WO2020089087A1 - Collection device for an additive construction apparatus and additive construction method and additive construction apparatus for additively manufacturing at least one component region of a component - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a collecting device for a layer construction device for the additive production of at least one component area of a component.
- the invention further relates to a layer construction method and a layer construction device for the additive manufacturing of at least one component area of a component, in particular a component of a turbomachine.
- a large number of layer construction methods and devices for producing individual component areas or complete components are known.
- additive or generative manufacturing processes are known in which the component, which can be a component of a turbomachine or an aircraft engine, for example, is built up in layers.
- Predominantly metallic components can be manufactured, for example, by laser or electron beam melting processes.
- At least one powdery component material is first applied in layers in the area of a build-up and joining zone in order to form a powder layer.
- the component material is then solidified locally by supplying energy to the component material in the area of the assembly and joining zone by means of at least one energy beam, where the component material melts or sinters and forms a component layer.
- the energy beam is layer-controlled depending on the layer information of the component to be manufactured.
- the layer information is usually generated from a 3D CAD body of the component and divided into individual component layers. After the molten component material has solidified, the building platform is lowered in layers by a predefined layer thickness. Then the steps mentioned are repeated until the desired completion of the desired component area or the entire component.
- the component area or the component can basically be produced on a construction platform or on an already generated part of the component or component area.
- the advantages of this additive manufacturing lie in particular in the possibility of being able to produce very complex component geometries with cavities, undercuts and the like in a single process. Layer construction processes are particularly suitable for easily meltable and weldable metallic materials.
- an inductive temperature control device for this purpose, which comprises at least one inductor (coil), via which the material or the area of the component already manufactured locally in the assembly and joining zone can be brought to a desired temperature.
- the inductor is located in the immediate vicinity of the assembly and joining zone in order to be able to induce sufficient eddy currents.
- process by-products are removed via a protective gas flow so that adverse effects with regard to the joining quality and surface quality of the manufactured component are minimized. Nevertheless, it has so far not been possible to avoid process by-products such as smoke, soot, spatter, material powder and the like being deposited on the inductor or the inductors of such temperature control devices. If these process by-products then get back into the joining zone, they worsen the process result, cause errors and reduce z. B. the mechanical properties of the manufactured component.
- the object of the present invention is to provide better protection against undesired process byproducts in the area of the build-up and joining zone in layer-building processes.
- a first aspect of the invention relates to a collecting device for a layer construction device for the additive production of at least one component area of a component.
- the collecting device has at least one collecting means for collecting and storing process by-products of a layered construction method carried out by means of the layered construction device and at least one holding means for fixing the collection device to one Inductor of an inductive temperature control device of the layer construction device comprises.
- the collecting device can be fixed on or on one or more inductors of an inductive temperature control device of the layer building device and includes collecting means for collecting process by-products that fall in particular, which arise during a layer building process.
- process by-products are collected by the collecting agent and stored there, so that they are reliably prevented from falling back into the assembly and joining zone or onto other process elements.
- the mode of operation of the inductor remains unaffected, so that reliable temperature control can be guaranteed over the entire layer construction process. This also contributes to increasing component quality.
- the collecting device can additionally be carried with or without a time offset depending on a current scan position of an energy beam on a construction field of the associated layer construction device, that is to say with the current scan position.
- the collecting device according to the invention is not used for the global collecting of impurities, as is involuntarily made, for example, by the floor of the process chamber in the enclosed construction field.
- the catchment device according to the invention if it is attached to an inductor of a layer construction device, collects contaminants and process by-products locally during a layer construction process. Local collection can be carried out in a targeted manner in the vicinity of the production of customary process by-products.
- the collecting device catches so-called “splashes”, which typically surround the construction field or the process chamber floor around the construction field within a certain distance by a scan position of the energy beam. to fall, that is, to fall on a statistical average within a defined radius range.
- splashes typically surround the construction field or the process chamber floor around the construction field within a certain distance by a scan position of the energy beam. to fall, that is, to fall on a statistical average within a defined radius range.
- “one / one” are to be read as indefinite articles within the scope of this disclosure, ie without “explicitly stated otherwise” as “at least one / at least one”.
- “one / one” can also be understood as “only one / only one”.
- the at least one collecting means comprises a pocket with an entry opening, the entry opening preferably being arranged on a side of the collecting device facing away from the holding means.
- the bag can basically be made of a flexible or an inflexible material.
- the pocket tapers starting from an inlet opening.
- the pocket is designed like a funnel.
- process by-products can be reliably collected via the large-area inlet opening and, for example, can be transported with the aid of gravity in the direction of the tapered end region of the pocket, thereby ensuring reliable storage.
- an inner space of the bag is free of corners in cross section. This can be achieved for example by a round or non-round design of the bag. A corner-free design ensures that the bag can be easily filled and emptied again without particles getting stuck in corners.
- the bag can also basically have any volume for storing the process by-products and / or any extension.
- the pocket preferably has a volume which is designed to accommodate all of the process by-products which get into it or are brought into it during a layer construction process.
- the required volume can, for example, be calculated and / or determined on the basis of empirical values. This can prevent the pocket from overflowing during the shift building process and possibly contaminating the construction field or other process-relevant elements within the process chamber as a result of the overflow.
- the pocket can be emptied, so that the collecting device can function as intended in a further shift construction process.
- a cross-sectional area of the entry opening of the pocket corresponds at least essentially to an orthogonal projection of an assigned inductor onto a construction field of the layer construction device.
- the inlet opening of the pocket in the assembled state of the collecting device extends as completely as possible, that is to say with deviations of at most ⁇ 10%, over the entire width of the associated inductor, completely or at least approximately around its top completely covered.
- the inlet opening of the pocket is substantially larger than the width of the associated inductor, but this usually leads to an undesired obstruction of the energy beam used for solidification during operation.
- the collecting device comprises at least one suction connection fluidly coupled to the collecting means for a suction device for suctioning off process by-products from the at least one collecting means.
- the collecting device comprises at least one flow channel for guiding a fluid flow.
- a protective gas stream can be generated in the region of the inductor, through which process by-products are removed via the build-up and joining zone.
- a protective gas stream can also be used for thermal insulation of the collecting agent in order to prevent caking of process by-products.
- the collecting device comprises at least one insulation means by means of which the collecting means is thermally insulated from the holding means. This can reliably prevent "caking" of process by-products and other contaminants in the collecting agent.
- the collecting device comprises at least one cleaning agent for cleaning the at least one collecting agent from process by-products.
- the cleaning agent is not suitable for limited execution and can be designed, for example, to suction, brush, emit the Auffangmit tel, etc.
- the collecting device comprises a passage opening for an energy beam of the layer construction device. This can ensure that the collecting device can be arranged during a solidification step in the immediate vicinity of the point of impact of the energy beam on the powder or component layer, ie where most of the process by-products are created.
- the collecting device is at least predominantly annular.
- the collecting device for local collecting has a shape that corresponds to a ring that is completely closed or largely closed.
- Such a ring has a central passage opening for an energy beam and covers as large a proportion as possible a relevant area around the current scan position or process point, since spatter and other contaminants can fly away on all sides, even if there are preferred directions under certain conditions .
- a second aspect of the invention relates to a layer construction method for additive manufacturing to at least one component area of a component, in particular a component of a fluid flow machine, in which at least the steps a) applying at least one powder layer of a material in the area of a build-up and joining zone of at least one lowerable Construction platform, the material being tempered to a predetermined temperature by means of an inductive temperature control device, b) layer-by-layer and local melting and / or sintering of the material to form a component layer by selective irradiation of the material with at least one energy beam, c) layer-by-layer lowering of the construction platform a predefined layer thickness and d) repeating steps a) to c) until the component area is completed.
- At least one collecting device is fixed to an inductor of the temperature control device by means of its holding means and that process by-products of the layer construction method are collected by means of its at least one collecting means.
- the at least one collecting means of the collecting device is cleaned permanently or at regular or irregular intervals and / or as required from collected process by-products.
- sensory monitoring a calculation based on certain parameters or empirical values, the current or planned construction time, the material currently used, the radiation parameters used or any combination thereof can be used to determine a need.
- collected process by-products can be removed to avoid overflow of the collecting device. If necessary, the removal can take place permanently, for example, during a solidification step or in a parking position of the inductor when applying a new powder layer.
- the collecting device is acted upon permanently or temporarily with a gas, in particular a protective gas.
- the gas which can also be a gas mixture, can be used for various purposes as required. For example, it can be used for purging the holding means, for generating a directed gas stream for removing process by-products and / or for tempering or cooling the collecting device.
- a third aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method.
- the layer building device comprises at least one powder feed for applying at least one powder layer of a material to a build-up and joining zone of a movable building platform, an inductive temperature control device, by means of which the material is to be tempered to a predetermined temperature before and / or during the layer building process, and at least a radiation source for generating at least one energy beam for layer-by-layer and local fusing and / or sintering of the tempered material to form a structural Partial layer by selective irradiation of the material with the at least one energy beam according to a predetermined radiation strategy.
- the layer construction device comprises at least one collecting device according to the first aspect of the invention, which is fixed by means of its at least one holding means to an inductor of the temperature control device.
- This provides improved protection against undesired process by-products in the area of the assembly and joining zone, since process by-products can be collected and no longer deposit on the inductor or inductors. This leads to better process results and better component qualities. Further advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects of the invention, advantageous configurations of the first and second aspects of the invention being regarded as advantageous configurations of the third aspect of the invention. Conversely, advantageous refinements of the third aspect of the invention are to be seen as advantageous refinements of the first and second aspects of the invention.
- the layer construction device is designed as a selective laser melting and / or laser sintering device.
- components can be produced, the mechanical properties of which at least essentially correspond to those of the construction material.
- a CO 2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like can be provided to generate a laser beam. It can also be seen that two or more laser beams are used.
- melting and / or sintering of the powder may occur during the irradiation, so that in the context of the present invention the term “welding” can also be understood to mean “sintering” and vice versa.
- the collecting device comprises a pocket with an inlet opening, the inlet opening being arranged parallel to the construction field in the assembled state of the collecting device and / or being arranged facing a ceiling and / or a chamber wall of a process chamber of the layer construction device.
- the collecting means of the collecting device extends along an area of the inductor facing away from the powder layer. Regardless of the shape of the inductor, it can be ensured that no process by-products can deposit on its surface, but are caught.
