WO2020104202A1 - Radiale strömung über ein baufeld - Google Patents

Radiale strömung über ein baufeld

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WO2020104202A1
WO2020104202A1 PCT/EP2019/080516 EP2019080516W WO2020104202A1 WO 2020104202 A1 WO2020104202 A1 WO 2020104202A1 EP 2019080516 W EP2019080516 W EP 2019080516W WO 2020104202 A1 WO2020104202 A1 WO 2020104202A1
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gas
construction field
flow guide
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PCT/EP2019/080516
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Georg Fey
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AMCM GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a flow system for flowing a construction field of a manufacturing device for additive manufacturing of three-dimensional components, a flow arrangement with such a flow system, a
  • Manufacturing device for additive manufacturing of three-dimensional components and a manufacturing method for additive manufacturing of three-dimensional components.
  • Additive manufacturing devices and associated manufacturing processes are generally characterized in that objects (components) are produced layer by layer by solidifying an informal construction material.
  • the solidification can be brought about by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation, for example during laser sintering (“SLS” or “DMLS”), laser melting or electron beam melting.
  • SLS laser sintering
  • laser melting the area of action of the laser beam (laser spot) on a layer of the build material is moved over those points of the layer that correspond to the component cross section of the component to be manufactured in this layer.
  • a thin layer of a powdery building material is repeatedly applied and the building material in each layer is selectively solidified locally by selective irradiation with a laser beam.
  • the applied building material can also be selectively solidified by 3D printing, for example by applying an adhesive or Binder.
  • Appropriate devices and methods are used, for example, in so-called rapid prototyping, rapid tooling or additives
  • the invention relates generally to the additive manufacturing of three-dimensional components by layer-by-layer application and locally selective solidification of a building material within a construction field.
  • Different types of building materials can be used, in particular powders such as metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand and filled and / or mixed powders.
  • the construction fields of such production devices or 3D printers are generally flowed over from one edge to the other edge of the construction field in one direction in order to remove contaminants in the production process, such as spatter, smoke and vapors, by means of a gas.
  • a laminar flow is sought.
  • a laminar flow is said to prevent turbulence, i.e. Vortexes of the overflowing gas, which ideally affect the flat and uniform surface of the powder layer of the construction site. For example, turbulence could lead to the displacement of the powdery building material, that is to say local removal or local accumulation of the powder in the
  • the characteristic key figure for the fluid mechanical description of a flow as laminar or turbulent is the Reynolds number.
  • this indicator depends on the characteristic length of the flow. In the event of a construction site overflowing, this length is a
  • EP 2 862 651 A1 shows a flow device with two gas inlets and outlets arranged on the side of the construction oath on the walls of the process chamber and a gas outlet and inlet arranged centrally above the construction site.
  • the continuous construction field is divided into overlapping irradiation areas, each of which can be irradiated by an irradiation unit assigned to the irradiation area.
  • the construction area below the central gas outlet or inlet is shaded from above by the gas outlet or inlet. This area can only be reached from the side for rays of the radiation units directed obliquely downwards if a sufficient vertical distance of the central gas outlet or inlet from the construction site is maintained.
  • Opposed nozzles of the laser beam for moving the construction field with the laser beam and the application device.
  • the present invention therefore has the task of providing a flow device, a manufacturing device and a corresponding manufacturing method for additive manufacturing, which are particularly suitable for large components, in particular for those components whose construction field has a recess area having.
  • An improved flow guidance over large building plots is to be achieved, in particular over building plots that unite
  • Manufacturing speed can be achieved with high component quality.
  • the flow system comprising:
  • At least one outer flow guide with at least one
  • outer flow guide for arrangement in a construction field outer area, which is arranged in the radial direction outwards outside the construction field, and the central flow guide for arrangement in a, preferably central, construction field recess area which is arranged in the radial direction inward outside the construction field is, are formed, in particular one in at least one in Generate essentially radial flow direction across the construction field gas flow.
  • An idea of the invention is to use the shape of the construction site or the component to be manufactured in order to provide a flow system or a
  • Flow arrangement to be carried out so that the characteristic length of the flow is reduced. This can prevent a transition from a laminar flow to a turbulent flow.
  • the flow path of a flow over the construction field is made as short as possible by means of an inventive flow system or flow arrangement.
  • Such a flow system or arrangement is also of simple construction.
  • the flow system, in particular the central flow guide can be arranged in the immediate vicinity of the construction field, as a result of which an improved flow guide is achieved with regard to the effect.
  • the additive manufacturing of the three-dimensional component takes place in particular by layer-by-layer application in a vertical direction and locally selective solidification of a (shapeless) building material, preferably powder, within the construction field.
  • the vertical direction is in particular (vertical) parallel to a longitudinal axis of the manufacturing device, one being Working plane preferably extends perpendicular to it (horizontally).
  • the longitudinal axis can be understood as an axis of symmetry of the (cylindrical) process chamber of the manufacturing device.
  • the working level and the construction site located therein remain at the same height (in the vertical direction) during the (entire) manufacturing process.
  • Several components can be manufactured in one construction area at the same time.
  • a construction field can be understood to mean a two-dimensional area (2D partial area) of the working plane of the manufacturing device for additive manufacturing, in which the rays of the irradiation units can strike the building material for selective solidification or in which a building container accommodating the component extends, which ( also) contains the (unconsolidated) building material.
  • the area of the construction site can be used for production.
  • the construction site can be understood as the top powder layer (2D surface).
  • the construction area recess can be understood as an area recessed from the construction area that do not reach the beams of the radiation units or over which the building container does not extend.
  • a construction site area can be understood as a three-dimensional area (directly) above the construction site, which has the same extent (cross-sectional area or base area) as the construction site.
  • the construction area recess area does not belong to the construction area.
  • the area of the construction area recess represents a cross-sectional area of the construction area recess area.
  • the construction area recess area can be understood as an area that is at least partially surrounded or enclosed by the construction area area.
  • the construction area recess area can also be designated as a central or inner area (in relation to the construction area area or the construction area).
  • Construction area recess area with the construction area area to the space that surrounds the construction container (and the construction area), both below and above the working level and at the same height as the working level.
  • the space above the working level and to the side of the construction container could be divided into the construction area outside area, the construction area area and the construction area recess area, the construction area being congruent with the base area of the construction area area.
  • the construction site area could be viewed as the gas-filled spatial area (3D space) above the construction site (2D area).
  • the parts of the construction area recess area and the construction area outside area above the working level taken together are the complementary space to the construction area area.
  • the construction field recess area can be connected to the construction field outer region, for example if the construction field has a U-shape.
  • the shape of a construction site or a construction site area that has a construction site recess area within the meaning of the invention could be defined such that the center of gravity of the construction site outside the contours (the edge) or the area of the
  • Construction site is, for example, in the case of an annular or U-shaped
  • the construction field could be defined by an outer (closed) circumferential line and an inner (closed) circumferential line, which in particular delimit a radially extending construction field, the inner circumferential line delimiting the construction field recess (2D surface) from construction field (2D surface).
  • several radiation units are distributed above the construction site or arranged around the construction site. In particular, they are
  • Irradiation units designed to irradiate the construction site simultaneously.
  • the construction site can be divided into segments, e.g. Circle segments or ring segments, can be subdivided, wherein each segment can be assigned an irradiation unit.
  • the flow according to the invention can also be used to overflow a
  • Coupling window and / or one or more radiation units can be used.
  • a radial direction can run from the central flow guide to the outer flow guide, or vice versa.
  • the runs preferentially
  • the gas flow can be away from a center of the construction field (on both sides), i.e. from the center outwards and inwards, or (from both sides) to the center of the construction site, i.e. from outside and inside to the middle.
  • the outer and central flow guides can be separated from each other, i.e. in particular not (directly) structurally connected to one another.
  • the outer and / or central flow guidance is stationary (immobile), i.e. especially immovable relative to the construction site.
  • a flow guide can comprise a channel, a line, or a channel or line section.
  • a flow opening can (depending on
  • Flow direction have the function of an outlet opening or inlet opening for gas.
  • a gas discharge can be used as an outlet opening for gas from a
  • Process chamber may be provided.
  • the construction area Due to the arrangement of the central flow guidance in a construction area recess area which does not belong to the construction area area and therefore does not have to be supplied with current during production, such as the inner area of an annular construction area area, on the one hand, the construction area is separated from the
  • Flow can be reached over the construction site. This will cause turbulence in the Avoid application material in the construction field, maintain a uniform layer thickness of the application material and thus enable a manufacturing process for high component quality at high production speed, especially for relatively large components.
  • Flow guidance and the central flow guidance designed for arrangement above the construction field.
  • the flow openings of the flow guides can be arranged directly above the construction field, whereby an improved flow guide can be achieved with regard to the effect.
  • the outer flow guidance and / or the central flow guidance in or below the level of the construction field
  • flow openings of the outer flow guide could be oriented upwards in order to draw off gas downwards.
  • Circumferential direction of the construction field immovable arrangement is formed.
  • the outer and / or inner central flow guidance is immovable relative to the construction field, i.e. stationary, arranged.
  • the outer and / or the central flow guide in the circumferential direction, preferably in the circumferential direction and in the radial direction, of the construction field are designed to be immovable or attached, preferably along the entire circumferential direction.
  • the circumferential direction can be understood to mean a boundary line (contour) of the construction field, in particular the course of the inner wall of the container or the
  • the outer flow guide and / or the central flow guide are not to be carried along with a
  • Irradiation zone of the construction site i.e. the flow guides are in particular not with the coater and / or one
  • Irradiation unit carried. This makes it possible to dispense with complex control, in particular coordination of the movement of the irradiation units with the movement of the flow guides. Collisions between different flow paths are excluded.
