung mit einem rotierenden Gaseinlass,

Figur 4: eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausfüh- rungsform der Erfindung mit drei Gaseinlässen, Figur 5: eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausfüh- rungsform der Erfindung mit zwei Gaseinlässen,

Figur 6: eine perspektivische Ansicht eines per Roboterarm bewegten Gaseinlasses, und Figur 7: eine Draufsicht auf einen alternativen Roboterarm.

Die in Figur 1 schematisch dargestellte Vorrichtung ist eine an sich bekannte Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung a1. Zum Aufbauen eines Objekts a2 enthält sie eine Pro- zesskammer a3 mit einer Kammerwandung a4. In der Prozesskammer a3 ist ein nach oben offener Baubehälter a5 mit einer Wandung a6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters a5 ist eine Arbeitsebene a7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene a7, der zum Aufbau des Objekts a2 verwendet werden kann, als Baufeld a8 bezeichnet wird.

In dem Behälter a5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger a10 angeord- net, an dem eine Grundplatte a11 angebracht ist, die den Baubehälter a5 nach unten ab- schließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte a1 1 kann eine getrennt von dem Träger a10 gebildete Platte sein, die an dem Träger a10 befestigt ist, oder sie kann integ- ral mit dem Träger a10 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte a11 noch eine Bauplattform a12 angebracht sein, auf der das Objekt a2 aufgebaut wird. Das Objekt a2 kann aber auch auf der Grundplatte a1 1 selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform dient. In Figur 1 ist das in dem Baubehälter a5 auf der Bauplattform a12 zu bildende Objekt a2 unterhalb der Arbeitsebene a7 in einem Zwi- schenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial a13.

Die Lasersintervorrichtung a1 enthält weiter einen Vorratsbehälter a14 für ein durch elekt- romagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial a15 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter a16 zum Aufbringen des Aufbau- materials a15 auf das Baufeld a8.

Die Lasersintervorrichtung a1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung a20 mit einem Laser a21 , der einen Laserstrahl a22 als Energiestrahlbündel erzeugt, der über eine Um- lenkvorrichtung a23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung a24 über ein Einkop- pelfenster a25, das an der Oberseite der Prozesskammer a3 in deren Wandung a4 ange- bracht ist, auf die Arbeitsebene a7 fokussiert wird. Weiter enthält die Lasersintervorrichtung a1 eine Steuereinheit a29, über die die einzel- nen Bestandteile der Vorrichtung a1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Baupro- zesses gesteuert werden. Die Steuereinheit a29 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann.

Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger a10 um eine Hö- he abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Durch Verfahren des Be- schichters a16 über die Arbeitsebene a7 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Auf- baumaterials a15 aufgebracht. Zu Sicherheit schiebt der Beschichter a16 eine etwas grö- ßere Menge an Aufbaumaterial a15 vor sich her, als für den Aufbau der Schicht erforder- lich ist. Den planmäßigen Überschuss an Aufbaumaterial a15 schiebt der Beschichter a16 in einen Überlaufbehälter a18. Auf beiden Seiten des Baubehälters a5 ist jeweils ein Überlaufbehälter a18 angeordnet. Das Aufbringen des pulverförmigen Aufbaumaterials a15 erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts a2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld a8, also den Bereich der Arbeitsebene a7, der durch eine Vertikalbewegung des Trägers a10 abgesenkt werden kann.

Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts a2 von dem Laserstrahl a22 mit einem Strahlungseinwirkbereich (nicht gezeigt) abgetastet, der schematisch eine Schnittmenge des Energiestrahlbündels mit der Arbeitsebene a7 darstellt. Dadurch wird das pulverförmige Aufbaumaterial a15 an Stellen verfestigt, die dem Querschnitt des her- zustellenden Objekts a2 entsprechen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt a2 fertiggestellt ist und dem Baubehälter a5 entnommen werden kann.