- the temperature control device comprises at least two inductors that are movable relative to one another. This makes it possible to selectively superimpose the magnetic fields of the inductors in order to heat certain areas particularly strongly.
- the collecting device or the collecting means can be arranged on an inductor or on two or more inductors, in which case the entire catches of the second or further inductor need not be provided with a collecting means in order to make the inductors relatively movable not restrict each other.
- a collecting device is fixed to each inductor. This enables process by-products to be collected in a particularly reliable manner.
- Figure 1 is a schematic sectional view of a collecting device according to the invention, which is fixed to an inductor of a layer construction device.
- FIG. 2 shows a schematic sectional view of a collecting device according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment, which is fixed to an inductor of a layer construction device;
- Fig. 3 is a schematic, partially in section view of the layer construction device according to the prior art for additive manufacturing of manufacturing products.
- FIG. 1 shows a schematic sectional view of a collecting device 10 according to the invention, which is fixed via a holding means 12 to an inductor 14 of a layer construction device 100 designed as a selective laser melting and / or laser sintering device (see FIG. 3).
- the inductor 14 is in the present case a coil of a temperature control device (not shown).
- the inductor 14 is used for the local tempering of a material powder or an already manufactured component area of an additively manufactured component 15 (see FIG. 2) and is located in the immediate vicinity of a build-up and joining zone II (see FIG. 2) of the layer construction device 100.
- the collecting device 10 comprises an arranged collecting means 16 above the inductor 14, which is designed as a pocket and in which process by-products such as smoke, soot, spatter, powder material and the like are collected during the layer-building process.
- process by-products such as smoke, soot, spatter, powder material and the like are collected during the layer-building process.
- these process by-products can not deposit on the inductor 14 and cannot fall back into the joining zone II, where they can worsen the process result, cause errors and reduce the properties of the component 15 produced.
- the collecting means 16 tapers starting from an inlet opening 18 and that a cross-sectional area of the inlet opening 18 is somewhat wider than the inductor 14 underneath in order to reliably shield it.
- the collecting device 10 is acted upon by a protective gas, either continuously or temporarily.
- a protective gas either continuously or temporarily.
- the pockets 16 are connected via a suction connection (not shown) and, if appropriate, via a secondary circuit to a global circulation system of the layer construction device for a protective gas application.
- a separate gas circuit can be seen before.
- the gas flow identified by the arrows I can also be used to form a directional laminar flow between adjacent sections of the collecting means 16 in order to discharge rising process by-products directly from the area of the assembly and joining zone II.
- the pocket 16 can be permanently cleaned during a welding process or in a parking position of the inductor 14 when a new layer of powder is applied, e.g. B are vacuumed, brushed, blasted etc.
- the temperature control device has two or more inductors 14 (e.g. cross-coil technology), pockets can be provided on one or both or all further inductors 14, the entire length of each inductor 14 not being provided with a collecting means 16 must, in order not to hinder a relative mobility of inductors 14 to one another.
- inductors 14 e.g. cross-coil technology
- Fig. 2 shows a schematic sectional view of a collecting device 10 according to the invention according to a further embodiment, which is fixed to an inductor 14 of the layer construction device 100.
- the collecting device 10 has two differently shaped collecting means 16.
- the Auffangein device 10 has a flow channel 20 through which a protective gas flow I is passed in order to keep the area of the assembly and joining zone II free of impurities by a directed fluid flow.
- the pockets 16 are decoupled from the inductor 14 by the inert gas flow I mixed to prevent caking of the impurities in the pockets 16.
- the collecting device 10 comprises a passage opening 22 for an energy beam E of the layer construction device 100, through which the energy beam E directed via an optic 24, which in the present case is a laser beam, points to the assembly and joining zone II can meet to selectively layer the material powder to component of the additive to be built on a lowerable construction platform 26 to consolidate component 15 ver.
- an optic 24 which in the present case is a laser beam
- a layer construction device 100 shown schematically and partially in section in FIG. 3, is exemplarily designed as a selective laser sintering or laser melting device and is shown in FIG Explained below.
- the layer building device 100 is used with a collecting device 10 according to the invention, for example as shown in FIGS. 1 and 2, the collecting device 10 and the induction coil (s) 14 on which the collecting device 10 is fixed Not shown for reasons of clarity.
- a process chamber 40 with a chamber wall 42.
- an upwardly open construction container 44 with a wall 46 is arranged.
- a working level 48 is defined through the upper opening of the building container 44, the area of the working level 48 lying within the opening, which can be used for building the component or object 15, being referred to as the building and joining zone or as building site II .
- a support 50 which can be moved in a vertical direction z and on which a base plate 52 is attached, which closes the building container 44 at the bottom and thus forms the bottom thereof.
- the base plate 52 may be a plate formed separately from the carrier 50 and attached to the carrier 50, or it may be integrally formed with the carrier 50.
- a building platform 26 can be attached to the base plate 52, on which the object 15 is built.
- the object 15 can also be built on the base plate 52 itself, which then serves as the building platform 26.
- the object 15 to be formed in the building container 44 on the building platform 26 is shown below the working level 48 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by material 56 that has remained unconsolidated and serves as the building material.
- the layer construction device 100 further contains a storage container 58 for the powdery material 56 which can be solidified by electromagnetic radiation and a layer 60 movable in a horizontal direction Y as a powder feeder for applying the material 56 to the construction field I.
- the storage container 58 can alternatively also below the Level of construction site II may be arranged (not shown). From this, the material 56 z. B.
- the layer construction device 100 also contains an exposure device 64 with a laser 66, which generates a laser beam E as an energy beam, which is deflected via a deflection device 70 and through a focussing device 72 via a coupling window 82 which is on the ceiling of the process chamber 40 in its wall 42 is attached, is focused on the working plane 48.
- the layer construction device 100 contains a control unit 74, via which the individual components of the layer construction device 100 are carried out in a coordinated manner for carrying out the construction process. controlled.
- Control unit 74 may include a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
- the computer program can be stored separately from the device on a storage medium from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit 74.
- the carrier 50 is first lowered by a height which corresponds to the desired layer thickness.
- a layer of the powdery material 56 is then applied by moving the coater 60 over the working plane 48.
- the coater 60 pushes a slightly larger amount of material 56 in front of it than is required for the build-up of the layer.
- the coater 60 pushes the planned excess of material 56 into an overflow container 62.
- an overflow container 62 is arranged on both sides of the construction container 44.
- the powdery material 56 is applied at least over the entire cross section of the object 15 to be produced, preferably over the entire construction area II, that is to say the region of the working plane 48, which can be lowered by a vertical movement of the carrier 50.
- the cross section of the object 15 to be produced is then scanned by the laser beam E with a radiation exposure region (not shown) which schematically represents an intersection of the energy beam bundle with the working plane 48.
- the powdery material 56 is solidified at locations which correspond to the cross section of the object 15 to be produced.
- the layer construction device 100 furthermore basically contains optional components, namely a gas supply channel 34 ", a gas inlet nozzle 34 ', a gas outlet opening 30' and a gas discharge channel 30".
- the process gas flow moves horizontally in a plane D across the construction site II.
- a flow direction of the process gas stream runs in the same spatial direction as the coating direction Y, ie parallel to it.
- the gas supply duct 34 ", the gas inlet nozzle 34 ', the gas outlet opening 30' and the gas discharge duct 30" can also be arranged, for example, rotated through 90 ° in or around the process chamber 40, that the (horizontal) coating direction Y (accordingly rotated by 90 °) is essentially perpendicular to the (horizontal) flow direction of the process gas stream.
- the gas supply and discharge can also be controlled by the control unit 74 (not shown).
- the gas sucked out of the process chamber 40 can be supplied to a filter device (not shown), and the filtered gas can be fed back to the process chamber 40 via the gas supply channel 34 ", thereby creating a circulating air system with a closed gas circuit is formed.
- a plurality of nozzles or openings can also be provided in each case.
- control unit 82 coupling window
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Abstract
The invention relates to a collection device (10) for an additive construction apparatus (100) for additively manufacturing at least one component region of a component (15). The collection device (10) comprises at least one collection means (16) for collecting process by-products of an additive construction method carried out by means of the additive construction apparatus (100), and at least one holding means (12) for fixing the collection device (10) on an inductor (14) of an inductive temperature-control device of the additive construction apparatus (100). The invention further relates to an additive construction method and to an additive construction apparatus (100) for additively manufacturing at least one component region of a component (15).
Description
Auffangeinrichtung für eine Schichtbauvorrichtung sowie Schichtbauverfahren und Schichtbau- vorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils Collection device for a layer construction device as well as layer construction method and layer construction device for the additive manufacturing of at least one component area of a component
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Auffangeinrichtung für eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine. The invention relates to a collecting device for a layer construction device for the additive production of at least one component area of a component. The invention further relates to a layer construction method and a layer construction device for the additive manufacturing of at least one component area of a component, in particular a component of a turbomachine.
Schichtbauverfahren und -Vorrichtungen zur Herstellung von einzelnen Bauteilbereichen oder vollständigen Bauteilen sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind additive bzw. generative Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping- Verfahren) bekannt, bei denen das Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungs maschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut wird. Vorwiegend metallische Bauteile können beispielsweise durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelzverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst schichtweise mindestens ein pulverförmiger Bauteil werkstoff im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgetragen, um eine Pulverschicht zu bilden. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff lokal verfestigt, indem dem Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone Energie mittels wenigstens eines Energiestrahls zugeführt wird, wo durch der Bauteilwerkstoff schmilzt bzw. sintert und eine Bauteilschicht bildet. Der Energie strahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteil schicht gesteuert. Die Schichtinformationen werden üblicherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils erzeugt und in einzelne Bauteilschichten unterteilt. Nach dem Verfestigen des ge schmolzenen Bauteilwerkstoffs wird die Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils wiederholt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil kann dabei grundsätzlich auf einer Bauplattform oder auf einem bereits erzeug ten Teil des Bauteils oder Bauteilbereichs hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Ferti gung liegen insbesondere in der Möglichkeit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können.