  • the outer contours of a housing are the central flow guide, in particular the orientation of the at least one flow opening adapted to contours of the construction field delimiting the construction field recess area.
  • the shape of the construction field recess follows the contour (contour line) of the construction field or conforms to these contours.
  • the shape of the construction field recess corresponds in particular to the shape of the inner wall of the container or the outer wall of the container.
  • the flow openings (at locations along the circumferential direction) are preferably oriented at least substantially perpendicular to the contours (contour line) of the construction field. In particular, the flow openings are aligned in the radial direction.
  • the construction site is shaped such that the center of gravity of the construction site outside the contours of the
  • the center of gravity of the construction site is in particular outside the area of the construction site, preferably within the (central) construction site recess area.
  • the arrangement of the central flow guide in the construction field recess area can significantly shorten the flow path over the construction field, i.e. in particular between the central flow guide and the outer flow guide.
  • Flow guidance and / or the central flow guidance each have at least one, preferably radially oriented, flow guiding element for influencing the flow direction of the gas flow over the construction field.
  • flow guiding element for influencing the flow direction of the gas flow over the construction field.
  • Flow guide grid and / or perforated plates are provided. There are preferably a plurality of flow guide elements over the entire circumferential direction of the central one
  • Flow guidance at least one connection opening for connection to the gas discharge or the gas supply and is designed to one
  • Flow guidance can have flow deflection sections, for example at least one curved channel or line section, preferably with a steering angle of approximately 90 °.
  • gas can be supplied to the construction field from above (axially) through the central flow guide and directed to the construction field in the radial direction or upwards (axially) from the radial direction via the construction field be dissipated.
  • the supply or discharge of gas from or upwards through the central flow guide arranged in the construction area recess area does not produce any shading of the construction field and enables the irradiation units to have unrestricted irradiation of the construction field.
  • Flow guide and / or the outer flow guide each have a plurality of openable and closable flow openings, in particular openable and closable nozzles with flow openings, wherein flow openings assigned to a specific radial segment of the construction field can preferably be opened and closed.
  • a radial segment can be understood to mean a partial area of the construction field extending in the radial direction of the construction field, in particular a circular sector or a sector over a specific one
  • Flow opening of the central flow guide can be connected to the gas supply and at least one flow opening of the outer flow guide can be connected to the gas discharge, in particular one which runs essentially outward in a radial flow direction over the construction field
  • Gas flow can be generated.
  • the flow opening of the central flow guide can be connected to the gas discharge, so that an essentially radial flow occurs from the outside through the construction field to the inside.
  • gas is preferably blown in via the central flow guide and via the outer flow guide
  • a first flow opening of the central flow guide can be connected to the gas supply and a second flow opening of the central flow guide can be connected to the gas discharge and / or a first flow opening of the outer flow guide can be connected to the gas supply and a second
  • Flow opening of the outer flow guide can be connected to the gas discharge.
  • the respective flow openings of a central and / or outer flow guide are arranged one above the other.
  • gas is supplied from above in a central region of the construction field and flows to both radial sides (inwards and outwards) or is suctioned off from both radial sides.
  • gas is supplied on both radial sides (from the inside and outside) and flows upward in a central region of the construction field. In this way, the flow path in a flow direction above the construction field can be further reduced.
  • the flow system according to the invention can also be applied to the flow arrangement or can be implemented by a corresponding arrangement of the flow system.
  • Flow arrangement is a vertical distance between the construction field and a flow opening, in particular a central axis of one
  • Flow opening less than an opening height, preferably less than half an opening height, more preferably less than a quarter of the
  • Flow openings can be designed as (elongated) flow slots or round flow openings, in particular as nozzle openings. Through the smallest possible (vertical) distance between the flow openings and the construction field, an overflow as close as possible to the construction field and thus an effective removal of impurities.
  • a flow system or a flow arrangement which have an outer flow guide with at least one flow opening and a central flow guide with at least one flow opening, for flow flow through a, in particular annular, construction field of a manufacturing device for additive production of three-dimensional components, especially through
  • Streaming arrangement used to be one in at least one essentially to produce a radial flow direction across the construction field.
  • Manufacturing device for additive manufacturing of three-dimensional components by layer-by-layer application and locally selective solidification of a building material by means of a plurality of radiation units, comprising:
  • At least one gas supply for supplying gas to the
  • Construction material and at least one component to be manufactured the, in particular annular, construction container at least partially surrounding a, preferably central, container recess,
  • a, in particular annular, construction field that can be used to manufacture the component is provided above the construction container, which extends in a radial direction and delimits a, preferably central, construction field recess that cannot be used to manufacture the component,
  • a, preferably central, construction field recess area which is arranged in the radial direction inwards outside the construction field, corresponds to a cross-sectional area of the container recess;
  • outer flow guide in a construction field outer area which is arranged in the radial direction outward of the construction field, and the central flow guide are arranged in the construction oath recess area, in particular one in at least one in
  • a cross-sectional area of the container recess lies in particular in a (horizontal) cross-sectional plane through the building container, which preferably runs parallel to or coincides with the working plane of the manufacturing device.
  • the construction site area extends above the construction site, the construction site recess area extending above the
  • Container recess (and the container inner wall) extends, In particular the volume of the container recess complements the volume of the receiving area
  • a manufacturing device comprises in particular a
  • Flow arrangement can be implemented in the manufacturing device according to the invention.
  • the construction container is shaped such that the center of gravity of a cross-sectional area of the
  • the center of gravity of the receiving area of the container is preferably in the
  • Irradiation units is not irradiated, is a radial gas flow over the Construction site accessible, which requires only a relatively short flow path compared to flow through the entire construction site from one side to the other.
  • the receiving area of the construction container has an annular, ring-segment-shaped, kidney-shaped, egg-shaped, L-shaped or rectangular frame-shaped cross-sectional area, the cross-sectional areas of the container recess, in particular, being different
  • the receiving area can in particular be circular, but can also be oval or elliptical in shape.
  • the construction container has an outer container wall and a container wall surrounding the container recess
  • Container inner wall wherein the container inner wall has in particular curved and / or straight wall sections, and is preferably designed as a hollow cylinder.
  • Annular components are, for example, in an annular building container with a cylindrical (inner or central)
  • Container recess added.
  • the inner wall of the container defines in particular the inner contours of the construction site.
  • the container recess (or the
  • Building container can have a rectangular, square, elliptical, oval, circular, or similar cross-section.
  • the inner wall of the container preferably has a small wall thickness (in comparison to the radial dimension of the construction field) and is in particular adapted to the shape of the outer wall of the construction container, which it delimits (towards the inside).
  • the construction field has an inner diameter of at least 0.2 m, preferably of at least 0.3 m, more preferably between 0.3 m and 1.4 m, with a radial dimension of the construction field in particular at least 0.02 m, preferably at least 0.05 m, more preferably maximum 0.7m.
  • the radial dimension can be defined as a distance between the
  • Container inner wall and the outer container wall are understood.
  • Container cutout can be, for example, a diameter or a
  • the invention Manufacturing device is used in particular for large components that can be manufactured in a construction container of the dimensions mentioned.
  • Flow guidance interchangeable in particular at least one holder for the central flow guidance being provided on a process chamber wall.
  • the holder can be connected to the process chamber wall and / or the central flow guide in a form-fitting manner, such as via a snap, clamp or bayonet lock connection, or via a screw connection.
  • the central flow guide can in particular have a housing which can be fastened to the holder.
  • the holder can be connected to the gas discharge and / or gas supply in a gas-conducting manner, the holder in particular having at least one first connection opening for connection to the gas discharge and / or the gas supply and at least a second
  • connection opening for connection to the connection opening of the central flow guide.
  • the holder can have a gas discharge and / or supply section (channel section), preferably one
  • Interchangeability of the central flow guide, the flow system or the flow arrangement for the production of a specific component, in particular to the building container receiving the component can be matched, for example for components of different inside and / or outside diameters.
  • the central one can be used for different external diameters of components
  • Manufacturing method for additive manufacturing of three-dimensional components by layer-by-layer application and locally selective solidification of a building material within a construction field by means of a plurality of radiation units comprising the following steps: a) supplying gas via a gas supply into a process chamber of a manufacturing device for the additive manufacturing of three-dimensional components, in particular one manufacturing device according to the invention; b) flow through the construction field, in particular through a flow system according to the invention or through a flow system according to the invention
  • At least one flow opening of at least one outer flow guide which is outside the construction field in a construction field outer region, which is arranged in the radial direction outwards outside the construction field
  • the production method according to the invention has similar advantages as have already been described in connection with the flow system according to the invention, the flow arrangement and the production device.
  • the manufacturing process is particularly easy to carry out and achieves high component quality.
  • Figure 1A is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 1B shows the embodiment of Figure 1A in a plan view of the section YY;
  • Figure 2A is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 2B shows the embodiment of Figure 2A in a plan view of the
  • Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 4 is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 5 is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 6 is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 7 is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 8 is a schematic representation of an embodiment of the
  • FIG. 1A shows a manufacturing device 1 according to the invention for additive
  • Process chamber 10 Below the process chamber 10 there is an upwardly open construction container 20 with a container wall 23, in which a component 2 is built up in layers.
  • the container wall 23 includes one
  • a construction field 30 is defined through the upper opening of the construction container 20 and can be used for the additive manufacturing of a three-dimensional component 2.
  • a carrier 71 which can be moved in a vertical direction B by means of an adjusting mechanism 70 and which forms the bottom of the building container 20 and carries the component 2.
  • the coater 50 for applying the building material is arranged above the construction field 30 and is controllably movable. In the present exemplary embodiment, the coater 50 can be moved in the circumferential direction over the construction field 30 in order to produce an annular component 2.