Zum Erzeugen eines bevorzugt laminaren Prozessgasstroms a34 in der Prozesskammer a3 enthält die Lasersintervorrichtung a1 ferner einen Gaszuführkanal a32, eine Gasein- lassdüse a30, eine Gasauslassöffnung a31 und einen Gasabführkanal a33. Der Prozess- gasstrom a34 bewegt sich horizontal über das Baufeld a8 hinweg. Auch die Gaszufuhr und -abfuhr kann von der Steuereinheit a29 gesteuert sein (nicht dargestellt). Das aus der Prozesskammer a3 abgesaugte Gas kann einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zuge- führt werden, und das gefilterte Gas kann über den Gaszuführkanal a32 wieder der Pro- zesskammer a3 zugeführt werden, wodurch ein Umluftsystem mit einem geschlossenen Gaskreislauf gebildet wird. Statt lediglich einer Gaseinlassdüse a30 und einer Gasaus- lassöffnung a31 können jeweils auch mehrere Düsen bzw. Öffnungen vorgesehen sein. Figur 2 zeigt eine Schnittansicht auf ein Baufeld 8 gemäß der Schnittlinie D - D in Figur 1. Pulverförmiges Aufbaumaterial, in diesem Fall metallenes bzw. metallhaltiges Pulver, be- deckt vollflächig das quadratische Baufeld 8, das eine aufgehende Kammerwandung 4 einer quaderförmigen Prozesskammer 3 umgibt. In der Blickrichtung der Figur 2 trifft ein Laserstrahl a22 als Energiestrahlbündel mit einem Strahlungseinwirkbereich auf eine punktförmige Prozessstelle 9 als Referenzprozessstelle auf dem Baufeld 8 auf. Dort schmilzt er das Aufbaumaterial auf, wodurch Verunreinigungen der Prozessatmosphäre wie z. B. Spratzer, Rauch oder Kondensat entstehen können.

Rechts neben der Prozessstelle 9 ist ein bewegbarer Gaseinlass 30 positioniert. Der Ga- seinlass 30 lässt sich in den beiden Raumrichtungen parallel zum Baufeld 8 verschieben und zusätzlich in seiner Verschiebeebene um eine dazu senkrecht verlaufende Drehach- se verdrehen. Er beströmt die Prozessstelle 9 und/oder den darüber liegenden Bereich der Prozesskammer mit einem Prozessgas, um Verunreinigungen aus dem Bereich zu entfernen und optional eine Oxidation von Aufbaumaterial an der Prozessstelle 9 weitge- hend zu unterbinden. Das Prozessgas und eventuelles Rauchgas und/oder Kondensat und/oder weitere Partikel gelangen in einem vom Gaseinlass 30 ausgehenden Strö- mungskegel 12 in einen stationären Gasauslass 31. Der Gasauslass 31 ist in der Kam- merwandung 4 untergebracht und erstreckt sich dort parallel zum Baufeld 8. Seine Länge L in oder parallel zur Erstreckungsebene des Baufelds 8 übertrifft die Seitenlänge I einer Seite des Baufelds 8.

Eine nicht dargestellte Steuereinheit sorgt für die Ansteuerung der Bewegungen des Ga- seinlasses 30. Sie berücksichtigt dabei einen Höchstabstand d, den der Gaseinlass 30 gegenüber der Prozessstelle 9 maximal einnehmen kann. Damit sorgt sie für eine ausrei- chende Nähe des Gaseinlasses 30 gegenüber der Prozessstelle 9 und stellt deren zuver- lässige Beströmung mit Prozessgas sicher.

Der Strömungskegel 12 ergibt sich aus einer Strahlaufweitung des aus dem Gaseinlass 30 strahlförmig ausströmenden Prozessgases. Das ausströmende Prozessgas und das weitgehend ruhende Prozessgas in der Prozesskammer 3 haben unterschiedliche Ge- schwindigkeiten. Zwischen ihnen entsteht eine Scherschicht, aus der sich ein sich aufwei- tender Freistrahl entwickelt, indem das ihn umgebende Prozessgas angesaugt und mitge- rissen wird. Der Strömungskegel 12 lässt sich in der Draufsicht näherungsweise als gleichschenkliges Trapez 13 beschreiben, dessen längere Grundseite bzw. Basis 14 pa- rallel zu einer Auslassöffnung des Gasauslasses 31 und dessen kürzere Grundseite 15 parallel zu einer Einlassöffnung des Gaseinlasses 30 verlaufen. Die nicht dargestellte Steuereinheit steuert den bewegbaren Gaseinlass 30 derart an, dass die Prozessstelle 9 immer innerhalb des Trapezes 13 liegt.