Schichtbauverfahren sind besonders für gut Schmelz- und schweißbare metallische Werkstoffe geeignet. Viele Hochtemperaturwerkstoffe wie Nickel- oder Kobaltbasislegierungen oder inter metallische Verbindungen wie beispielsweise Titanaluminide sind jedoch nur bedingt oder schwer schweißbar. Für diese Werkstoffe ist die Vorheizung des Materials und des bereits herge stellten Bereichs des Bauteils auf Temperaturen in der Nähe des Schmelz- oder Sinterpunktes des jeweiligen Werkstoffs ein vielversprechender Ansatz. Heutige Schichtbauvorrichtungen, bei spielsweise sogenannte SLM-Anlagen (Selective Laser Melting Maschinen), weisen zu diesem Zweck häufig eine induktive Temperiereinrichtung auf, welche wenigstens einen Induktor (Spu le) umfasst, über den der Werkstoff bzw. der bereits hergestellte Bereich des Bauteils lokal in der Aufbau und Fügezone auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden kann. Dabei befindet sich der Induktor in unmittelbarer Nähe der Aufbau und Fügezone, um ausreichende Wirbelströ me induzieren zu können. A large number of layer construction methods and devices for producing individual component areas or complete components are known. In particular, additive or generative manufacturing processes (so-called rapid manufacturing or rapid prototyping processes) are known in which the component, which can be a component of a turbomachine or an aircraft engine, for example, is built up in layers. Predominantly metallic components can be manufactured, for example, by laser or electron beam melting processes. At least one powdery component material is first applied in layers in the area of a build-up and joining zone in order to form a powder layer. The component material is then solidified locally by supplying energy to the component material in the area of the assembly and joining zone by means of at least one energy beam, where the component material melts or sinters and forms a component layer. The energy beam is layer-controlled depending on the layer information of the component to be manufactured. The layer information is usually generated from a 3D CAD body of the component and divided into individual component layers. After the molten component material has solidified, the building platform is lowered in layers by a predefined layer thickness. Then the steps mentioned are repeated until the desired completion of the desired component area or the entire component. The component area or the component can basically be produced on a construction platform or on an already generated part of the component or component area. The advantages of this additive manufacturing lie in particular in the possibility of being able to produce very complex component geometries with cavities, undercuts and the like in a single process. Layer construction processes are particularly suitable for easily meltable and weldable metallic materials. However, many high-temperature materials such as nickel or cobalt-based alloys or intermetallic compounds such as titanium aluminides are only partially or difficult to weld. For these materials, preheating the material and the area of the component that has already been manufactured to temperatures in the vicinity of the melting or sintering point of the respective material is a promising approach. Today's layer construction devices, for example in so-called SLM systems (Selective Laser Melting Machines), often have an inductive temperature control device for this purpose, which comprises at least one inductor (coil), via which the material or the area of the component already manufactured locally in the assembly and joining zone can be brought to a desired temperature. The inductor is located in the immediate vicinity of the assembly and joining zone in order to be able to induce sufficient eddy currents.
In heutigen Schichtbauvorrichtungen, beispielsweise in sogenannten SLM-Anlagen (Selective Laser Melting Maschinen), werden Prozessnebenprodukte über eine Schutzgasströmung abge führt, damit nachteilige Effekte hinsichtlich Fügequalität und Oberflächenbeschaffenheit des hergestellten Bauteils minimiert werden. Dennoch ist es bislang nicht zu vermeiden, dass sich Prozessnebenprodukte wie Schmauch, Ruß, Spratzer, Werkstoffpulver und dergleichen unter an derem auf dem Induktor oder den Induktoren solcher Temperiereinrichtungen ablagem. Gelangen diese Prozessnebenprodukte dann wieder in die Fügezone, so verschlechtern sie das Prozesser gebnis, verursachen Fehler und vermindern z. B. die mechanischen Eigenschaften des hergestell ten Bauteils. In today's layer construction devices, for example in so-called SLM systems (Selective Laser Melting Machines), process by-products are removed via a protective gas flow so that adverse effects with regard to the joining quality and surface quality of the manufactured component are minimized. Nevertheless, it has so far not been possible to avoid process by-products such as smoke, soot, spatter, material powder and the like being deposited on the inductor or the inductors of such temperature control devices. If these process by-products then get back into the joining zone, they worsen the process result, cause errors and reduce z. B. the mechanical properties of the manufactured component.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besseren Schutz vor unerwünschten Prozessne benprodukten im Bereich der Aufbau- und Fügezone bei Schichtbauverfahren zu ermöglichen. The object of the present invention is to provide better protection against undesired process byproducts in the area of the build-up and joining zone in layer-building processes.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Auffangeinrichtung mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 1, durch ein Schichtbauverfahren gemäß Patentanspruch 8 sowie durch eine Schichtbauvorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angege ben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltun gen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Auffangeinrichtung für eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils. Ein verbesserter Schutz vor unerwünschten Prozessnebenprodukten im Bereich der Aufbau- und Fügezone bei Schichtbauverfahren ist erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass die Auffangeinrichtung we- nigstens ein Auffangmittel zum Auffangen und Lagern von Prozessnebenprodukten eines mittels der Schichtbauvorrichtung durchgeführten Schichtbauverfahrens und wenigstens ein Haltemittel zum Festlegen der Auffangeinrichtung an einem Induktor einer induktiven Temperiereinrichtung der Schichtbauvorrichtung umfasst. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Auffangein richtung auf bzw. an einem oder mehreren Induktoren einer induktiven Temperiereinrichtung der Schichtbauvorrichtung festlegbar ist und Auffangmittel zum Auffangen von insbesondere herab- fallenden Prozessnebenprodukten, die während eines Schichtbauverfahrens entstehen, umfasst. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass sich Prozessnebenprodukte unmittelbar auf dem In duktor ablagem und im weiteren Verlauf des Schichtbauverfahrens unkontrolliert in die Aufbau- und Fügezone fallen, wo sie zu einer Verschlechterung des Prozessergebnisses führen würden. Stattdessen werden Prozessnebenprodukte durch das Auffangmittel aufgefangen und dort gela gert, so dass zuverlässig verhindert wird, dass sie wieder zurück in die Aufbau- und Fügezone oder auf andere Prozesselemente fallen. Zusätzlich bleibt die Wirkungsweise des Induktors un beeinträchtigt, so dass eine zuverlässige Temperierung über das gesamte Schichtbauverfahren gewährleistet werden kann. Dies trägt ebenfalls zur Steigerung der Bauteilqualität bei. Durch das Festlegen der Auffangeinrichtung am Induktor kann die Auffangeinrichtung zusätzlich abhängig von einer aktuellen Scanposition eines Energiestrahls auf einem Baufeld der zugeordneten Schichtbauvorrichtung, das heißt mit der aktuellen Scanposition, mit oder ohne zeitlichen Ver satz mitgeführt werden. Die erfindungsgemäße Auffangeinrichtung dient dabei nicht zum globa len Auffangen von Verunreinigungen, wie es beispielsweise der Boden der Prozesskammer in klusive Baufeld unwillkürlich macht. Stattdessen fängt die erfindungsgemäße Auffangeinrich- tung, wenn sie an einem Induktor einer Schichtbauvorrichtung festgelegt ist, räumlich begrenzt bzw. lokal Verunreinigungen und Prozessnebenprodukte während eines Schichtbauverfahrens auf. Das lokale Auffangen kann dabei gezielt in der Nähe der Entstehung üblicher Prozessneben produkte durchgeführt werden. Insbesondere fängt die erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung sogenannte„Spratzer“ auf, die typischerweise innerhalb einer bestimmten Distanz um eine Scan position des Energiestrahls auf das Baufeld bzw. den Prozesskammerboden um das Baufeld her-
um fallen, das heißt im statistischen Mittel innerhalb eines definierten Radiusbereichs niederge- hen. Generell sind„ein/eine“ im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als„mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können„ein/eine“ auch als„nur ein/nur eine“ verstanden werden. The object is achieved according to the invention by a collecting device with the features of claim 1, by a layer construction method according to claim 8 and by a layer construction device according to claim 11. Advantageous refinements with expedient further developments of the invention are given in the respective subclaims, advantageous refinements of each aspect of the invention being regarded as advantageous refinements of the other aspects of the invention. A first aspect of the invention relates to a collecting device for a layer construction device for the additive production of at least one component area of a component. Improved protection against undesired process by-products in the area of the build-up and joining zone in layered construction methods is made possible according to the invention in that the collecting device has at least one collecting means for collecting and storing process by-products of a layered construction method carried out by means of the layered construction device and at least one holding means for fixing the collection device to one Inductor of an inductive temperature control device of the layer construction device comprises. In other words, it is provided that the collecting device can be fixed on or on one or more inductors of an inductive temperature control device of the layer building device and includes collecting means for collecting process by-products that fall in particular, which arise during a layer building process. This reliably prevents process by-products from being deposited directly on the inductor and from falling uncontrollably into the build-up and joining zone in the further course of the layer-building process, where they would lead to a deterioration in the process result. Instead, process by-products are collected by the collecting agent and stored there, so that they are reliably prevented from falling back into the assembly and joining zone or onto other process elements. In addition, the mode of operation of the inductor remains unaffected, so that reliable temperature control can be guaranteed over the entire layer construction process. This also contributes to increasing component quality. By fixing the collecting device on the inductor, the collecting device can additionally be carried with or without a time offset depending on a current scan position of an energy beam on a construction field of the associated layer construction device, that is to say with the current scan position. The collecting device according to the invention is not used for the global collecting of impurities, as is involuntarily made, for example, by the floor of the process chamber in the enclosed construction field. Instead, the catchment device according to the invention, if it is attached to an inductor of a layer construction device, collects contaminants and process by-products locally during a layer construction process. Local collection can be carried out in a targeted manner in the vicinity of the production of customary process by-products. In particular, the collecting device according to the invention catches so-called “splashes”, which typically surround the construction field or the process chamber floor around the construction field within a certain distance by a scan position of the energy beam. to fall, that is, to fall on a statistical average within a defined radius range. In general, "one / one" are to be read as indefinite articles within the scope of this disclosure, ie without "explicitly stated otherwise" as "at least one / at least one". Conversely, "one / one" can also be understood as "only one / only one".