  • the carrier 71 is first lowered to a height which corresponds to the thickness of the layer to be applied.
  • a layer of the powdery building material is then applied.
  • the powdery building material is applied at least over the entire cross section of the component 2 to be produced, preferably over the entire area of the building field 30
  • Irradiation units 60 include lasers that are laser beams
  • the irradiation units 60 can be controlled in such a way that they irradiate the construction site 30 in such a way that layers within the construction site
  • the applied building material is locally selectively solidified so that the desired structure of component 2 is formed.
  • the construction site 30 remains at a fixed same level in a working plane during the manufacturing process.
  • the building material melts locally, thereby contaminating the
  • Process atmosphere e.g. Splashes, smoke or condensate can arise.
  • gas process gas
  • impurities can be removed from the construction site 30 on the one hand.
  • oxidation of the building material at the process point can be largely prevented.
  • Process chamber 10 (horizontal) over the construction field 30 comprises the
  • Manufacturing device 1 a gas supply 12 and a gas discharge 11, each with an outer flow guide 41 and a central one
  • Flow guide 42 of an inventive flow system 40 or an inventive flow arrangement are connected.
  • the outer and central flow guides 41, 42 have flow openings 43, 43a, 43b and 44, 44a, 44b, which can each serve as a gas outlet or gas inlet.
  • the gas drawn off from the process chamber 10 via the gas discharge 11 can be supplied in a filter device (not shown) and can be returned to the process chamber 10 via the gas supply 12, thereby forming a circulating air system with a closed gas circuit.
  • the central flow guide 42 is fastened to the process chamber wall 14 via the holder 13, here on the upper side of the process chamber 10.
  • the outer flow guide 41 is arranged in the construction area outer area 33 and the central flow guide 42 in the construction area recess area 31.
  • the construction site outer area 33 is located outside of the construction site 30 in the radial direction R to the outside of the construction site 30 or the construction site area 32 lying congruently above the construction site 30.
  • the construction site recess area likewise lying outside (in the radial direction R inward) of the construction site 30 31 is delimited from the construction site area 32, the construction site recess area 31 being enclosed by the construction site area 32.
  • the geometry of the construction field recess area 31 is ultimately predetermined by the geometry of the container recess 21 of the construction container 20.
  • the construction area 30 is not shaded and can be covered by the Irradiation units 60 are irradiated unhindered.
  • the central flow guide 42 can thereby be positioned at a very small vertical distance from the construction site 30, in particular in the immediate vicinity, preferably immediately above, the working level. As a result, the gas flow is guided as close as possible over the construction field 30 and can effectively remove process exhaust gases.
  • An essential advantage of the arrangement of the central flow guide 42 according to the invention is that a radial gas flow can be generated via the construction field 30 and the flow path of the gas flow via the construction field 30 is thereby reduced, in particular in comparison to a flow which is customary from the prior art in a uniform manner Direction from one side of the construction site to the other. It can thereby be achieved that the flow remains laminar even with large components 2 and does not become turbulent.
  • the flow guide elements 45, 46 of the outer flow guide 41 and the central flow guide 42 are visible, the component 2 not being shown.
  • the flow guide elements 46 are designed as radial lamellae which conduct gas in the radial direction R over the construction field 30.
  • the flow guide elements 45 are also aligned in the radial direction R.
  • the flow guide elements 45, 46 can be designed to divert an axial flow into a radial flow, or vice versa. Alternatively, the flow guiding elements 45,
  • Flow openings 43, 44 are arranged uniformly distributed over the circumference of the manufacturing device 1 and can be openable and closable. By closing the flow openings 43, 44, a certain radial segment of the construction field 30 can (temporarily) be excluded from the flow, for example when no radiation of this radial sector is currently taking place. In this way, a larger gas flow can be provided for the remaining radial segments with open flow openings 43, 44.
  • Flow openings 43, 44 can be opened and closed, for example, via controllable flaps or adjustable slats.
  • FIG. 2A functions essentially the same as the embodiment according to FIG. 1A.
  • the construction site outside area 33, the Construction area area 32 and construction area recess area 31 are schematically indicated in FIG. 2A by dashed lines. Beams of the irradiation units 60 that strike the construction site 30 are also shown.
  • the component 2 is shown in the construction container 20 on the carrier 71 in an intermediate production state in which a multiplicity of applied layers has already been solidified and the component 2 is surrounded by construction material which has not yet been solidified.
  • the ring-shaped component 2 is already largely finished and has, for example, a Z-shaped cross section.
  • the vertical direction B is drawn vertically upwards.
  • the process chamber 10 has a process chamber wall 14 on the outer
  • Flow guides 41 are arranged, which can be connected in a gas-conducting manner via connection openings 47 to gas feeds 12 or gas discharges 11. Via a connection opening 48 in a cover of the process chamber 10, the housing 49 of the central flow guide 42 can be connected in a gas-conducting manner to a gas discharge 11 or a gas feed 12. It is possible to supply gas to the construction field via the central flow guide 42 and to discharge it via the outer flow guide 41, or vice versa (see FIGS. 3 to 6). It is also possible to supply and remove gas via the central flow guide 42 and / or to supply and remove gas via the outer flow guide 41 (see FIGS. 7 and 8),
  • Outer and central flow guides 41, 42 are immovably arranged in the circumferential direction U and radial direction R of the construction site 30, i.e. stationary. 2B shows the radial direction R, which runs from the inside to the outside, or vice versa, in particular at any point perpendicular to the
  • Contours of the construction site 30 Contours of the construction site 30.
  • the contours of the construction site 30 here are an inner and an outer circle which delimit the ring-shaped construction site 30.
  • the circumferential direction U runs around the building site 30.
  • the construction field 30 consists of a first (outer) radial region 30a and an (inner) radial region 30b.
  • FIG. 3 to 8 show schematic representations of various
  • each gas in at least one radial direction flows over the construction site 30.
  • the respective flow directions are illustrated by arrows.
  • FIGS. 3 to 6 each show gas flows in one of the two radial flow directions S1, S2.
  • gas is supplied via the central flow guide 42 and discharged via the outer flow guide 41.
  • the gas flow is directed outward over the construction field 30 in the radial flow direction S1.
  • gas is supplied via the outer flow guides 41 and via the central one
  • the gas flow is directed inward over the construction field 30 in the radial flow direction $ 2.
  • the outer flow guide 41 is designed to deflect the gas flow from the radial to the axial direction, or vice versa.
  • process gas is blown in through the central flow guide in 42 and extracted through the outer flow guides 41 (see FIGS. 3 and 5).
  • the construction area area 32 located above the construction area 30 is delimited from the construction area recess area 31 and the construction area outer area 33, as shown by dashed lines.
  • the flow guides 41, 42 are each connected to a gas discharge 11 and a gas feed 12, the
  • Flow openings 43a, 43b and 44a, 44b are arranged one above the other in height. This creates oppositely circulating flows over the construction site 30.
  • the flow openings 43b and 44b are connected to the gas supply 12 and the flow openings 43a and 44a are connected to the gas discharge 11.
  • the gas flow in a first (outer) radial region 30a of construction field 30, the gas flow is directed outward in a radial flow direction S1, while in a second (inner) radial region 30b of construction field 30 it is directed inward in a radial flow direction $ 2 .
  • FIG. 7 in a first (outer) radial region 30a of construction field 30, the gas flow is directed outward in a radial flow direction S1, while in a second (inner) radial region 30b of construction field 30 it is directed inward in a radial flow direction $ 2 .
  • a gas flow is reversed in a first (outer) radial region 30a of the construction field 30 in a radial flow direction S2, while in a second (inner) radial region 30b of the construction field 30 it is directed in a radial flow direction S1 is.
  • the construction field area 32 lying above the construction field 30 is bordered by the
  • Construction area recess area 31 and the construction area outer area 33 as indicated by dashed lines. Reference list:

Abstract

Ein Beströmungssystem (40) und eine Beströmungsanordnung zur Beströmung eines Baufelds (30) einer Herstellvorrichtung (1) zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds (30) mittels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten. Offenbart ist auch eine entsprechende Herstellvorrichtung und ein Herstellungsverfahren. Das Beströmungssystem umfasst eine äußere Strömungsführung (41) und eine zentrale Strömungsführung (42), wobei eine erste Beströmungsöffnung (43, 44) mit einer Gasabführung (11) zum Abführen von Gas aus einer Prozesskammer (10) der Herstellvorrichtung (1) und eine zweite Beströmungsöffnung (44, 43) mit einer Gaszuführung (12) zum Zuführen von Gas in die Prozesskammer (10) gasleitend verbindbar sind, wobei die äußere Strömungsführung (41) und die zentrale Strömungsführung (42) zur Anordnung außerhalb eines zur Fertigung des Bauteils (2) nutzbaren Baufelds (30) ausgebildet sind, wobei sich das, insbesondere ringförmige, Baufeld (30) in einer radialen Richtung (R) erstreckt und sich von einer Baufeldaussparung abgrenzt, wobei die äußere Strömungsführung (41) zur Anordnung in einem Baufeld- Außenbereich (33), der in radialer Richtung (R) nach außen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, und die zentrale Strömungsführung (42) zur Anordnung in einem Baufeld-Aussparungsbereich (31), der in radialer Richtung (R) nach innen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, ausgebildet sind, um insbesondere eine in radialer Strömungsrichtung (Sl, S2) über das Baufeld (30) verlaufende Gasströmung zu erzeugen.

Description

Radiale Strömung über ein Baufeld
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Beströmungssystem zur Beströmung eines Baufelds einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, eine Beströmungsanordnung mit einem solchen Beströmungssystem, eine
Hersteilvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile und ein Herstellungsverfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile.
Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Herstellungsverfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass Objekte (Bauteile) durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlung desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, zum Beispiel beim Lasersintern („SLS" oder„DMLS"), Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen, herbeigeführt werden. Beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird der Einwirkbereich des Laserstrahls (Laserfleck) auf eine Schicht des Aufbaumaterials über jene Stellen der Schicht bewegt, die dem Bauteilquerschnitt des herzustellenden Bauteils in dieser Schicht entsprechen. Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen mit einem Laserstrahl örtlich selektiv verfestigt. Anstelle des Einbringens von Wärmeenergie kann das aufgetragene Aufbaumaterial auch durch 3D-Drucken selektiv verfestigt werden, beispielsweise durch Aufbringen eines Klebers bzw. Bindemittels. Entsprechend arbeitende Vorrichtungen und Verfahren werden beispielsweise beim sog. Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Additive
Manufacturing verwendet. Häufig werden, vor allem zur Bestrahlung größerer Baufelder für entsprechend große Bauteile, mehrere Bestrahlungseinheiten eingesetzt.
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die additive Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds. Es können verschiedene Arten von Aufbaumaterialien eingesetzt werden, insbesondere Pulver wie zum Beispiel Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand sowie gefüllte und/oder gemischte Pulver.
Üblicherweise werden die Baufelder solcher Herstellungsvorrichtungen bzw. 3D- Drucker insgesamt von einem Rand zum anderen Rand des Baufelds in einer Richtung überströmt, um Verunreinigungen des Fertigungsprozesses wie Spratzer, Rauch und Dämpfe mittels eines Gases abzuführen. Dabei wird eine laminare Strömung angestrebt. Eine laminare Strömung soll verhindern, dass Turbulenz, d.h. Wirbel des überströmenden Gases, die idealerweise ebene und gleichmäßige Oberfläche der Pulverschicht des Baufelds beeinträchtigen. Beispielsweise könnten Verwirbelungen zur Verlagerung des pulvrigen Aufbaumaterials führen, also zu einem lokalen Abtrag oder einer lokalen Anhäufung des Pulvers im
Baufeld. Dies würde den Aufbauprozess beeinträchtigen, der auf dem Aufbau gleichmäßiger Schichten basiert.
Die charakteristische Kennzahl für die strömungsmechanische Beschreibung einer Strömung als laminar oder turbulent ist die Reynolds-Zahl. Neben der
Strömungsgeschwindigkeit, der Dichte und der Viskosität des strömenden Fluids (Gases), hängt diese Kennzahl von der charakteristischen Länge der Strömung ab. Im Fall der Überströmung eines Baufelds ist diese Länge durch eine
Abmessung des Baufelds gegeben. Bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit kann eine Strömung, die bei einem kleinen Baufeld laminar wäre, bei einem größeren Baufeld in eine turbulente Strömung Umschlägen. Bei der additiven Fertigung großer Bauteile besteht deshalb das Problem, dass die Überströmung des gesamten Baufelds in einer Richtung nur bis zu einer bestimmten Größe des Baufelds bzw. des Bauteils möglich ist, ohne dass die Strömung turbulent wird. Eine Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit würde sich negativ auf die abführbare Menge von Verunreinigungen somit auf die erreichbare Prozessgeschwindigkeit auswirken.
Die EP 2 862 651 Al zeigt eine Beströmungseinrichtung mit zwei seitlich vom Baufeid an Wänden der Prozesskammer angeordneten Gasein- bzw. -auslässen und einem über dem Baufeld zentral angeordneten Gasaus- bzw. -einlass. Das durchgängige Baufeld ist in sich überlappende Bestrahlungsbereiche aufgeteilt, die jeweils durch eine dem Bestrahlungsbereich zugeordneten Bestrahlungseinheit bestrahlt werden können. Der Baufeldbereich unterhalb des zentralen Gasaus- bzw. -einlasses ist durch den Gasaus- bzw. -einlasses von oben abgeschattet. Nur wenn ein ausreichender vertikaler Abstand des zentralen Gasaus- bzw. -einlasses vom Baufeld einhalten wird, ist dieser Bereich für schräg nach unten gerichtete Strahlen der Bestrahlungseinheiten von der Seite her erreichbar.
In der DE 10 2016 209 933 Al werden sich bezüglich des auftreffenden
Laserstrahls gegenüberliegende Düsen zur Beströmung des Baufelds mit dem Laserstrahl und der Auftragseinrichtung mitbewegt.
In der DE 10 2014 218 639 Al werden zur Beströmung des Baufelds Einström- und Ausströmöffnungen für das Gas zusammen mit der Bestrahlungseinrichtung über das Baufeld bewegt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen haben den Nachteil, dass sie keine optimale Strömungsführung, insbesondere nicht im geringstmöglichen Abstand über dem Baufeld, zulassen und/oder eine komplizierte Steuerung der bewegten Beströmungseinrichtung und der Bestrahlungseinheiten erfordern. Die erreichbaren Fertigungsgeschwindigkeiten sind dadurch begrenzt, insbesondere für große Bauteile, die in entsprechend großen Baufeldern gefertigt werden. Für Beströmungeinrichtungen, die in unmittelbarer Nähe der Bestrahlungseinheiten angeordnet bzw. mit diesen gekoppelt sind, besteht bei der Verwendung mehrerer Bestrahlungseinheiten zudem die Gefahr der gegenseitigen Behinderung während des Fertigungsprozesses.
Die vorliegende Erfindung hat deshalb die Aufgabe, eine Beströmungsvorrichtung, eine Herstellvorrichtung sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur additiven Fertigung bereitzustellen, die insbesondere für große Bauteile geeignet sind, insbesondere für solche Bauteile, deren Baufeld einen Aussparungsbereich aufweist. Es soll eine verbesserte Strömungsführung über große Baufelder erreicht werden, insbesondere über solche Baufelder, die einen
Aussparungsbereich aufweisen. Insbesondere soll eine möglichst hohe
Fertigungsgeschwindigkeit bei hoher Bauteilqualität erzielt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beströmungssystem nach Anspruch 1, eine Beströmungsanordnung nach Anspruch 11, eine Herstellvorrichtung nach
Anspruch 13 und ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 18.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Beströmungssystem zur
Beströmung eines Baufelds einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds mitels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten, wobei das Beströmungssystem umfasst:
- mindestens eine äußere Strömungsführung mit mindestens einer
Beströmungsöffnung und
- mindestens eine zentrale Strömungsführung mit mindestens einer
Beströmungsöffnung,
wobei mindestens eine erste Beströmungsöffnung mit einer Gasabführung zum Abführen von Gas aus einer Prozesskammer der Herstellvorrichtung und mindestens eine zweite Beströmungsöffnung mit einer Gaszuführung zum Zuführen von Gas in die Prozesskammer gasleitend verbindbar sind, wobei die äußere Strömungsführung und die zentrale Strömungsführung zur Anordnung außerhalb eines zur Fertigung des Bauteils nutzbaren Baufelds ausgebildet sind,
wobei sich das, insbesondere ringförmige, Baufeld in einer radialen Richtung erstreckt und sich von einer, vorzugsweise zentralen,
Baufeldaussparung abgrenzt, die nicht zur Fertigung des Bauteils nutzbar ist,
wobei die äußere Strömungsführung zur Anordnung in einem Baufeld- Außenbereich, der in radialer Richtung nach außen außerhalb des Baufelds angeordnet ist, und die zentrale Strömungsführung zur Anordnung in einem, vorzugsweise zentralen, Baufeld-Aussparungsbereich, der in radialer Richtung nach innen außerhalb des Baufelds angeordnet ist, ausgebildet sind, um insbesondere eine in mindestens einer im Wesentlichen radialen Strömungsrichtung über das Baufeld verlaufende Gasströmung zu erzeugen.
Eine Idee der Erfindung ist es, die Form des Baufeldes bzw. des zu fertigenden Bauteils auszunutzen, um ein Beströmungssystem bzw, eine
Beströmungsanordnung so auszuführen, dass die charakteristische Länge der Strömung reduziert wird. Dadurch kann ein Übergang von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung verhindert werden. Insbesondere wird durch ein erfindungsgemäßes Beströmungssystem bzw, eine erfindungsgemäße Beströmungsanordnung der Strömungsweg einer Strömung über das Baufeld möglichst kurz. Ein solche/s Beströmungssystem bzw. -anordnung ist zudem einfach aufgebaut. Außerdem kann das Beströmungssystem, insbesondere die zentrale Strömungsführung, in unmittelbarer Nähe des Baufelds angeordnet werden, wodurch eine im Hinblick auf die Wirkung verbesserte Strömungsführung erreicht wird.
Die additive Fertigung des dreidimensionalen Bauteils erfolgt insbesondere durch schichtweises Aufbringen in einer vertikalen Richtung und örtlich selektives Verfestigen eines (formlosen) Aufbaumaterials, vorzugsweise Pulvers, innerhalb des Baufelds, Die vertikale Richtung verläuft insbesondere (vertikal) parallel zu einer Längsachse der Herstellvorrichtung, wobei sich eine Arbeitsebene vorzugsweise senkrecht dazu (horizontal) erstreckt. Die Längsachse kann als eine Symmetrieachse der (zylindrischen) Prozesskammer der Herstellvorrichtung verstanden werden. Insbesondere bleiben die Arbeitsebene und das darin liegende Baufeld während des (gesamten) Fertigungsprozesses in derselben Höhe (in der vertikalen Richtung). In einem Baufeld können mehrere Bauteile gleichzeitig gefertigt werden.