Damit kann die Steuereinheit dem Gaseinlass 30 mit dem Trapez 13 einen Bereich inner- halb des Baufelds 8 zuweisen, in dem die Prozessstelle 9 liegen kann. Solange sich die Prozessstelle 9 innerhalb des Trapezes 13 bewegt, braucht der Gaseinlass 30 in seiner Position nicht verändert werden. Folglich können Bewegungen des Gaseinlasses 30 und die dafür notwendige Ansteuerung reduziert werden, wenn die Steuereinheit für den und ggf. jeden weiteren Gaseinlass 30 eine Trapezfläche 13 als Wirkungsbereich auf bzw. über dem Baufeld 8 annehmen kann. Zudem kann sie berücksichtigen, dass die Trapez- fläche 13 mit zunehmendem Abstand des Gaseinlasses 30 vom Gasauslass 31 wächst, wobei im Gegenzug die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Beströmung mit wachsen- der Distanz des Freistrahls abnimmt.

Für den frontal auf den Gasauslass 31 gerichteten Gaseinlass 30 kann jedenfalls von dem oben beschriebenen Trapez 13 als Strömungskegel 12 ausgegangen werden. Sobald der Gaseinlass 30 gegenüber dem Gasauslass 31 in einem Winkel a angestellt ist wie in Fi- gur 3, ergibt sich ein Trapez 13, dessen Basis 14 in demselben Winkel a gegenüber der Auslassöffnung des Gasauslasses 31 geneigt ist. Weil aber die Basis 14 ohnehin regel- mäßig außerhalb des Baufelds 8 liegt, ergibt sich für die Betrachtung eines beströmbaren Bereichs oberhalb des Baufelds 8 auch beim angestellten Gasauslass 30 kein relevanter Unterschied.

Figur 3 verdeutlicht darüber hinaus, dass durch eine Verdrehung des Gaseinlasses 30 ein Bereich oberhalb des Baufelds 8 deutlich schneller beströmbar ist, als durch dessen Ver- schiebung. Der verschiebbare und zusätzlich verdrehbare Gaseinlass 30 ermöglicht also eine schnelle und gezielte Beströmung einer Prozessstelle 9.1 , die sich dem geschwun- genen Verlauf des Pfeils P folgend zum Ort der Prozessstelle 9.2 bewegt. Mit der Kombi- nation einer Verschiebbarkeit des Gaseinlasses 30 mit seiner Verdrehbarkeit lassen sich die langsameren Verfahrbewegungen des Gaseinlasses 30 zu Gunsten seiner schnelle- ren Verdrehbewegungen reduzieren. Damit lässt sich der Gaseinlass 30 schneller einem Ortswechsel der Prozessstellen 9.1 , 9.2 nachführen. Eine Verdrehung des Gaseinlasses 30 würde in der Kombination mit einem bewegbaren Gasauslass eine große und verhältnismäßig zeitaufwändige Verschiebebewegung des Gasauslasses erfordern. Erfindungsgemäß wird der bewegbare Gaseinlass 30 mit einem stationären Gasauslass 31 kombiniert. Dessen große Längenerstreckung L entlang bzw. parallel zu einer Seite des Baufelds 8 begünstigt einen zielgerichteten Abtransport des Gases aus der Prozesskammer 3. Damit entfallen der erhebliche Ansteuerungsbedarf für einen bewegbaren Gasauslass und ein erheblicher Zeitaufwand für dessen Verfahrbewe- gungen. Die Steuerungsvorteile des bewegbaren Gaseinlasses 30 lassen sich also zu- sammen mit dem stationären Gasauslass 31 voll ausschöpfen.

Figur 4 zeigt drei Gaseinlässe 30a, 30b, 30c, die zwei Prozessstellen 9.1 , 9.2 zugeordnet sind. Die Gaseinlässe 30a, 30b, 30c sind in der dargestellten Verfahrenssituation parallel nebeneinander angeordnet und frontal auf den Gasauslass 31 gerichtet. Das Baufeld 8, über dem sie sich befinden, ist verfahrenstechnisch formal in vier quadratische Segmente I, II, III, IV unterteilt. Die Segmentierung des Baufelds 8 soll insofern als bedarfsorientiert erfolgt gelten, als sie sich an Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Prozessstellen 9.1 , 9.2 in den Segmenten I, II, III, IV orientiert. Dazu wird vorliegend angenommen, dass sich die Prozessstellen 9.1 , 9.2 häufig zeitgleich in den Segmenten I und III befinden.