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Auf- fangmittel eine Tasche mit einer Eintrittsöffnung umfasst, wobei die Eintrittsöffnung vorzugs- weise auf einer vom Haltemittel abgewandten Seite der Auffangeinrichtung angeordnet ist. Hier durch können Prozessnebenprodukte besonders zuverlässig aufgefangen und bis zu einer Entlee- rung der Tasche aufbewahrt werden, so dass ein Eindringen in die Aufbau- und Fügezone zuver lässig unterbunden wird. Die Tasche kann dabei grundsätzlich aus einem flexiblen oder einem unflexiblen Material gebildet sein. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one collecting means comprises a pocket with an entry opening, the entry opening preferably being arranged on a side of the collecting device facing away from the holding means. In this way, process by-products can be collected in a particularly reliable manner and stored until the pocket is emptied, so that penetration into the assembly and joining zone is reliably prevented. The bag can basically be made of a flexible or an inflexible material.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Tasche sich ausgehend von einer Eintrittsöff nung verjüngt. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Tasche trichterartig ausgebildet ist. Hierdurch können insbesondere kleinkörnige Prozessnebenprodukte zuverlässig über die großflächige Eintrittsöffhung aufgefangen und beispielsweise schwerkraftunterstützt in Richtung des verjüngten Endbereichs der Tasche transportiert werden, wodurch eine zuverlässige Aufbe wahrung sichergestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass ein Innen raum der Tasche im Querschnitt frei von Ecken ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise durch eine runde bzw. unrunde Gestaltung der Tasche erreicht werden. Durch eine eckenfreie Ausges taltung wird sichergestellt, dass die Tasche problemlos befüllbar und auch wieder entleerbar ist, ohne dass sich Partikel in Ecken festsetzen. Die Tasche kann weiterhin grundsätzlich ein beliebi ges Volumen zur Aufbewahrung der Prozessnebenprodukte und/oder eine beliebige Ausdehnung aufweisen. Vorzugsweise besitzt die Tasche ein Volumen, das zur Aufnahme aller während eines Schichtbauvorgangs in sie gelangenden bzw. in sie verbrachten Prozessnebenprodukte ausgebil det ist. Das erforderliche Volumen kann beispielsweise berechnet und/oder anhand von Erfah rungswerten ermittelt werden. Dadurch kann ein Überlaufen der Tasche während des Schicht bauvorgangs und eventuell eine Verunreinigung des Baufelds oder anderer prozessrelevanter E- lemente innerhalb der Prozesskammer infolge des Überlaufens verhindert werden. Nach Ab schluss des Schichtbauvorgangs kann die Tasche entleert werden, sodass die Auffangeinrichtung bei einem weiteren Schichtbauvorgang bestimmungsgemäß funktionieren kann. Alternativ oder
zusätzlich ist es vorgesehen, dass eine Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung der Tasche zumin dest im Wesentlichen einer Orthogonalprojektion eines zugeordneten Induktors auf ein Baufeld der Schichtbauvorrichtung entspricht. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass sich die Ein- trittsöffhung der Tasche im montierten Zustand der Auffangeinrichtung möglichst vollständig, das heißt mit Abweichungen von maximal ±10 %, über die gesamte Breite des zugeordneten In duktors erstreckt, um dessen Oberseite vollständig oder zumindest annähernd vollständig zu ü- berdecken. Grundsätzlich kann es zwar vorgesehen sein, dass die Eintrittsöffnung der Tasche wesentlich größer als die Breite des zugeordneten Induktors ist, in der Regel führt dies aber im Betrieb zu einer unerwünschten Behinderung des zum Verfestigen verwendeten Energiestrahls. Further advantages result from the fact that the pocket tapers starting from an inlet opening. In other words, it is provided that the pocket is designed like a funnel. In this way, in particular small-grained process by-products can be reliably collected via the large-area inlet opening and, for example, can be transported with the aid of gravity in the direction of the tapered end region of the pocket, thereby ensuring reliable storage. Alternatively or additionally, it is provided that an inner space of the bag is free of corners in cross section. This can be achieved for example by a round or non-round design of the bag. A corner-free design ensures that the bag can be easily filled and emptied again without particles getting stuck in corners. The bag can also basically have any volume for storing the process by-products and / or any extension. The pocket preferably has a volume which is designed to accommodate all of the process by-products which get into it or are brought into it during a layer construction process. The required volume can, for example, be calculated and / or determined on the basis of empirical values. This can prevent the pocket from overflowing during the shift building process and possibly contaminating the construction field or other process-relevant elements within the process chamber as a result of the overflow. After completion of the shift construction process, the pocket can be emptied, so that the collecting device can function as intended in a further shift construction process. Alternatively or it is additionally provided that a cross-sectional area of the entry opening of the pocket corresponds at least essentially to an orthogonal projection of an assigned inductor onto a construction field of the layer construction device. In other words, it is provided that the inlet opening of the pocket in the assembled state of the collecting device extends as completely as possible, that is to say with deviations of at most ± 10%, over the entire width of the associated inductor, completely or at least approximately around its top completely covered. Basically, it can be provided that the inlet opening of the pocket is substantially larger than the width of the associated inductor, but this usually leads to an undesired obstruction of the energy beam used for solidification during operation.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auffangein richtung wenigstens einen fluidisch mit dem Auffangmittel gekoppelten Sauganschluss für eine Saugeinrichtung zum Absaugen von Prozessnebenprodukten aus dem wenigstens einen Auf fangmittel umfasst. Hierdurch ist es möglich, aufgefangene Prozessnebenprodukte kontinuierlich oder diskontinuierlich abzusaugen, um ein Überlaufen zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Auffangeinrichtung wenigstens einen Strömungskanal zum Führen eines Fluidstroms umfasst. Dies ermöglicht es einerseits, aufgefangene Prozessnebenprodukte abzu führen, andererseits kann bei entsprechender Ausgestaltung des Strömungskanals ein Schutzgas strom im Bereich des Induktors erzeugt werden, durch den Prozessnebenprodukte über der Auf bau- und Fügezone abgeführt werden. Schließlich kann ein Schutzgasstrom auch zur thermischen Isolierung des Auffangmittels verwendet werden, um ein Anbacken von Prozessnebenprodukten zu verhindern. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the collecting device comprises at least one suction connection fluidly coupled to the collecting means for a suction device for suctioning off process by-products from the at least one collecting means. This makes it possible to suction off process by-products collected continuously or discontinuously in order to prevent overflow. Alternatively or additionally, it is provided that the collecting device comprises at least one flow channel for guiding a fluid flow. On the one hand, this makes it possible to carry off collected process by-products, and on the other hand, if the flow channel is designed appropriately, a protective gas stream can be generated in the region of the inductor, through which process by-products are removed via the build-up and joining zone. Finally, a protective gas stream can also be used for thermal insulation of the collecting agent in order to prevent caking of process by-products.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Auffangeinrichtung wenigstens ein Isolations mittel umfasst, mittels welchem das Auffangmittel gegenüber dem Haltemittel thermisch isoliert ist. Damit kann ein„Anbacken“ von Prozessnebenprodukten und sonstigen Verunreinigungen in dem Auffangmittel zuverlässig verhindert werden. Further advantages result from the fact that the collecting device comprises at least one insulation means by means of which the collecting means is thermally insulated from the holding means. This can reliably prevent "caking" of process by-products and other contaminants in the collecting agent.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auffangein richtung wenigstens ein Reinigungsmittel zum Reinigen des wenigstens einen Auffangmittels von Prozessnebenprodukten umfasst. Dies erleichtert das Entfernen aufgefangener Prozessne benprodukte und das Reinigen des Auffangmittels. Das Reinigungsmittel ist nicht auf eine be-
stimmte Ausführung beschränkt und kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, das Auffangmit tel abzusaugen, auszubürsten, auszustrahlen usw. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the collecting device comprises at least one cleaning agent for cleaning the at least one collecting agent from process by-products. This makes it easier to remove collected process by-products and clean the collection agent. The cleaning agent is not suitable for limited execution and can be designed, for example, to suction, brush, emit the Auffangmit tel, etc.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Auffangeinrichtung eine Durchtrittsöffnung für einen Energiestrahl der Schichtbauvorrichtung umfasst. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Auffangeinrichtung während eines Verfestigungsschritts in unmittelbarer Nähe zum Auftreffort des Energiestrahls auf die Pulver- bzw. Bauteilschicht, das heißt dort, wo die meisten Prozessnebenprodukte entstehen, angeordnet werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es vor gesehen, dass die Auffangeinrichtung zumindest überwiegend ringförmig ausgebildet ist. Mit an deren Worten besitzt die Auffangeinrichtung zum lokalen Auffangen eine Form, die einem voll ständig oder möglichst weitgehend geschlossenen Ring entspricht. Ein solcher Ring weist eine zentrale Durchtrittsöffhung für einen Energiestrahl auf und überdeckt zu möglichst großen Antei len einen relevanten Bereich um die aktuelle Scanposition bzw. Prozessstelle, da Spratzer und andere Verunreinigungen grundsätzlich nach allen Seiten hin wegfliegen können, auch wenn es unter bestimmten Bedingungen Vorzugsrichtungen gibt. Further advantages result from the fact that the collecting device comprises a passage opening for an energy beam of the layer construction device. This can ensure that the collecting device can be arranged during a solidification step in the immediate vicinity of the point of impact of the energy beam on the powder or component layer, ie where most of the process by-products are created. Alternatively or additionally, it is provided that the collecting device is at least predominantly annular. In other words, the collecting device for local collecting has a shape that corresponds to a ring that is completely closed or largely closed. Such a ring has a central passage opening for an energy beam and covers as large a proportion as possible a relevant area around the current scan position or process point, since spatter and other contaminants can fly away on all sides, even if there are preferred directions under certain conditions .