Unter einem Baufeld kann ein zweidimensionaler Bereich (2D-Teilbereich) der Arbeitsebene der Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung verstanden werden, in dem die Strahlen der Bestrahlungseinheiten zur selektiven Verfestigung auf das Aufbaumaterial auftreffen können bzw. in dem sich ein das Bauteil aufnehmender Baubehälter erstreckt, der (auch) das (unverfestigte) Aufbaumaterial enthält. Insofern ist die Fläche des Baufelds für die Fertigung nutzbar. Insbesondere kann das Baufeld als die oberste Pulverschicht (2D-Oberfläche) verstanden werden. Die Baufeldaussparung kann als eine vom Baufeld ausgesparte Fläche verstanden werden, die die Strahlen der Bestrahlungseinheiten nicht erreichen bzw. über die sich der Baubehälter nicht erstreckt.
Ein Baufeldbereich kann als ein dreidimensionaler Bereich (unmittelbar) oberhalb des Baufeldes verstanden werden, der dieselbe Ausdehnung (Querschnittsfläche bzw, Grundfläche) wie das Baufeld hat. Der Baufeld-Aussparungsbereich gehört insbesondere nicht zum Baufeldbereich. Insbesondere stellt die Fläche der Baufeldaussparung eine Querschnittsfläche des Baufeld-Aussparungsbereichs dar. Der Baufeld-Aussparungsbereich kann als ein vom Baufeldbereich zumindest teilweise umgebener bzw, umschlossener Bereich verstanden werden. Insofern kann der Baufeld-Aussparungsbereich auch ein zentraler bzw. innerer Bereich (bezogen auf den Baufeldbereich bzw. das Baufeld) bezeichnet werden.
Insbesondere ergänzen sich der (radial außen außerhalb des Baufeldbereichs liegende) Baufeld-Außenbereich und der (radial innen außerhalb des
Baufeldbereichs liegende) Baufeld-Aussparungsbereich mit dem Baufeldbereich zu dem Raum, der den Baubehälter (und das Baufeld) umgibt und zwar sowohl unterhalb als auch oberhalb der Arbeitsebene sowie auf gleicher Höhe wie die Arbeitsebene. Anders ausgedrückt könnte der Raum oberhalb der Arbeitsebene und seitlich des Baubehälters in den Baufeld-Außenbereich, den Baufeldbereich und den Baufeld-Aussparungsbereich zerlegt werden, wobei das Baufeld deckungsgleich mit der Grundfläche des Baufeldbereichs ist. Der Baufeldbereich könnte als der gasgefüllte räumliche Bereich (3D-Raum) oberhalb des Baufeldes (2D-Fläche) angesehen werden. Insofern sind die Teile des Baufeld- Aussparungsbereichs und des Baufeld-Außenbereichs oberhalb der Arbeitsebene zusammengenommen der komplementäre Raum zum Baufeldbereich. Der Baufeld- Aussparungsbereich kann mit dem Baufeld-Außenbereich verbunden sein, zum Beispiel falls das Baufeld eine U-Form hat. Insbesondere könnte die Form eines Baufeldes bzw. eines Baufeldbereichs, der einen Baufeld-Aussparungsbereich im Sinne der Erfindung aufweist, so definiert werden, dass der Flächenschwerpunkt des Baufeldes außerhalb der Konturen (des Randes) bzw. der Fläche des
Baufeldes liegt, zum Beispiel im Fall eines ringförmigen oder U-förmigen
Baufeldes. Spezieller könnte das Baufeld durch eine äußere (geschlossene) Umfangslinie und eine innere (geschlossene) Umfangslinie definiert werden, die insbesondere ein sich radial erstreckendes Baufeld begrenzen, wobei die innere Umfangslinie die Baufeldaussparung (2D-Fläche) von Baufeld (2D-Fläche) abgrenzt. Insbesondere sind mehrere Bestrahlungseinheiten oberhalb des Baufelds verteilt bzw. um das Baufeld herum angeordnet. Insbesondere sind die
Bestrahlungseinheiten dazu ausgebildet, das Baufeld gleichzeitig zu bestrahlen. Das Baufeld kann in Segmente, z.B. Kreissegmente oder Ringsegmente, unterteilt sein, wobei jedem Segment eine Bestrahlungseinheit zugeordnet sein kann. Die erfindungsgemäße Beströmung kann auch zum Oberströmen eines
Einkoppelfensters und/oder einer oder mehrerer Bestrahlungseinheiten verwendet werden.
Eine radiale Richtung kann von der zentralen Strömungsführung zur äußeren Strömungsführung hin, oder umgekehrt, laufen. Vorzugweise verläuft die
Gaströmung über die (gesamte) Umfangsrichtung des Baufelds bzw. des Bauteils (an jeder Stelle des Umfangs) in radialer Richtung, d.h. insbesondere nach innen oder außen. Die Gasströmung kann von einer Mitte des Baufelds (beidseitig) weg, d.h. von der Mitte nach außen und innen, bzw. (von beiden Seiten) zur Mitte des Baufelds hin, d.h. von außen und innen zur Mitte, verlaufen.
Die äußere und zentrale Strömungsführung können getrennt voneinander, d.h. insbesondere nicht (unmittelbar) baulich miteinander verbunden, vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die äußere und/oder zentrale Strömungsführung stationär (unbeweglich) ausgeführt, d.h. insbesondere unbeweglich relativ zum Baufeld. Eine Strömungsführung kann einen Kanal, eine Leitung, bzw. einen Kanal- oder Leitungsabschnitt umfassen. Eine Beströmungsöffnung kann (je nach
Strömungsrichtung) die Funktion einer Auslassöffnung oder Einlassöfffnung für Gas haben. Eine Gasabführung kann als Auslassöffnung für Gas aus einer
Prozesskammer bzw. eine Gaszuführung als Einlassöffnung für Gas in eine
Prozesskammer vorgesehen sein.
Durch die Anordnung der zentralen Strömungsführung ein einem Baufeld- Aussparungsbereich, der nicht zum Baufeldbereich gehört und deshalb während der Fertigung nicht beströmt werden muss, wie beispielsweise der Innenbereich eines ringförmigen Baufeldbereichs, wird einerseits das Baufeld von der
Strömungsführung nicht abgeschattet und andererseits die zu überströmende Länge (in radialer Richtung) des Baufelds verkürzt, Der Strömungsweg über das Baufeld bzw. durch den Baufeldbereich wird reduziert. Diese Weise kann auch für große Bauteile, die eine (zentrale) Aussparung aufweisen, eine laminare
Strömung über das Baufeld erreicht werden. Dadurch werden Verwirbelungen des Auftragsmaterials im Baufeld vermieden, eine gleichmäßige Schichtdicke des Auftragsmaterials beibehalten und somit ein Fertigungsprozess für eine hohe Bauteilqualität bei hoher Fertigungsgeschwindigkeit ermöglicht, insbesondere auch für relativ große Bauteile.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die äußere
Strömungsführung und die zentrale Strömungsführung zur Anordnung oberhalb des Baufelds ausgebildet. Insbesondere können die Beströmungsöffnungen der Strömungsführungen unmittelbar oberhalb des Baufelds angeordnet werden, wodurch eine im Hinblick auf die Wirkung verbesserte Strömungsführung erreichbar ist. Es ist aber auch möglich die äußere Strömungsführung und/oder die zentrale Strömungsführung in oder unterhalb der Ebene des Baufelds
(Arbeitsebene) anzuordnen. Beispielsweise könnten Beströmungsöffnungen der äußeren Strömungsführung nach oben ausgerichtet sein, um Gas nach unten abzusaugen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind/ist die äußere
Strömungsführung und/oder die zentrale Strömungsführung zur in einer
Umfangsrichtung des Baufelds unbeweglichen Anordnung ausgebildet.