Die Position der drei Gaseinlässe 30a, 30b, 30c ist in Figur 4 dem Segment II zuzuord- nen, von dem aus sie gemeinsam das vollständige Segment I beströmen, in dem sich die zwei Prozessstellen 9.1 , 9.2 befinden. Solange sie sich ausschließlich im Segment I be- wegen, ist eine Ansteuerung der Gaseinlässe 30a, 30b, 30c nicht erforderlich. Die Seg- mentierung des Baufelds 8 einerseits ggf. zusammen mit einer steuerungstechnischen Koppelung der Gaseinlässe 30a, 30b, 30c andererseits reduziert ihren Ansteuerungsauf- wand und ihre Verfahrwege.

Denn verlagern sich nun die Prozessstellen 9.1 , 9.2 in das Segment III hinein, werden die Gaseinlässe 30a, 30b, 30c gemeinsam über das Segment IV gesteuert. Anstelle dreier einzelner Ansteuerungsvorgänge ist dafür nur noch ein einziger Ansteuerungsvorgang der steuerungstechnisch gekoppelten Gaseinlässe 30a, 30b, 30c erforderlich. Erforderlichen- falls kann die steuerungstechnische Koppelung der Gaseinlässe 30a, 30b, 30c ganz oder teilweise bzw. vorübergehend oder dauerhaft aufgehoben werden, wenn ein Verfahrens- schritt dies erfordert. So können beispielsweise die Gaseinlässe 30a, 30b gemeinsam der Prozessstelle 9.1 zugeordnet werden, die sich in das Segment II verlagert, während der Gaseinlass 30c die Prozessstelle 9.2 im Segment IV beströmt (nicht gezeigt). Figur 5 zeigt zwei Gaseinlässe 30a, 30b, die einer einzigen Prozessstelle 9 zugeordnet sind und sie gemeinsam beströmen. Die Gaseinlässe 30a, 30b sind nicht frontal auf den Gasauslass 31 gerichtet, sondern ihm gegenüber in einem Winkel ß beziehungsweise g angestellt. Sie bestimmen jeweils ein Trapez 13, die sich gegenseitig abschnittsweise überdecken. Infolge der in einem Winkel aufeinander gerichteten Strömungskegel 112 ist davon auszugehen, dass sich ihre Strömungen gegenseitig beeinflussen. So kann infolge einer Strömungs- oder Strahlablenkung davon ausgegangen werden, dass ein den Ga- seinlässen 30a, 30b abgewandter und dem Gasauslass 31 zugewandter und rechnerisch nicht durch die Trapeze 13 abgedeckter Bereich 20 dennoch zuverlässig beströmt wird.

Neben dem Höchstabstand d gemäß Figur 2 berücksichtigt die Steuereinheit außerdem einen Höchstwert für die Winkel ß beziehungsweise g gemäß Figur 5, um die die Gasein- lässe 30a, 30b gegenüber dem Gasauslass 31 verdreht werden dürfen. Stehen nämlich die Wirkungsrichtungen der Gaseinlässe 30a, 30b und des Gasauslasses 31 in einem ungünstigen, nämlich nicht ausreichend stumpfen Winkel zueinander, so kann es zu un- erwünschten Verwirbelungen und zu einem nicht ausreichenden Abtransport insbesonde- re des rauchbelasteten Gases kommen. Ein Höchstwert für die Winkel ß, g stellt also ein zuverlässiges Freiblasen des der Umgebung der Prozessstellen 9.1 , 9.2 sicher.