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zu mindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsma schine, bei welchem zumindest die Schritte a) Aufträgen von mindestens einer Pulverschicht ei nes Werkstoffs im Bereich einer Aufbau- und Fügezone mindestens einer absenkbaren Bauplatt form, wobei der Werkstoff mittels einer induktiven Temperiereinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur temperiert wird, b) schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Versintem des Werkstoffs zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs mit wenigstens einem Energiestrahl, c) Schichtweises Absenken der Bauplattform um eine vordefi nierte Schichtdicke und d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis zur Fertigstellung des Bauteilbe reichs durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Auffang einrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt mittels ihres Haltemittels an einem Induktor der Temperiereinrichtung festgelegt wird und mittels ihres wenigstens einen Auffangmittels Pro zessnebenprodukte des Schichtbauverfahrens aufgefangen werden. Hierdurch wird ein verbesser ter Schutz vor unerwünschten Prozessnebenprodukten im Bereich der Aufbau- und Fügezone er reicht, da Prozessnebenprodukte aufgefangen werden und sich nicht mehr auf dem Induktor bzw. den Induktoren ablagem. Dies führt zu besseren Verfahrensergebnissen und besseren Bauteilqua-
litäten. Weitere Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltun gen des zweiten Erfindungsaspekts anzusehen sind. Umgekehrt sind auch vorteilhafte Ausgestal tungen des zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsas pekts anzusehen. A second aspect of the invention relates to a layer construction method for additive manufacturing to at least one component area of a component, in particular a component of a fluid flow machine, in which at least the steps a) applying at least one powder layer of a material in the area of a build-up and joining zone of at least one lowerable Construction platform, the material being tempered to a predetermined temperature by means of an inductive temperature control device, b) layer-by-layer and local melting and / or sintering of the material to form a component layer by selective irradiation of the material with at least one energy beam, c) layer-by-layer lowering of the construction platform a predefined layer thickness and d) repeating steps a) to c) until the component area is completed. According to the invention, it is provided that at least one collecting device according to the first aspect of the invention is fixed to an inductor of the temperature control device by means of its holding means and that process by-products of the layer construction method are collected by means of its at least one collecting means. This provides improved protection against undesired process by-products in the area of the assembly and joining zone, since process by-products are caught and no longer deposit on the inductor or inductors. This leads to better process results and better component quality lities. Further advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, advantageous configurations of the first aspect of the invention being regarded as advantageous configurations of the second aspect of the invention. Conversely, advantageous refinements of the second aspect of the invention are also to be regarded as advantageous refinements of the first aspect of the invention.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Auf fangmittel der Auffangeinrichtung permanent oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Inter vallen und/oder bedarfsabhängig von aufgefangenen Prozessnebenprodukten gereinigt wird. Für die Ermittlung eines Bedarfs kann beispielsweise eine sensorische Überwachung, eine Berech nung aufgrund von bestimmten Kenngrößen bzw. Erfahrungswerten, die aktuelle bzw. geplante Bauzeit, der aktuell verwendete Werkstoff, die verwendete Bestrahlungsparameter oder eine be liebige Kombination hieraus verwendet werden. Hierdurch können aufgefangene Prozessneben produkte abgeführt werden, um ein Überlaufen der Auffangeinrichtung zu vermeiden. Das Ab führen kann bedarfsweise beispielsweise permanent, während eines Verfestigungsschritts oder in einer Parkposition des Induktors beim Auftrag einer neuen Pulverschicht erfolgen. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the at least one collecting means of the collecting device is cleaned permanently or at regular or irregular intervals and / or as required from collected process by-products. For example, sensory monitoring, a calculation based on certain parameters or empirical values, the current or planned construction time, the material currently used, the radiation parameters used or any combination thereof can be used to determine a need. In this way, collected process by-products can be removed to avoid overflow of the collecting device. If necessary, the removal can take place permanently, for example, during a solidification step or in a parking position of the inductor when applying a new powder layer.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Auffangeinrichtung permanent oder zeitweise mit ei nem Gas, insbesondere einem Schutzgas, beaufschlagt wird. Das Gas, bei welchem es sich auch um ein Gasgemisch handeln kann, kann je nach Bedarf zu verschiedenen Zwecken verwendet werden. Beispielsweise kann es zum Spülen des Haltemittels, zum Erzeugen eines gerichteten Gasstroms zum Entfernen von Prozessnebenprodukten und/oder zum Temperieren bzw. Kühlen der Auffangeinrichtung verwendet werden. Further advantages result from the fact that the collecting device is acted upon permanently or temporarily with a gas, in particular a protective gas. The gas, which can also be a gas mixture, can be used for various purposes as required. For example, it can be used for purging the holding means, for generating a directed gas stream for removing process by-products and / or for tempering or cooling the collecting device.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils durch ein additives Schichtbauverfahren. Die Schichtbauvorrichtung umfasst mindestens eine Pulverzuführung zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs auf eine Aufbau- und Fügezone einer bewegbaren Bauplatt form, eine induktive Temperiereinrichtung, mittels welcher der Werkstoff vor und/oder während des Schichtbauverfahrens auf eine vorbestimmte Temperatur zu temperieren ist, und mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls zum schichtweisen und lo kalen Verschmelzen und/oder Versintem des temperierten Werkstoffs zum Ausbilden einer Bau-
teilschicht durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs mit dem wenigstens einem Energiestrahl gemäß einer vorbestimmten Bestrahlungsstrategie. Erfindungsgemäß umfasst die Schichtbauvor richtung wenigstens eine Auffangeinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, welche mit tels ihres wenigstens einen Haltemittels an einem Induktor der Temperiereinrichtung festgelegt ist. Hierdurch wird ein verbesserter Schutz vor unerwünschten Prozessnebenprodukten im Be reich der Aufbau- und Fügezone erreicht, da Prozessnebenprodukte aufgefangen werden können und sich nicht mehr auf dem Induktor bzw. den Induktoren ablagem. Dies führt zu besseren Ver fahrensergebnissen und besseren Bauteilqualitäten. Weitere Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfin dungsaspekts anzusehen sind. Umgekehrt sind auch vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Er findungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts an zusehen. A third aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method. The layer building device comprises at least one powder feed for applying at least one powder layer of a material to a build-up and joining zone of a movable building platform, an inductive temperature control device, by means of which the material is to be tempered to a predetermined temperature before and / or during the layer building process, and at least a radiation source for generating at least one energy beam for layer-by-layer and local fusing and / or sintering of the tempered material to form a structural Partial layer by selective irradiation of the material with the at least one energy beam according to a predetermined radiation strategy. According to the invention, the layer construction device comprises at least one collecting device according to the first aspect of the invention, which is fixed by means of its at least one holding means to an inductor of the temperature control device. This provides improved protection against undesired process by-products in the area of the assembly and joining zone, since process by-products can be collected and no longer deposit on the inductor or inductors. This leads to better process results and better component qualities. Further advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects of the invention, advantageous configurations of the first and second aspects of the invention being regarded as advantageous configurations of the third aspect of the invention. Conversely, advantageous refinements of the third aspect of the invention are to be seen as advantageous refinements of the first and second aspects of the invention.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schichtbauvorrichtung als selektive Laserschmelz- und/oder Lasersintervorrichtung ausgebildet. Hierdurch können Bauteile herge stellt werden, deren mechanischen Eigenschaften zumindest im Wesentlichen denen des Bau teilwerkstoffs entsprechen. Zur Erzeugung eines Laserstrahls kann beispielsweise ein C02-Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder dergleichen vorgesehen sein. Ebenso kann vor gesehen sein, dass zwei oder mehr Laserstrahlen verwendet werden. In Abhängigkeit des Bau teilwerkstoffs und der Bestrahlungsstrategie kann es beim Bestrahlen zu einem Aufschmelzen und/oder zu einem Versintem des Pulvers kommen, so dass im Rahmen der vorliegenden Erfin dung unter dem Begriff„Verschweißen“ auch„Versintem“ und umgekehrt verstanden werden kann. In an advantageous embodiment of the invention, the layer construction device is designed as a selective laser melting and / or laser sintering device. As a result, components can be produced, the mechanical properties of which at least essentially correspond to those of the construction material. For example, a CO 2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like can be provided to generate a laser beam. It can also be seen that two or more laser beams are used. Depending on the component material and the radiation strategy, melting and / or sintering of the powder may occur during the irradiation, so that in the context of the present invention the term “welding” can also be understood to mean “sintering” and vice versa.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auffangeinrichtung eine Tasche mit einer Eintrittsöffnung umfasst, wobei die Eintrittsöffnung im montierten Zustand der Auffangeinrichtung parallel zum Baufeld angeordnet ist und/oder einer Decke und/oder einer Kammerwandung einer Prozesskammer der Schichtbauvorrichtung zugewandt angeordnet ist. Hierdurch kann die statistische Flugbahn bzw. die Auftreffwahrscheinlichkeit typischer Prozess nebenprodukte berücksichtigt und ein Herausfallen bereits aufgefangener Prozessnebenprodukte aus der Tasche zuverlässig verhindert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Auffangmittel der Auffangeinrichtung entlang eines der Pulverschicht abgewandten Bereichs des Induktors er streckt. Unabhängig von der Form des Induktors kann so sichergestellt werden, dass sich keine Prozessnebenprodukte auf seiner Oberfläche ablagem können, sondern aufgefangen werden. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the collecting device comprises a pocket with an inlet opening, the inlet opening being arranged parallel to the construction field in the assembled state of the collecting device and / or being arranged facing a ceiling and / or a chamber wall of a process chamber of the layer construction device. In this way, the statistical trajectory or the probability of impact of typical process by-products can be taken into account and the process by-products that have already been caught can fall out of the pocket reliably. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the collecting means of the collecting device extends along an area of the inductor facing away from the powder layer. Regardless of the shape of the inductor, it can be ensured that no process by-products can deposit on its surface, but are caught.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Temperiereinrichtung wenigstens zwei relativ zueinan der bewegbare Induktoren umfasst. Hierdurch ist es möglich, die Magnetfelder der Induktoren gezielt zu überlagern, um bestimmte Bereiche besonders stark zu erwärmen. Die Auffangeinrich- tung bzw. das Auffangmittel kann dabei auf einem Induktor oder auf zwei oder mehreren Induk toren angeordnet sein, wobei in diesem Fall nicht die gesamte Fänge des zweiten oder weiteren Induktors mit einem Auffangmittel versehen sein muss, um eine relative Bewegbarkeit der In duktoren zueinander nicht einzuschränken. Further advantages result if the temperature control device comprises at least two inductors that are movable relative to one another. This makes it possible to selectively superimpose the magnetic fields of the inductors in order to heat certain areas particularly strongly. The collecting device or the collecting means can be arranged on an inductor or on two or more inductors, in which case the entire catches of the second or further inductor need not be provided with a collecting means in order to make the inductors relatively movable not restrict each other.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem an jedem Induktor eine Auffangeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel festgelegt ist. Hierdurch können Prozessnebenprodukte besonders zuverlässig aufgefangen werden. Further advantages result from the fact that a collecting device according to the first exemplary embodiment is fixed to each inductor. This enables process by-products to be collected in a particularly reliable manner.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figu renbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskom binationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figu ren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils ange gebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch se parierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die so mit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der An sprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung, welche an einem Induktor einer Schichtbauvorrichtung festgelegt ist; Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description, as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations, without the frame to leave the invention. Embodiments of the invention are thus also to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, but can be derived from the explained embodiments and can be generated by separated combinations of features. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all of the features of an originally formulated independent claim. There are also designs and combinations of features, in particular by the above-described designs, to be regarded as disclosed, which go beyond or differ from the combinations of features set out in the claims. It shows: Figure 1 is a schematic sectional view of a collecting device according to the invention, which is fixed to an inductor of a layer construction device.