Insbesondere sind die äußere und/oder innere zentrale Strömungsführung relativ zum Baufeld unbeweglich, d.h. stationär, angeordnet. Insbesondere sind äußere und/oder die zentrale Strömungsführung in Umfangsrichtung, vorzugsweise in Umfangsrichtung und in radialer Richtung, des Baufelds unbeweglich ausgeführt bzw. angebracht, vorzugsweise entlang der gesamten Umfangsrichtung. Unter der Umfangsrichtung kann eine Begrenzungslinie (Kontur) des Baufelds verstanden werden, die insbesondere dem Verlauf der Behälterinnenwand bzw. der
Behälteraußenwand entspricht. Insbesondere sind die äußere Strömungsführung und/oder die zentrale Strömungsführung nicht zur Mitführung mit einer
Bestrahlungszone des Baufeldes ausgebildet, d.h. die Strömungsführungen werden insbesondere nicht mit dem Beschichter und/oder einer
Bestrahlungseinheit mitgeführt. Dadurch kann auf eine aufwändige Steuerung, insbesondere auf eine Abstimmung der Bewegung der Bestrahlungseinheiten mit der Bewegung der Strömungsführungen verzichtet werden. Kollisionen von verschiedenen Strömungsführungen miteinander sind ausgeschlossen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Außenkonturen eines Gehäuses der zentralen Strömungsführung, insbesondere die Ausrichtung der mindestens einen Beströmungsöffnung, an den Baufeld-Aussparungsbereich abgrenzende Konturen des Baufeldes angepasst. Insbesondere folgt die Form der Baufeld-Aussparung der Kontur (Konturlinie) des Baufelds bzw. schmiegt sich an diese Konturen an. Die Form der Baufeld-Aussparung entspricht insbesondere der Form der Behälterinnenwand bzw, der Behälteraußenwand, Vorzugsweise sind die Beströmungsöffnungen (an Stellen entlang der Umfangsrichtung) zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Konturen (Konturlinie) des Baufeldes ausgerichtet. Insbesondere sind die Beströmungsöffnungen in radialer Richtung ausgerichtet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Baufeld derart geformt, dass der Flächenschwerpunkt des Baufeldes außerhalb der Konturen des
Baufeldes liegt. Der Flächenschwerpunkt des Baufelds liegt insbesondere außerhalb der Fläche des Baufelds, vorzugsweise innerhalb des (zentralen) Baufeld-Aussparungsbereichs. Für ein derart geformtes Baufeld kann durch die Anordnung der zentralen Strömungsführung im Baufeld-Aussparungsbereich eine signifikante Verkürzung des Strömungswegs über das Baufeld, d.h. insbesondere zwischen der zentralen Strömungsführung und der äußeren Strömungsführung, erreicht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die äußere
Strömungsführung und/oder die zentrale Strömungsführung jeweils mindestens ein, vorzugsweise radial ausgerichtetes, Strömungsleitelement zur Beeinflussung der Strömungsrichtung der Gasströmung über das Baufeld auf. Insbesondere sind mehrere über die Umfangsrichtung des Baufeldes verteilte Radiallamellen,
Strömungsleitgitter und/oder Lochbleche vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere Strömungsleitelemente über die gesamte Umfangsrichtung der zentralen
Strömungsführung (gleichmäßig) verteilt angeordnet. Dadurch wird die radiale Strömungsrichtung der Gasströmung über das Baufeld vorgegeben.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die zentrale
Strömungsführung mindestens eine Anschlussöffnung zur Verbindung mit der Gasabführung oder der Gaszuführung auf und ist dazu ausgebildet, eine
Gasströmung zwischen der Anschlussöffnung und der mindestens einen
Beströmungsöffnung von einer im Wesentlichen axialen Strömungsrichtung in eine radiale Strömungsrichtung umzulenken, oder umgekehrt. Die zentrale
Strömungsführung kann Strömungsumlenkungsabschnitte, beispielsweise mindestens einen gebogenen Kanal- oder Leitungsabschnitt aufweisen, vorzugsweise mit einem LJmlenkwinkel von ungefähr 90°, Auf diese Weise kann Gas durch die zentrale Strömungsführung dem Baufeld von oben (axial) kommend zugeführt und in radialer Richtung auf das Baufeld geleitet werden bzw, aus radialer Richtung über das Baufeld kommend nach oben (axial) abgeführt werden. Das Zuführen bzw. Abführen von Gas von bzw. nach oben durch die im Baufeld- Aussparungsbereich angeordnete zentrale Strömungsführung erzeugt keine Abschattung des Baufeldes und ermöglicht den Bestrahlungseinheiten eine uneingeschränkte Bestrahlung des Baufeldes.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die zentrale
Strömungsführung und/oder die äußere Strömungsführung jeweils mehrere öffenbare und verschließbare Beströmungsöffnungen, insbesondere öffenbare und verschließbare Düsen mit Beströmungsöffnungen, auf, wobei vorzugsweise einem bestimmten Radialsegment des Baufeldes zugeordnete Beströmungsöffnungen öffenbar und schließbar sind. Unter einem Radialsegment kann ein sich in radialer Richtung des Baufelds erstreckender Teilbereich des Baufelds verstanden werden, insbesondere ein Kreissektor bzw. ein Sektor über einen bestimmten
Winkelbereich (<360°). Durch ein Schließen der Beströmungsöffnungen können bestimmte Radialsegmente von der Beströmung ausnehmbar sein. Insbesondere sind Beströmungsöffnungen der äußeren und zentralen Strömungsführung, die bestimmten Radialsegmenten des Baufeldes zugeordnet sind, zumindest in
Wesentlichen synchronisiert öffenbar oder schließbar. Auf diese Weise kann die Strömung auf einen Bereich des Baufelds beschränkt werden, in dem das Bauteil momentan aufgebaut wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine
Beströmungsöffnung der zentralen Strömungsführung mit der Gaszuführung und mindestens eine Beströmungsöffnung der äußeren Strömungsführung mit der Gasabführung verbindbar, wobei insbesondere eine im Wesentlichen in einer radialen Strömungsrichtung nach außen über das Baufeld verlaufende
Gasströmung erzeugbar ist. Alternativ kann mindestens eine Beströmungsöffnung der äußeren Strömungsführung mit der Gaszuführung und mindestens eine
Beströmungsöffnung der zentralen Strömungsführung mit der Gasabführung verbindbar sein, sodass sich eine im Wesentlichen radiale Strömung von außen über das Baufeld nach innen einstellt. Bevorzugt wird aber Gas über die zentrale Strömungsführung eingeblasen und über die äußere Strömungsführung
abgesaugt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine erste Beströmungsöffnung der zentralen Strömungsführung mit der Gaszuführung und eine zweite Beströmungsöffnung der zentralen Strömungsführung mit der Gasabführung verbindbar ist und/oder eine erste Beströmungsöffnung der äußeren Strömungsführung mit der Gaszuführung und eine zweite
Beströmungsöffnung der äußeren Strömungsführung mit der Gasabführung verbindbar. Insbesondere sind die jeweiligen Beströmungsöffnungen einer zentralen und/oder äußeren Strömungsführung übereinander angeordnet sein. Durch eine Verbindung der zentralen und der äußeren Strömungsführungen jeweils mit der Gaszuführung und der Gasabführung ist sind entgegengesetzt zirkulierende Strömungen über dem Baufeld erzeugbar. Insbesondere ist in einem ersten radialen Bereich des Baufelds eine im Wesentlichen in einer radialen Strömungsrichtung nach außen und in einem zweiten radialen Bereich des Baufelds eine im Wesentlichen in einer radialen Strömungsrichtung nach innen über das Baufeld verlaufende Gasströmung erzeugbar. In einer ersten
Ausführungsform wird Gas in einem Mittelbereich des Baufelds von oben zugeführt und strömt zu beiden radialen Seiten (nach innen und außen) ab bzw. von beiden radialen Seiten abgesaugt. In einer zweiten Ausführungsform wird Gas in beiden radialen Seiten (von innen und außen) zugeführt und strömt in einem Mittelbereich des Baufelds nach oben ab, Auf diese Weise kann der Strömungsweg in einer Strömungsrichtung über dem Baufeld weiter reduziert werden.
Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch eine
Beströmungsanordnung zur Beströmung eines Baufelds einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises
Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds mittels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten, umfassend ein erfindungsgemäßes Beströmungssystem, wobei die äußere Strömungsführung und die zentrale Strömungsführung außerhalb eines zur Fertigung des Bauteils nutzbaren Baufelds angeordnet sind, wobei sich das, insbesondere ringförmige, Baufeld in einer radialen Richtung erstreckt und sich von einer, vorzugsweise zentralen, Baufeldaussparung abgrenzt, die nicht zur Fertigung des Bauteils nutzbar ist, wobei die äußere Strömungsführung in einem Baufeld-Außenbereich, der in radialer Richtung nach außen außerhalb des Baufelds angeordnet ist, und die zentrale Strömungsführung in einem, vorzugsweise zentralen, Baufeld- Aussparungsbereich, der in radialer Richtung nach innen außerhalb des Baufelds angeordnet ist, angeordnet sind, um insbesondere eine in mindestens einer im Wesentlichen radialen Strömungsrichtung über das Baufeld verlaufende
Gasströmung zu erzeugen.
Eine solche Beströmungsanordnung hat die gleichen Vorteile wie sie im bereits i Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Beströmungssystem beschrieben wurden. Insbesondere sind alle beschriebenen Weiterbildungen eines
erfindungsgemäßen Beströmungssystems auch auf die Beströmungsanordnung anwendbar bzw. durch eine entsprechende Anordnung des Beströmungssystems umsetzbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Beströmungsanordnung beträgt ein vertikaler Abstand zwischen dem Baufeld und einer Beströmungsöffnung, insbesondere einer Mittelachse einer
Beströmungsöffnung, weniger als eine Öffnungshöhe, vorzugsweise weniger als eine halbe Öffnungshöhe, weiter vorzugsweise weniger als ein Viertel der
Öffnungshöhe, der Beströmungsöffnung. Beströmungsöffnungen können als (längliche) Beströmungsschlitze oder runde Beströmungsöffnungen, insbesondere als Düsenöffnungen, ausgeführt sein. Durch einen möglichst geringen (vertikalen) Abstand zwischen den Beströmungsöffnungen und dem Baufeld, eine möglichst nahe Überströmung Baufelds erreicht und damit eine wirkungsvolle Abführung von Verunreinigungen.
Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch die Verwendung eines Beströmungssystems oder einer Beströmungsanordnung, die eine äußere Strömungsführung mit mindestens einer Beströmungsöffnung und eine zentrale Strömungsführung mit mindestens einer Beströmungsöffnung aufweisen, zur Beströmung eines, insbesondere ringförmigen, Baufelds einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, insbesondere durch
schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds mittels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten, wobei sich ein zur Fertigung des Bauteils nutzbares Baufeld in einer radialen Richtung erstreckt und sich von einer, vorzugsweise zentralen, Baufeldaussparung abgrenzt, die nicht zur Fertigung des Bauteils nutzbar ist. Insbesondere wird ein erfindungsgemäßes Beströmungssystem oder ein erfindungsgemäß
Beströmungsanordnung verwendet, um eine in mindestens einer im Wesentlichen radialer» Strömungsrichtung über das Baufeld verlaufende Gasströmung zu erzeugen.
Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch eine
Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringer» und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials mittels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten, umfassend:
- eine Prozesskammer;
- mindestens eine Gaszuführung zum Zuführen von Gas in die
Prozesskammer;
- mindestens eine Gasabführung zum Abführen von Gas aus der
Prozesskammer;
- einen zur Prozesskammer hin offenen Baubehälter zur Aufnahme des
Aufbaumaterials und mindestens eines zu fertigenden Bauteils, wobei der, insbesondere ringförmige, Baubehälter eine, vorzugsweise zentrale, Behälteraussparung zumindest teilweise umgibt,
wobei ein zur Fertigung des Bauteils nutzbares, insbesondere ringförmiges, Baufeld oberhalb des Baubehälters vorgesehen ist, das sich in einer radialen Richtung erstreckt und sich von einer, vorzugsweise zentralen, Baufeldaussparung abgrenzt, die nicht zur Fertigung des Bauteils nutzbar ist,
wobei ein, vorzugsweise zentraler, Baufeld-Aussparungsbereich, der in radialer Richtung nach innen außerhalb des Baufelds angeordnet ist, mit einer Querschnittsfläche der Behälteraussparung übereinstimmt; und
- ein Beströmungssystem zur Beströmung des Baufelds, insbesondere ein erfindungsgemäßes Beströmungssystem,
das mindestens eine äußere Strömungsführung mit mindestens einer Beströmungsöffnung und mindestens eine zentrale Strömungsführung mit mindestens einer Beströmungsöffnung umfasst, wobei mindestens eine erste Beströmungsöffnung mit der Gasabführung und mindestens eine zweite Beströmungsöffnung mit der Gaszuführung gasleitend verbindbar sind,
wobei die äußere Strömungsführung in einem Baufeld-Außenbereich, der in radialer Richtung nach außen außerhalb des Baufelds angeordnet ist, und die zentrale Strömungsführung in dem Baufeid-Aussparungsbereich angeordnet sind, um insbesondere eine in mindestens einer im
Wesentlichen radialen Strömungsrichtung über das Baufeld verlaufende Gasströmung zu erzeugen.
Eine Querschnitsfläche der Behälteraussparung liegt insbesondere in einer (horizontalen) Querschnittsebene durch den Baubehälter, die vorzugsweise parallel zur Arbeitsebene der Herstellvorrichtung verläuft oder mit dieser übereinstimmt. Insbesondere erstreckt sich der Baufeldbereich oberhalb des Baufelds, wobei sich der Baufeld-Aussparungsbereich oberhalb der
Behälteraussparung (und der Behälterinnenwand) erstreckt, Insbesondere ergänzt das Volumen der Behälteraussparung das Volumen des Aufnahmebereichs
(Hohlvolumen) des Baubehälters (zuzüglich der Behälterwand).
Eine erfindungsgemäße Herstellvorrichtung umfasst insbesondere ein
erfindungsgemäßes Beströmungssystem bzw, eine erfindungsgemäße
Beströmungsanordnung zur Beströmung des Baufeldes und weist entsprechend bereits zuvor beschriebenen Vorteile auf. Insbesondere ist die Herstellvorrichtung einfach aufgebaut und für die Fertigung einfach steuerbar. Die zuvor
beschriebenen Weiterbildungen des Beströmungssystems und der
Beströmungsanordnung sind in der erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung umsetzbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Baubehälter derart geformt, dass der Flächenschwerpunkt einer Querschnittsfläche des
Aufnahmebereichs des Baubehälters außerhalb des Aufnahmebereichs des
Baubehälters, insbesondere außerhalb einer Baubehälterwand liegt. Vorzugsweise liegt der Flächenschwerpunkt des Aufnahmebereichs des Behälters in der
(zentralen) Behälteraussparung. Für einen derart geformten Baubehälter kann durch die Anordnung der zentralen Strömungsführung im Baufeld- Aussparungsbereich (oberhalb der Behälteraussparung) eine signifikante
Verkürzung des Strömungswegs über das Baufeld, d.h. insbesondere zwischen der zentralen Strömungsführung und der äußeren Strömungsführung, erreicht werden, Indem die zentrale Strömungsführung im Baufeld-Aussparungsbereich angeordnet wird, der nicht zu Fertigung genutzt bzw, von den
Bestrahlungseinheiten nicht bestrahlt wird, ist eine radiale Gasströmung über das Baufeld erreichbar, die im Vergleich zu einer Beströmung des gesamten Baufeldes von einer Seite zur anderen nur einen relativ kurzen Strömungsweg erfordert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Aufnahmebereich des Baubehälters die eine ringförmige, ringsegmentförmige, nierenförmige, Eiförmige, L-förmige oder Rechteckrahmen-förmige Querschnittsfläche auf, wobei sich insbesondere die Querschnittsflächen der Behälteraussparung, der
Behälterwand und des Aufnahmebereichs vervollständigen. Solche Formen des Baubehälters sind Beispiele für entsprechend geformte aufzunehmende Bauteile und Baufelder (definiert durch die obere Öffnungsform des Baubehälters), für die radiale Gasströmungen umsetzbar sind. Der Aufnahmebereich kann insbesondere kreisringförmig sein, aber auch oval oder elliptisch geformt sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Baubehälter eine Behälteraußenwand und eine die Behälteraussparung umschließende
Behälterinnenwand auf, wobei die Behälterinnenwand insbesondere gekrümmte und/oder gerade Wandabschnitte aufweist, und vorzugsweise als ein Hohlzylinder ausgeführt ist. Ringförmige Bauteile werden beispielsweise in einem ringförmigen Baubehälter mit einer zylinderförmigen (inneren bzw. zentralen)
Behälteraussparung aufgenommen. Die Behälterinnenwand definiert insbesondere die inneren Konturen des Baufelds. Die Behälteraussparung (bzw. der
Baubehälter) kann einen rechteckigen, quadratischen, elliptischen, ovalen, kreisförmigen, oder einen ähnlichen Querschnitt haben. Die Behälterinnenwand hat vorzugsweise eine (im Vergleich zur radialen Abmessung des Baufelds) geringe Wandstärke und ist insbesondere an die Form der Behälteraußenwand des Baubehälters angepasst, den sie (nach innen) begrenzt.
Insbesondere hat das Baufeld einen Innendurchmesser von mindestens 0,2m, vorzugsweise von mindestens 0,3m, weiter vorzugsweise zwischen 0,3m und 1,4m, wobei eine radiale Abmessung des Baufelds insbesondere mindestens 0,02m, vorzugsweise mindestens 0,05m, weiter vorzugsweise maximal 0,7m, beträgt. Die radiale Abmessung kann als ein Abstand zwischen der
Behälterinnenwand und der Behälteraußenwand verstanden werden. Die
Behälteraussparung kann zum Beispiel einen Durchmesser bzw. eine
Diagonallänge von mindestens 0,2m, vorzugsweise von mindestens 0,3m, weiter vorzugsweise zwischen 0,3m und 1,4m haben. Die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung findet insbesondere Anwendung für große Bauteile, welche in einem Baubehälter der genannten Abmessungen herstellbar sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zentrale
Strömungsführung auswechselbar, wobei an einer Prozesskammerwand insbesondere mindestens eine Halterung für die zentrale Strömungsführung vorgesehen ist. Die Halterung kann formschlüssig, wie über eine Rast-, Klemmoder eine Bajonettverschluss-Verbindung, oder über eine Schraubverbindung mit der Prozesskammerwand und/oder der zentralen Strömungsführung verbunden sein. Die zentrale Strömungsführung kann insbesondere ein Gehäuse aufweisen, das an der Halterung befestigbar ist. Die Halterung kann mit der Gasabführung und/oder Gaszuführung gasleitend verbunden sein, wobei die Halterung insbesondere mindestens eine erste Anschlussöffnung zur Verbindung mit der Gasabführung und/oder der Gaszuführung und mindestens eine zweite
Anschlussöffnung (Adapteranschluss) zur Verbindung mit der Anschlussöffnung der zentralen Strömungsführung aufweist. Die Halterung kann einen Gasab- und/oder -Zuführungsabschnitt (Kanalabschnitt), vorzugsweise einen
Rohrleitungs- oder Schlauchabschnitt, umfassen und vorzugsweise eine Dichtung, z.B. einen Dichtungsring, an der zweiten Anschlussöffnung. Durch die
Austauschbarkeit der zentralen Strömungsführung kann das Beströmungssystem bzw. die Beströmungsanordnung zur Fertigung eines bestimmten Bauteils, insbesondere an den das Bauteil aufnehmenden Baubehälter abgestimmt werden, beispielsweise für Bauteile unterschiedlicher Innen- und/oder Außendurchmesser. Für verschiedene Außendurchmesser von Bauteilen kann die zentrale
Strömungsführung jeweils gleich ausgeführt sein.
Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch ein
Herstellungsverfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds mittels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten, umfassend die folgenden Schritte: a) Zuführen von Gas über eine Gaszuführung in eine Prozesskammer einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, insbesondere einer erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung; b) Beströmen des Baufelds, insbesondere durch ein erfindungsgemäßes Beströmungssystem oder durch eine erfindungsgemäße
Beströmungsanordnung, wobei
- mindestens eine Beströmungsöffnung mindestens einer äußeren Strömungsführung, die außerhalb des Baufelds in einem Baufeld- Außenbereich, der in radialer Richtung nach außen außerhalb des Baufelds angeordnet ist,
und/oder
- mindestens eine Beströmungsöffnung einer zentralen
Strömungsführung, die außerhalb des Baufelds in einem Baufeld- Aussparungsbereich angeordnet ist, der in radialer Richtung nach innen außerhalb des Baufelds angeordnet ist,
über die Gaszuführung mit Gas versorgt wird,
wobei eine in mindestens einer im Wesentlichen radialen
Strömungsrichtung über das Baufeld verlaufende Gasströmung zwischen der zentralen Strömungsführung und der äußeren Strömungsführung erzeugt wird, wobei die Gasströmung insbesondere Verunreinigungen vom Baufeld der radialen Strömungsrichtung wegführt;
c) Abführen von Gas aus der Prozesskammer über eine Gasabführung,
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hat ähnliche Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Beströmungssystem, der Beströmungsanordnung und der Herstellvorrichtung beschrieben wurden.