Figur 6 zeigt in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht einer Prozess- kammer 3 einen Roboterarm 22, der über zwei Knickgelenke 24 verfügt und sich um eine Drehachse D drehen lässt. An seinem freien Ende trägt er einen drehbaren breiten Ga- seinlass 30d, der über einen flexiblen Gaszuführkanal 32 versorgt wird. Der Roboterarm 22 steht in der Prozesskammer 3 innerhalb der Wandung 4 und außerhalb des Baufelds 8, so dass der Gaseinlass 30d jenes Baufeld 8 mit einer veränderlichen horizontalen Posi- tionierung und vorzugsweise zusätzlich mit einem veränderlichen vertikalen Abstand dazu vollständig überstreichen kann, um eine Zielbeströmungszone 21 anzufahren und kontrol- liert zu beströmen. Der Gaseinlass 30d umfasst vier düsenförmige Einlassöffnungen 33, von denen gemeinsam ein sich horizontal und vertikal erweiternder Strömungskegel 12 ausgeht. Der Strömungskegel 12 liegt im Bereich des Gaseinlasses 30d in einer Höhe h knapp über der Zielbeströmungszone 21 des Baufelds 8. Die Höhe h nimmt mit der Ent- fernung vom Gaseinlass 30d ab und wird zu h=0, wenn der Strömungskegel 12 das Bau- feld 8 berührt. Figur 7 bietet eine Draufsicht auf eine Prozesskammer 3 mit einem Roboterarm 23, der ebenfalls zwischen der Wandung 4 und dem Baufeld 8 angeordnet ist. An seinem freien Ende trägt er einen schmalen Gaseinlass 30e, den er horizontal und vertikal über dem Baufeld 8 verfahren kann, um eine Beströmung mit einem schmalen Strömungskegel 12 zu bewirken. Er verfügt über ein Knickgelenk 24 und lässt sich bzw. den Gaseinlass 30e um die vertikalen Drehachsen D verschwenken. Für eine Beströmung des vollständigen Baufelds 8 können mehrere derartige Roboterarme 23 in der Prozesskammer 3 angeord- net sein und in der oben beschriebenen Weise separat oder gemeinsam angesteuert werden.

Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Vorrichtungen um Ausfüh- rungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Um- fang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Gaseinlässe in anderer Form als in der hier beschriebenen erfolgen. Ebenso können der Gasauslass oder auch die Prozess- kammer in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. gestalterischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbe- stimmten Artikel„ein“ bzw.„eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehr- mals oder mehrfach vorhanden sein können.

Bezugszeichenliste a1 Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung a2 Objekt

a3 Prozesskammer

a4 Kammerwandung

a5 Baubehälter

a6 Wandung

a7 Arbeitsebene

a8 Baufeld

a10 bewegbarer T räger

a1 1 Grundplatte

a12 Bauplattform

a13 unverfestigtes Aufbaumaterial

a14 Vorratsbehälter

a15 pulverförmiges Aufbaumaterial a16 Beschichter

a18 Überlaufbehälter

a20 Belichtungsvorrichtung

a21 Laser

a22 Laserstrahl

a23 Umlenkvorrichtung

a24 Fokussiervorrichtung

a25 Einkoppelfenster

a29 Steuereinheit

a30 Gaseinlassdüse

a31 Gasauslassöffnung

a32 Gaszuführkanal

a33 Gasabführkanal

a34 Gasstrom

3 Prozesskammer

4 Kammerwandung

8 Baufeld

9, 9.1 , 9.2 Prozessstelle

12 Strömungskegel 13 Trapez(fläche)

14 längere Grundlinie, Basis

15 kürzere Grundlinie

20 Bereich

21 Zielbeströmungszone

22, 23 Roboterarm

24 Knickgelenk

30, 30a...30e Gaseinlass

31 Gasauslass

32 Gaszuführkanal

33 Einlassöffnungen a, ß, g Anstellwinkel

d Abstand

h Höhe über dem Baufeld 8

D Drehachse

I Seitenlange des Baufelds 8

L Erstreckungslänge des Gasauslasses 31 P Pfeil

I... IV Segmente des Baufelds 8

Claims

Patentansprüche

1. Herstellvorrichtung (a1 ) zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (a2), wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials (a15) Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen (9) in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen (9) mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels (a22), abgetastet werden,

mit einem Baubehälter (1 ) zur Aufnahme des Aufbaumaterials,

mit einer Prozesskammer (3) oberhalb des Baubehälters (1 ),

mit einem Baufeld (8) zwischen dem Baubehälter (1 ) und der Prozesskammer (3), mit mindestens einem innerhalb der Prozesskammer (3) bewegbaren Gaseinlass

(30) zum Einführen von Prozessgas in die Prozesskammer (3) und

mit mindestens einem stationären Gasauslass (31 ) zum Abführen des Prozessga- ses aus der Prozesskammer (3).

2. Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (30) in einer unteren Hälfte, vorzugsweise einem untersten Fünftel, besonders bevorzugt einem untersten Zehntel der Prozesskammer (3) bezogen auf eine lichte Höhe der Pro- zesskammer (3) bewegbar ist.

3. Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ga- seinlass (30) in mehr als einem Translations- und/oder Rotationsfreiheitsgrad, vorzugs- weise in genau zwei Translationsfreiheitsgraden und in genau einem Rotationsfreiheits- grad bewegbar ist.

4. Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (30) über dem Baufeld (8) bewegbar ist.

5. Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gaseinlässe (30) von der Anzahl der aktivierbaren Energiestrahlbündel (a22) abweicht, vorzugsweise von der Anzahl der unabhängig voneinander lenkbaren Energiestrahlbündel (a22) abweicht.

6. Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mehr als zwei unabhängig voneinander bewegbare Gaseinlässe (30a; 30b; 30c).

7. Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen stationären Gaseinlass.

8. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (a2) mittels einer additiven Herstellvorrichtung (a1 ) mit mindestens einem bewegbaren Gaseinlass (30) zum Einfüh ren von Prozessgas in eine Prozesskammer (3) und mindestens einem stationären Gas- auslass (31 ) zum Abführen des Prozessgases aus der Prozesskammer (3), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials (a15) Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbau- materials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen (9) in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen (9) mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirk- bereich eines Energiestrahlbündels (a22), abgetastet werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb ein bewegbarer Gaseinlass (30) eine Referenzprozessstelle (9) und/oder eine der Referenzprozessstelle zugeordnete Zielbeströmungszone (21 ) zur Beströmung mit dem Prozessgas anfährt, und das Prozessgas über einen stationären Gasauslass (31 ) abgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb mehr als ein Gaseinlass (30) einer Referenzprozessstelle (9) und/oder einer Zielbeströmungszone (21 ) zugeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 mit einer Koordination eines eine Referenzpro- zessstelle (9) und/oder eine Zielbeströmungszone (21 ) beströmenden Gaseinlasses (30) in Abhängigkeit von einer aktuellen Position und/oder Orientierung der Referenzprozess- steile und/oder der Zielbeströmungszone, wobei der Verfahrweg des Gaseinlasses ab- hängig ist von der Bewegung der Referenzprozessstelle und/oder der Zielbeströmungs- zone, gekennzeichnet durch eine Ansteuerung des Gaseinlasses derart, dass die Refe- renzprozessstelle und/oder die Zielbeströmungszone in einer Draufsicht auf ein Baufeld (8) stets in einer vordefinierten Strömungsverlaufszone (12) zwischen der Öffnung des Gaseinlasses (30) und der Öffnung des Gasauslasses (31 ) liegen/liegt.

1 1. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (a), den die Öffnungsebenen von Gaseinlass (30) und Gasauslass (31 ) und/oder den eine mittlere Strömungsrichtung beim Austritt des Prozessgases aus dem Gaseinlass sowie eine auf einer Öffnungsebene des Gasauslasses errichtete Normale in einer Draufsicht miteinan- der einschließen, einen vorgegebenen Winkel-Schwellenwert zueinander nicht über- sch reitet.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 mit einem bewegbaren Gaseinlass (30), der einer Referenzprozessstelle (9) und/oder einer Zielbeströmungszone (21 ) zuge- ordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Höchstabstand (d) und/oder ein Mindest- abstand des Gaseinlasses zu einer ihm zugeordneten Referenzprozessstelle und/oder Zielbeströmungszone definiert werden/wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12 mit einer Segmentierung des Baufelds in eine Mehrzahl von Baufeldsegmenten (I; II; III; IV), dadurch gekennzeichnet, dass min- destens ein bewegbarer Gaseinlass (30) zumindest temporär einem vordefinierten Bau- feldsegment zugeordnet ist, in dem eine aktuelle Referenzprozessstelle (9) und/oder über dem eine aktuelle Zielbeströmungszone (21 ) liegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch eine Zusam- menschaltung mindestens zweier bewegbarer Gaseinlässe (30a; 30b; 30c).

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch eine Koordina- tion mindestens zweier bewegbarer Gaseinlässe (30a; 30b; 30c) derart, dass in einer ver- tikalen Draufsicht auf das Baufeld (8) betrachtet

- die Gaseinlässe bei einer gleichen Orientierung und/oder einer gleichen mittleren Beströmungsrichtung nicht hintereinander in der gleichen mittleren Beströmungsrichtung positioniert werden und/oder

- den Gaseinlässen jeweils zugeordnete Strömungsverlaufszonen (12) und/oder Ziel- beströmungszonen (21 ) relativ zueinander überlappungsfrei bleiben und/oder

- die Gaseinlässe derart gegeneinander verdreht und/oder verschoben angeordnet wer- den, dass ihre jeweiligen mittleren Beströmungsrichtungen einander nicht schneiden.