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung gemäß ei- nem weiteren Ausführungsbeispiel, welche an einem Induktor einer Schichtbauvorrichtung fest gelegt ist; und 2 shows a schematic sectional view of a collecting device according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment, which is fixed to an inductor of a layer construction device; and
Fig. 3 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Schichtbauvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zur additiven Fertigung von Fertigungsprodukten. Fig. 3 is a schematic, partially in section view of the layer construction device according to the prior art for additive manufacturing of manufacturing products.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung 10, welche über ein Haltemittel 12 an einem Induktor 14 einer als selektive Laserschmelz- und/oder Lasersintervorrichtung ausgebildeten Schichtbauvorrichtung 100 (s. Fig. 3) festgelegt ist. Bei dem Induktor 14 handelt es sich vorliegend um eine Spule einer Temperiereinrichtung (nicht ge zeigt). Der Induktor 14 dient zum lokalen Temperieren eines Werkstoffpulvers bzw. eines bereits gefertigten Bauteilbereichs eines additiv herzustellenden Bauteils 15 (s. Fig. 2) und befindet sich in unmittelbarer Nähe einer Aufbau und Fügezone II (s. Fig. 2) der Schichtbauvorrichtung 100. 1 shows a schematic sectional view of a collecting device 10 according to the invention, which is fixed via a holding means 12 to an inductor 14 of a layer construction device 100 designed as a selective laser melting and / or laser sintering device (see FIG. 3). The inductor 14 is in the present case a coil of a temperature control device (not shown). The inductor 14 is used for the local tempering of a material powder or an already manufactured component area of an additively manufactured component 15 (see FIG. 2) and is located in the immediate vicinity of a build-up and joining zone II (see FIG. 2) of the layer construction device 100.
Die Auffangeinrichtung 10 umfasst im vorliegenden Beispiel ein oberhalb des Induktors 14 an geordnetes Auffangmittel 16, das als Tasche ausgebildet ist und in welchem während des Schichtbauprozesses entstehende Prozessnebenprodukte wie Schmauch, Ruß, Spratzer, Werk stoffpulver und dergleichen aufgefangen werden. Damit können sich diese Prozessnebenprodukte nicht auf dem Induktor 14 ablagem und nicht zurück in die Fügezone II fallen, wo sie das Pro zessergebnis verschlechtern, Fehler verursachen und die Eigenschaften des hergestellten Bauteils 15 vermindern könnten. Man erkennt, dass sich das Auffangmittel 16 ausgehend von einer Ein- trittsöffhung 18 verjüngt und dass eine Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 18 etwas breiter ist als der darunterliegende Induktor 14, um diesen zuverlässig abzuschirmen. In the present example, the collecting device 10 comprises an arranged collecting means 16 above the inductor 14, which is designed as a pocket and in which process by-products such as smoke, soot, spatter, powder material and the like are collected during the layer-building process. Thus, these process by-products can not deposit on the inductor 14 and cannot fall back into the joining zone II, where they can worsen the process result, cause errors and reduce the properties of the component 15 produced. It can be seen that the collecting means 16 tapers starting from an inlet opening 18 and that a cross-sectional area of the inlet opening 18 is somewhat wider than the inductor 14 underneath in order to reliably shield it.
Um das Auffangmittel 16 der Auffangeinrichtung 10 permanent oder zeitweise von aufgefange nen Prozessnebenprodukten zu reinigen, ist es vorgesehen, dass die Auffangeinrichtung 10 per manent oder zeitweise mit einem Schutzgas beaufschlagt wird. Dies ist in Fig. 1 mit den Pfeilen I
symbolisiert. Die Taschen 16 werden hierzu über einen Sauganschluss (nicht gezeigt) und gege benenfalls über einen Nebenkreislauf an ein globales Kreislaufsystem der Schichtbauvorrichtung für eine Schutzgasbeaufschlagung angeschlossen. Alternativ kann ein separater Gaskreislauf vor gesehen sein. Wie man in Fig. 1 sieht, kann der mit den Pfeilen I gekennzeichnete Gasstrom auch zur Ausbildung einer gerichteten laminaren Strömung zwischen benachbarten Abschnitten des Auffangmittels 16 verwendet werden, um aufsteigende Prozessnebenprodukte direkt aus dem Be- reich der Aufbau- und Fügezone II abzuführen. Zur Reinigung kann die Tasche 16 permanent, während eines Schweiß Vorgangs oder in einer Parkposition des Induktors 14 beim Auftrag einer neuen Pulverschicht gereinigt, z. B abgesaugt, gebürstet, gestrahlt etc. werden. In order to permanently or temporarily clean the collecting means 16 of the collecting device 10 from collected process by-products, it is provided that the collecting device 10 is acted upon by a protective gas, either continuously or temporarily. This is in Fig. 1 with the arrows I. symbolizes. For this purpose, the pockets 16 are connected via a suction connection (not shown) and, if appropriate, via a secondary circuit to a global circulation system of the layer construction device for a protective gas application. Alternatively, a separate gas circuit can be seen before. As can be seen in FIG. 1, the gas flow identified by the arrows I can also be used to form a directional laminar flow between adjacent sections of the collecting means 16 in order to discharge rising process by-products directly from the area of the assembly and joining zone II. For cleaning, the pocket 16 can be permanently cleaned during a welding process or in a parking position of the inductor 14 when a new layer of powder is applied, e.g. B are vacuumed, brushed, blasted etc.
Wenn die Temperiereinrichtung zwei oder mehr Induktoren 14 aufweist (z. B. Kreuzspulentech nologie), können Taschen auf einem oder auf beiden bzw. allen weiteren Induktoren 14 vorgese hen sein, wobei nicht die gesamte Länge jedes Induktors 14 mit einem Auffangmittel 16 verse hen sein muss, um eine relative Bewegbarkeit von Induktoren 14 zueinander nicht zu behindern. If the temperature control device has two or more inductors 14 (e.g. cross-coil technology), pockets can be provided on one or both or all further inductors 14, the entire length of each inductor 14 not being provided with a collecting means 16 must, in order not to hinder a relative mobility of inductors 14 to one another.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, welche an einem Induktor 14 der Schichtbauvor richtung 100 festgelegt ist. Im Unterschied zum vorherigen Beispiel weist die Auffangeinrich- tung 10 zwei unterschiedlich geformte Auffangmittel 16 auf. Zusätzlich weist die Auffangein richtung 10 einen Strömungskanal 20 auf, durch welchen ein Schutzgasstrom I geführt wird, um den Bereich der Aufbau- und Fügezone II durch einen gerichteten Fluidstrom frei von Verunrei nigungen zu halten. Darüber hinaus werden die Taschen 16 durch den Schutzgasstrom I ther misch von dem Induktor 14 entkoppelt, um ein Anbacken der Verunreinigungen in den Taschen 16 zu verhindern. Man erkennt zudem, dass die Auffangeinrichtung 10 eine Durchtrittsöffnung 22 für einen Energiestrahl E der Schichtbauvorrichtung 100 umfasst, durch welchen der über ei ne Optik 24 gelenkte Energiestrahl E, bei welchem es sich vorliegend um einen Laserstrahl han delt, auf die Aufbau- und Fügezone II treffen kann, um das Werkstoffpulver selektiv zu Bauteil schichten des additiv auf einer absenkbaren Bauplattform 26 aufzubauenden Bauteils 15 zu ver festigen. Fig. 2 shows a schematic sectional view of a collecting device 10 according to the invention according to a further embodiment, which is fixed to an inductor 14 of the layer construction device 100. In contrast to the previous example, the collecting device 10 has two differently shaped collecting means 16. In addition, the Auffangein device 10 has a flow channel 20 through which a protective gas flow I is passed in order to keep the area of the assembly and joining zone II free of impurities by a directed fluid flow. In addition, the pockets 16 are decoupled from the inductor 14 by the inert gas flow I mixed to prevent caking of the impurities in the pockets 16. It can also be seen that the collecting device 10 comprises a passage opening 22 for an energy beam E of the layer construction device 100, through which the energy beam E directed via an optic 24, which in the present case is a laser beam, points to the assembly and joining zone II can meet to selectively layer the material powder to component of the additive to be built on a lowerable construction platform 26 to consolidate component 15 ver.
Eine in Fig. 3 schematisch und teilweise im Schnitt dargestellte Schichtbauvorrichtung 100 ist exemplarisch als selektive Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildet und wird im
Folgenden erläutert. Die Schichtbauvorrichtung 100 wird mit einer erfindungsgemäßen Auffang einrichtung 10, beispielsweise wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, verwendet, wobei die Auffangein richtung 10 und die Induktionsspule(n) 14, an welcher bzw. welchen die Auffangeinrichtung 10 festgelegt ist, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind. Zum Aufbauen eines Objekts bzw. Bauteils 15 enthält sie eine Prozesskammer 40 mit einer Kammerwandung 42. In der Pro zesskammer 40 ist ein nach oben offener Baubehälter 44 mit einer Wandung 46 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 44 ist eine Arbeitsebene 48 definiert, wobei der in nerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 48, der zum Aufbau des Bauteils bzw. Objekts 15 verwendet werden kann, als Aufbau- und Fügezone bzw. als Baufeld II bezeichnet wird. In dem Behälter 44 ist ein in einer vertikalen Richtung z bewegbarer Träger 50 angeordnet, an dem eine Grundplatte 52 angebracht ist, die den Baubehälter 44 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 52 kann eine getrennt von dem Träger 50 gebildete Platte sein, die an dem Träger 50 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 50 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 52 noch eine Bauplatt form 26 angebracht sein, auf der das Objekt 15 aufgebaut wird. Das Objekt 15 kann aber auch auf der Grundplatte 52 selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform 26 dient. Das in dem Baubehälter 44 auf der Bauplattform 26 zu bildende Objekt 15 ist unterhalb der Arbeitsebene 48 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unver- festigt gebliebenem Werkstoff 56, der als Aufbaumaterial dient. Die Schichtbauvorrichtung 100 enthält weiter einen Vorratsbehälter 58 für den durch elektromagnetische Strahlung verfestigba ren pulverförmigen Werkstoff 56 und einen in einer horizontalen Richtung Y bewegbaren Be schichter 60 als Pulverzuführung zum Aufbringen des Werkstoffs 56 auf das Baufeld I. Der Vor ratsbehälter 58 kann alternativ auch unterhalb der Ebene des Baufelds II angeordnet sein (nicht gezeigt). Daraus kann der Werkstoff 56 z. B. durch einen vertikal in z-Richtung bewegbaren Do sierstempel dem Beschichter 60 zugeführt werden. Die Schichtbauvorrichtung 100 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 64 mit einem Laser 66, der einen Laserstrahl E als Energiestrahl bündel erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 70 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrich tung 72 über ein Einkoppelfenster 82, das an der Decke der Prozesskammer 40 in deren Wan dung 42 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 48 fokussiert wird. A layer construction device 100, shown schematically and partially in section in FIG. 3, is exemplarily designed as a selective laser sintering or laser melting device and is shown in FIG Explained below. The layer building device 100 is used with a collecting device 10 according to the invention, for example as shown in FIGS. 1 and 2, the collecting device 10 and the induction coil (s) 14 on which the collecting device 10 is fixed Not shown for reasons of clarity. To build an object or component 15, it contains a process chamber 40 with a chamber wall 42. In the process chamber 40, an upwardly open construction container 44 with a wall 46 is arranged. A working level 48 is defined through the upper opening of the building container 44, the area of the working level 48 lying within the opening, which can be used for building the component or object 15, being referred to as the building and joining zone or as building site II . Arranged in the container 44 is a support 50 which can be moved in a vertical direction z and on which a base plate 52 is attached, which closes the building container 44 at the bottom and thus forms the bottom thereof. The base plate 52 may be a plate formed separately from the carrier 50 and attached to the carrier 50, or it may be integrally formed with the carrier 50. Depending on the powder and process used, a building platform 26 can be attached to the base plate 52, on which the object 15 is built. The object 15 can also be built on the base plate 52 itself, which then serves as the building platform 26. The object 15 to be formed in the building container 44 on the building platform 26 is shown below the working level 48 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by material 56 that has remained unconsolidated and serves as the building material. The layer construction device 100 further contains a storage container 58 for the powdery material 56 which can be solidified by electromagnetic radiation and a layer 60 movable in a horizontal direction Y as a powder feeder for applying the material 56 to the construction field I. The storage container 58 can alternatively also below the Level of construction site II may be arranged (not shown). From this, the material 56 z. B. by a vertically movable in the z direction Do sierstempel the coater 60 are supplied. The layer construction device 100 also contains an exposure device 64 with a laser 66, which generates a laser beam E as an energy beam, which is deflected via a deflection device 70 and through a focussing device 72 via a coupling window 82 which is on the ceiling of the process chamber 40 in its wall 42 is attached, is focused on the working plane 48.
Weiter enthält die Schichtbauvorrichtung 100 eine Steuereinheit 74, über die die einzelnen Be standteile der Schichtbauvorrichtung 100 in koordinierter Weise zum Durchführen des Baupro-
zesses gesteuert werden. Die Steuereinheit 74 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 74 geladen werden kann. Im Betrieb wird zum Aufbringen ei- ner Pulverschicht zunächst der Träger 50 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schicht dicke entspricht. Durch Verfahren des Beschichters 60 über die Arbeitsebene 48 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Werkstoffs 56 aufgebracht. Zu Sicherheit schiebt der Beschichter 60 eine etwas größere Menge an Werkstoff 56 vor sich her, als für den Aufbau der Schicht erforder lich ist. Den planmäßigen Überschuss an Werkstoff 56 schiebt der Beschichter 60 in einen Über laufbehälter 62. Auf beiden Seiten des Baubehälters 44 ist jeweils ein Überlaufbehälter 62 ange ordnet. Das Aufbringen des pulverförmigen Werkstoffs 56 erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 15, vorzugsweise über das gesamte Baufeld II, also den Bereich der Arbeitsebene 48, der durch eine Vertikalbewegung des Trägers 50 abgesenkt werden kann. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 15 von dem Laserstrahl E mit einem Strahlungseinwirkbereich (nicht gezeigt) abgetastet, der schematisch eine Schnittmen ge des Energiestrahlbündels mit der Arbeitsebene 48 darstellt. Dadurch wird der pulverförmige Werkstoff 56 an Stellen verfestigt, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 15 entspre chen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt 15 fertiggestellt ist und dem Baubehälter 44 entnommen werden kann. Zum Erzeugen eines bevorzugt laminaren Prozessgas stroms in der Prozesskammer 40 enthält die Schichtbauvorrichtung 100 ferner grundsätzlich op tionale Bauteile, nämlich einen Gaszuführkanal 34“, eine Gaseinlassdüse 34‘, eine Gasauslass- öffnung 30‘ und einen Gasabführkanal 30“. Der Prozessgasstrom bewegt sich horizontal in einer Ebene D über das Baufeld II hinweg. Eine Strömungsrichtung des Prozessgasstroms verläuft in der gleichen Raumrichtung wie die Beschichtungsrichtung Y, d. h. parallel zu ihr. Der Gaszu führkanal 34“, die Gaseinlassdüse 34‘, die Gasauslassöffnung 30‘ und der Gasabführkanal 30“ können aber auch so beispielsweise um 90° gedreht in der bzw. um die Prozesskammer 40 ange ordnet sein, dass die (horizontale) Beschichtungsrichtung Y (entsprechend um 90° gedreht) im Wesentlichen senkrecht zur (horizontalen) Strömungsrichtung des Prozessgasstroms steht. Auch die Gaszufuhr und -abfuhr kann von der Steuereinheit 74 gesteuert sein (nicht dargestellt). Das aus der Prozesskammer 40 abgesaugte Gas kann einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zuge führt werden, und das gefilterte Gas kann über den Gaszuführkanal 34“ wieder der Prozess kammer 40 zugeführt werden, wodurch ein Umluftsystem mit einem geschlossenen Gaskreislauf
gebildet wird. Statt lediglich einer Gaseinlassdüse 34‘ und einer Gasauslassöffhung 30‘ können jeweils auch mehrere Düsen bzw. Öffnungen vorgesehen sein. Furthermore, the layer construction device 100 contains a control unit 74, via which the individual components of the layer construction device 100 are carried out in a coordinated manner for carrying out the construction process. controlled. Control unit 74 may include a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the device on a storage medium from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit 74. In operation, to apply a powder layer, the carrier 50 is first lowered by a height which corresponds to the desired layer thickness. A layer of the powdery material 56 is then applied by moving the coater 60 over the working plane 48. For safety, the coater 60 pushes a slightly larger amount of material 56 in front of it than is required for the build-up of the layer. The coater 60 pushes the planned excess of material 56 into an overflow container 62. On both sides of the construction container 44, an overflow container 62 is arranged. The powdery material 56 is applied at least over the entire cross section of the object 15 to be produced, preferably over the entire construction area II, that is to say the region of the working plane 48, which can be lowered by a vertical movement of the carrier 50. The cross section of the object 15 to be produced is then scanned by the laser beam E with a radiation exposure region (not shown) which schematically represents an intersection of the energy beam bundle with the working plane 48. As a result, the powdery material 56 is solidified at locations which correspond to the cross section of the object 15 to be produced. These steps are repeated until the object 15 is finished and can be removed from the building container 44. In order to generate a preferably laminar process gas flow in the process chamber 40, the layer construction device 100 furthermore basically contains optional components, namely a gas supply channel 34 ", a gas inlet nozzle 34 ', a gas outlet opening 30' and a gas discharge channel 30". The process gas flow moves horizontally in a plane D across the construction site II. A flow direction of the process gas stream runs in the same spatial direction as the coating direction Y, ie parallel to it. The gas supply duct 34 ", the gas inlet nozzle 34 ', the gas outlet opening 30' and the gas discharge duct 30" can also be arranged, for example, rotated through 90 ° in or around the process chamber 40, that the (horizontal) coating direction Y (accordingly rotated by 90 °) is essentially perpendicular to the (horizontal) flow direction of the process gas stream. The gas supply and discharge can also be controlled by the control unit 74 (not shown). The gas sucked out of the process chamber 40 can be supplied to a filter device (not shown), and the filtered gas can be fed back to the process chamber 40 via the gas supply channel 34 ", thereby creating a circulating air system with a closed gas circuit is formed. Instead of only one gas inlet nozzle 34 ′ and one gas outlet opening 30 ′, a plurality of nozzles or openings can also be provided in each case.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedin- gungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, System fehlem, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzuse- hen.
The parameter values specified in the documents for the definition of process and measurement conditions for the characterization of specific properties of the subject matter of the invention are also included within the scope of deviations - for example, due to measurement errors, system errors, DIN tolerances and the like - as part of the scope of the invention to watch.
Bezugszeichenliste : Reference symbol list:
10 Auffangeinrichtung10 fall arrester
12 Haltemittel 12 holding means
14 Induktor 14 inductor
15 Bauteil 15 component
16 Auffangmittel 16 catching agents
18 Eintrittsöffnung 18 inlet opening
20 Strömungskanal20 flow channel
22 Durchtrittsöffnung22 passage opening
24 Optik 24 optics
26 Bauplattform 26 construction platform
30” Gasabfuhrkanal 30 ”gas discharge duct
30’ Gasauslassöffhung30’ gas outlet opening
34’ Gaseinlassdüse34 ’gas inlet nozzle
34” Gaszuführkanal34 ”gas feed channel
40 Prozesskammer40 process chamber
42 Kammerwandung42 chamber wall
44 Baubehälter 44 building containers
46 Wandung 46 wall
48 Arbeitsebene 48 working level
50 Träger 50 carriers
52 Grundplatte 52 base plate
56 Werkstoff 56 material
58 Vorratsbehälter 58 storage containers
60 Beschichter 60 coaters
62 Überlaufbehälter 62 overflow tank
64 Belichtungsvorrichtung64 exposure device
66 Laser 66 lasers
70 Umlenkvorrichtung 70 deflection device
72 Fokussiervorrichtung72 focusing device
74 Steuereinheit
82 Einkoppelfenster74 control unit 82 coupling window
100 Schichtbauvorrichtung100 layer building device
I SchutzgasstromI shielding gas flow
II Baufeld II construction site
E Energiestrahl E energy beam
D Ebene D level
x, y horizontale Richtung z vertikale Richtungx, y horizontal direction z vertical direction
Y Beschichtungsrichtung
Y coating direction
Claims
1. Auffangeinrichtung (10) für eine Schichtbauvorrichtung (100) zur additiven Herstellung zu- mindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils (15), umfassend wenigstens ein Auffangmittel (16) zum Auffangen und Lagern von Prozessnebenprodukten eines mittels der Schichtbauvorrichtung (100) durchgeführten Schichtbauverfahrens und wenigstens ein Haltemittel (12) zum Festlegen der Auffangeinrichtung (10) an einem Induktor (14) einer induktiven Temperiereinrichtung der Schichtbauvorrichtung (100). 1. Collection device (10) for a layer construction device (100) for the additive production of at least one component area of a component (15), comprising at least one collection device (16) for collecting and storing process by-products of a layer construction method carried out by means of the layer construction device (100) and at least a holding means (12) for fixing the collecting device (10) to an inductor (14) of an inductive temperature control device of the layer construction device (100).
2. Auffangeinrichtung (10) nach Anspruch 1, 2. Collection device (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das wenigstens eine Auffangmittel (16) eine Tasche mit einer Eintrittsöffhung (18) umfasst, wo bei die Eintrittsöffnung (18) vorzugsweise auf einer vom Haltemittel (12) abgewandten Seite der Auffangeinrichtung (10) angeordnet ist. the at least one collecting means (16) comprises a pocket with an entry opening (18), where the entry opening (18) is preferably arranged on a side of the collecting device (10) facing away from the holding means (12).
3. Auffangeinrichtung (10) nach Anspruch 2, 3. Collection device (10) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Tasche sich ausgehend von der Eintrittsöffnung (18) verjüngt und/oder dass ein Innenraum der Tasche frei von Ecken ausgebildet ist und/oder dass die Tasche ein Volumen aufweist, das zur Aufnahme aller während eines Schichtbauvorgangs in sie gelangenden bzw. in sie verbrach ten Prozessnebenprodukte ausgebildet ist und/oder dass eine Querschnittsfläche der Eintrittsöff- nung (18) der Tasche zumindest im Wesentlichen einer Orthogonalprojektion eines zugeordneten Induktors (14) auf ein Baufeld (II) der Schichtbauvorrichtung (100) entspricht. the pocket tapers starting from the inlet opening (18) and / or that an interior of the pocket is free of corners and / or that the pocket has a volume that accommodates all who get into it during a layer construction process or spent it Process by-products are formed and / or that a cross-sectional area of the inlet opening (18) of the pocket corresponds at least essentially to an orthogonal projection of an assigned inductor (14) onto a construction field (II) of the layer construction device (100).
4. Auffangeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Collection device (10) according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
diese wenigstens einen fluidisch mit dem Auffangmittel (16) gekoppelten Sauganschluss für eine Saugeinrichtung zum Absaugen von Prozessnebenprodukten aus dem wenigstens einen Auf- fangmittel (16) umfasst und/oder dass diese wenigstens einen Strömungskanal (20) zum Führen eines Fluidstroms umfasst.
this comprises at least one suction connection fluidly coupled to the collecting means (16) for a suction device for suctioning off process by-products from the at least one collecting means (16) and / or that it comprises at least one flow channel (20) for guiding a fluid flow.
5. Auffangeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Collection device (10) according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
diese wenigstens ein Isolationsmittel umfasst, mittels welchem das Auffangmittel (16) gegenüber dem Haltemittel (12) thermisch isoliert ist. this comprises at least one insulation means by means of which the collecting means (16) is thermally insulated from the holding means (12).
6. Auffangeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Collection device (10) according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
diese wenigstens ein Reinigungsmittel zum Reinigen des wenigstens einen Auffangmittels (16) von Prozessnebenprodukten umfasst. this comprises at least one cleaning agent for cleaning the at least one collecting agent (16) from process by-products.
7. Auffangeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. collecting device (10) according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
diese eine Durchtrittsöffhung (22) für einen Energiestrahl (E) der Schichtbauvorrichtung (100) umfasst und/oder dass die Auffangeinrichtung (10) zumindest überwiegend ringförmig ausgebil- det ist. this comprises a passage opening (22) for an energy beam (E) of the layer construction device (100) and / or that the collecting device (10) is at least predominantly annular.
8. Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils (15), insbesondere eines Bauteils (15) einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest folgende Schritte: 8. Layer construction method for additive manufacturing of at least one component area of a component (15), in particular a component (15) of a turbomachine, comprising at least the following steps:
a) Aufträgen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs (56) im Bereich einer Aufbau- und Fügezone (II) mindestens einer absenkbaren Bauplattform (26), wobei der Werk stoff (56) mittels einer induktiven Temperiereinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur temperiert wird; a) orders of at least one powder layer of a material (56) in the region of a build-up and joining zone (II) of at least one lowerable construction platform (26), the material (56) being tempered to a predetermined temperature by means of an inductive temperature control device;
b) Schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Versintem des Werkstoffs (56) zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs (56) mit wenigstens einem Energiestrahl (E); b) layer by layer and local melting and / or sintering of the material (56) to form a component layer by selective irradiation of the material (56) with at least one energy beam (E);
c) Schichtweises Absenken der Bauplattform (26) um eine vordefinierte Schichtdicke; und d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis zur Fertigstellung des Bauteilbereichs, c) lowering the building platform (26) layer by layer by a predefined layer thickness; and d) repeating steps a) to c) until completion of the component area,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
wenigstens eine Auffangeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mittels ihres Halte- mittels (12) an einem Induktor (14) der Temperiereinrichtung festgelegt wird und mittels ihres
wenigstens einen Auffangmittels (16) Prozessnebenprodukte des Schichtbauverfahrens aufgefan gen werden. at least one collecting device (10) according to one of claims 1 to 7 is fixed to an inductor (14) of the temperature control device by means of its holding means (12) and by means of its at least one collecting means (16) process by-products of the layer construction method are collected.
9. Schichtbauverfahren nach Anspruch 8, 9. layer construction method according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das wenigstens eine Auffangmittel (16) der Auffangeinrichtung (10) permanent oder in regelmä ßigen oder unregelmäßigen Intervallen oder bedarfsabhängig von aufgefangenen Prozessneben produkten gereinigt wird. the at least one collecting means (16) of the collecting device (10) is cleaned permanently or at regular or irregular intervals or as required from collected process by-products.
10. Schichtbauverfahren nach Anspruch 8 oder 9, 10. layer construction method according to claim 8 or 9,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Auffangeinrichtung (10) permanent oder zeitweise mit einem Gas, insbesondere einem Schutzgas, beaufschlagt wird. a gas, in particular a protective gas, is applied to the collecting device (10) permanently or temporarily.
11. Schichtbauvorrichtung (100) zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils (15) durch ein additives Schichtbauverfahren, umfassend: 11. Layer construction device (100) for the additive production of at least one component area of a component (15) by an additive layer construction method, comprising:
mindestens eine Pulverzuführung zum Auftrag von mindestens einer Pulver schicht eines Werkstoffs (56) auf eine Aufbau- und Fügezone (II) einer bewegba ren Bauplattform (26); at least one powder feeder for applying at least one powder layer of a material (56) to a build-up and joining zone (II) of a moveable construction platform (26);
eine induktive Temperiereinrichtung, mittels welcher der Werkstoff (56) vor und/oder während des Schichtbauverfahrens auf eine vorbestimmte Temperatur zu temperieren ist; und an inductive tempering device, by means of which the material (56) is to be tempered to a predetermined temperature before and / or during the layer building process; and
mindestens eine Strahlungsquelle (66) zum Erzeugen wenigstens eines Energie strahls (E) zum schichtweisen und lokalen Verschmelzen und/oder Versintem des temperierten Werkstoffs (56) zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs (56) mit dem wenigstens einem Energiestrahl (E) ge mäß einer vorbestimmten Bestrahlungsstrategie, at least one radiation source (66) for generating at least one energy beam (E) for layer-by-layer and local melting and / or sintering of the temperature-controlled material (56) for forming a component layer by selective irradiation of the material (56) with the at least one energy beam (E) according to a predetermined radiation strategy,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
wenigstens eine Auffangeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist, wel che mittels ihres wenigstens einen Haltemittels (12) an einem Induktor (16) der Temperierein richtung festgelegt ist.
at least one collecting device (10) according to one of claims 1 to 7 is provided, which is fixed by means of its at least one holding means (12) to an inductor (16) of the tempering device.
12. Schichtbauvorrichtung (100) nach Anspruch 11, 12. layer construction device (100) according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Auffangeinrichtung (10) eine Tasche mit einer Eintrittsöffhung (18) umfasst, wobei die Ein- trittsöffhung (18) im montierten Zustand der Auffangeinrichtung (10) parallel zum Baufeld (II) angeordnet ist und/oder einer Decke und/oder einer Kammerwandung (42) einer Prozesskammer (40) der Schichtbauvorrichtung (100) zugewandt angeordnet ist the collecting device (10) comprises a pocket with an inlet opening (18), the inlet opening (18) being arranged parallel to the construction field (II) in the assembled state of the collecting device (10) and / or a ceiling and / or a chamber wall ( 42) is arranged facing a process chamber (40) of the layer construction device (100)
13. Schichtbauvorrichtung (100) nach Anspruch 11 oder 12, 13. layer construction device (100) according to claim 11 or 12,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
sich das Auffangmittel (16) der Auffangeinrichtung (10) entlang eines der Pulverschicht abge- wandten Bereichs des Induktors (16) erstreckt. the collecting means (16) of the collecting device (10) extends along a region of the inductor (16) facing away from the powder layer.
14. Schichtbauvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, 14. layer construction device (100) according to one of claims 11 to 13,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Temperiereinrichtung wenigstens zwei relativ zueinander bewegbare Induktoren (16) um fasst. the temperature control device comprises at least two inductors (16) which can be moved relative to one another.
15. Schichtbauvorrichtung (100) nach Anspruch 14, 15. layer construction device (100) according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
an jedem Induktor (16) eine Auffangeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 festge- legt ist.
a collecting device (10) according to one of claims 1 to 7 is defined on each inductor (16).
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