Insbesondere können einige oder alle bereits beschriebenen
verfahrenstechnischen Merkmale durch das Herstellungsverfahren umgesetzt werden. Das Herstellungsverfahren ist es insbesondere einfach durchführbar und erzielt eine hohe Bauteilqualität.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung in einer perspektivischen Teilschnittansicht; Figur 1B die Ausführungsform nach Figur 1A in einer Draufsicht auf den Schnitt Y-Y;
Figur 2A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstelivorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung in einem Längsschnitt;
Figur 2B die Ausführungsform nach Figur 2A in einer Draufsicht auf den
Schnitt X-X;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung mit einer radialen Strömung von innen nach außen in einem Halbschnitt;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung mit einer radialen Strömung von außen nach innen in einem Halbschnit;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung mit einer radialen Strömung von innen nach außen und einer Gasabführung nach oben in einem Halbschnitt;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung mit einer Gaszuführung von oben und einer radialen Strömung von außen nach innen in einem Halbschnitt;
Figur 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung mit einer radialen Strömung von der Mitte des Baufelds radial nach innen und außen in einem Halbschnitt;
Figur 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw. Beströmungsanordnung mit einer radialen Strömung von außen und innen radial zur Mitte des Baufelds in einem Halbschnitt. ln der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung werden für gleiche und gleich wirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
Figur 1A zeigt eine erfindungsgemäße Herstellvorrichtung 1 zur additiven
Fertigung von Bauteilen, die als Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildet sein kann. Zum Aufbauen eines Bauteils 2 enthält sie eine
Prozesskammer 10. Unterhalb der Prozesskammer 10 ist ein nach oben offener Baubehälter 20 mit einer Behälterwand 23 angeordnet, in dem ein Bauteil 2 schichtweise aufgebaut wird. Die Behälterwand 23 umfasst eine
hohlzylinderförmige Behälterinnenwand 25 und eine Behälteraußenwand 24, die Behälterinnenwand 25 umgibt. Das im Aufnahmebereich 22 des Baubehälters 20 aufgenommene bzw. entstehende Bauteil 2 ist hier ringförmig. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 20 ist ein Baufeld 30 definiert, das für die additive Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils 2 nutzbar ist. ln dem Baubehälter 20 ist ein mitels eines Verstellmechanismus 70 in einer vertikalen Richtung B bewegbarer Träger 71 angeordnet, der den Boden des Baubehälters 20 bildet und das Bauteil 2 trägt. Der Beschichter 50 zum Aufbringen des Aufbaumaterials ist oberhalb des Baufelds 30 angeordnet und steuerbar beweglich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Beschichter 50 zur Fertigung eines ringförmigen Bauteils 2 in Umfangsrichtung über das Baufeld 30 bewegbar. Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger 71 in eine Höhe abgesenkt, die der Dicke der aufzubringenden Schicht entspricht. Durch
Verfahren des Beschichters 50 über das Baufeld 30 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebracht. Das pulverförmige Aufbaumaterial wird zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Bauteils 2 aufgebracht, vorzugsweise über die gesamte Fläche des Baufelds 30. Die
Bestrahlungseinheiten 60 umfassen Laser, die Laserstrahlen als
Energiestrahlbündel erzeugen, die über eine Optik und ein Einkoppelfenster an der Oberseite der Prozesskammer 10 (nicht dargestellt) auf das Baufeld 30 gelenkt werden. Die Bestrahlungseinheiten 60 sind so steuerbar, dass sie das Baufeld 30 derart bestrahlen, dass schichtweise innerhalb des Baufelds
aufgebrachtes Aufbaumaterials örtlich selektiv so verfestigt wird, dass sich die gewünschte Struktur des Bauteils 2 bildet. Indem das Bauteil 2 in vertikaler Richtung B durch oben aufgebrachte und verfestigte Schichten aufgebaut, aber nach jedem Schichtaufbau um die entsprechende Schichtdicke über den Verstellmechanismus 70 abgesenkt wird, bleibt das Baufeld 30 während des Fertigungsprozesses auf festgelegter gleicher Höhe in einer Arbeitsebene.
Durch das Auftreffen von Laserstrahlen aus den Bestrahlungseinheiten 60 schmilzt das Aufbaumaterial lokal auf, wodurch Verunreinigungen der
Prozessatmosphäre, wie z.B. Spratzer, Rauch oder Kondensat, entstehen können. Durch die Beströmung des Baufelds 30 mit Gas (Prozessgas) können einerseits Verunreinigungen vom Baufeld 30 entfernt werden. Andererseits kann eine Oxidation des Aufbaumaterials an der Prozessstelle weitestgehend unterbunden werden. Zum Erzeugen einer bevorzugt laminaren Gasströmung in der
Prozesskammer 10 (horizontal) über dem Baufeld 30 umfasst die
Herstellvorrichtung 1 eine Gaszuführung 12 und eine Gasabführung 11, die jeweils mit einer äußeren Strömungsführung 41 und einer zentralen
Strömungsführung 42 eines erfindungsgemäßen Beströmungssystems 40 bzw. einer erfindungsgemäßen Beströmungsanordnung verbunden sind. Die äußere und zentrale Strömungsführung 41, 42 weisen Beströmungsöffnungen 43, 43a, 43b bzw. 44, 44a, 44b auf, die jeweils als Gasauslass oder Gaseinlass dienen können. Das aus der Prozesskammer 10 über die Gasabführung 11 abgesaugte Gas kann in einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zugeführt und über die Gaszuführung 12 wieder der Prozesskammer 10 zugeführt werden, wodurch ein Umluftsystem mit einem geschlossenen Gaskreislauf gebildet wird. Die zentrale Strömungsführung 42 ist über die Halterung 13 an der Prozesskammerwand 14, befestigt, hier an der Oberseite der Prozesskammer 10.
Die äußere Strömungsführung 41 ist im Baufeld-Außenbereich 33 und die zentrale Strömungsführung 42 im Baufeld-Aussparungsbereich 31 angeordnet. Der Baufeld-Außenbereich 33 befindet sich außerhalb des Baufelds 30 in radialer Richtung R nach außen des Baufelds 30 bzw. des deckungsgleich über dem Baufeld 30 liegenden Baufeldbereichs 32. Der ebenfalls außerhalb (in radialer Richtung R nach innen) des Baufelds 30 liegende Baufeld-Aussparungsbereich 31 grenzt sich von dem Baufeldbereich 32 ab, wobei der Baufeld-Aussparungsbereich 31 vom Baufeldbereich 32 umschlossen ist. Die Geometrie des Baufeld- Aussparungsbereichs 31 ist letztlich durch die Geometrie der Behälteraussparung 21 des Baubehälters 20 vorgegeben.
Durch die Anordnung der zentralen Strömungsführung 42 im Baufeld- Aussparungsbereich 31, wird das Baufeld 30 nicht abgeschattet und kann von den Bestrahlungseinheiten 60 ungehindert bestrahlt werden. Außerdem kann die zentrale Strömungsführung 42 dadurch in sehr geringem vertikalen Abstand zum Baufeld 30, insbesondere in unmittelbarer Nähe, vorzugsweise unmittelbar oberhalb, der Arbeitsebene, positioniert werden. Dadurch wird die Gasströmung möglichst nah über das Baufeld 30 geführt und kann Prozessabgase wirksam abführen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der zentralen Strömungsführung 42 ist, dass eine radiale Gasströmung über das Baufeld 30 erzeugbar ist und dadurch der Strömungsweg der Gasströmung über das Baufeld 30 reduziert wird, insbesondere im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik üblichen Beströmung in einer einheitlichen Richtung von einer Seite des Baufelds zur anderen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Strömung auch bei großen Bauteilen 2 laminar bleibt und nicht turbulent wird.
In dem in Figur 1B dargestellten Querschnitt durch die Herstellvorrichtung 1 auf Höhe der äußeren Strömungsführung 41 und der zentralen Strömungsführung 42 sind die Strömungsleitelemente 45, 46 der äußeren Strömungsführung 41 bzw. der zentralen Strömungsführung 42 sichtbar, wobei das Bauteil 2 nicht dargestellt ist. Die Strömungsleitelemente 46 sind als Radiallamellen ausgeführt, die Gas in radialer Richtung R über das Baufeld 30 leiten. Die Strömungsleitelemente 45 sind ebenfalls in radialer Richtung R ausgerichtet. Die Strömungsleitelemente 45, 46 können dazu ausgebildet sein, eine axiale Strömung in eine radiale Strömung umzulenken, oder umgekehrt. Alternativ können die Strömungsleitelemente 45,
46 eine radiale, laminare Strömung sicherstellen, während die Umlenkung einer axialen in eine radiale Strömung durch die Krümmung von separaten
Umlenkelementen der Strömungsführungen 41 bzw. 42 erzeugt wird. Die
Beströmungsöffnungen 43, 44 sind über den Umfang der Herstellvorrichtung 1 gleichmäßig verteilt angeordnet und können öffenbar und schließbar sein. Durch Schließen der Beströmungsöffnungen 43, 44 kann ein bestimmtes Radialsegment des Baufelds 30 von der Beströmung (zeitweise) ausgenommen werden, beispielsweise dann, wenn momentan keine Bestrahlung dieses Radialsektors stattfindet. Auf diese Weise kann ein größerer Gasstrom für die verbleibenden Radialsegmente mit geöffneten Beströmungsöffnungen 43, 44 bereitgestellt werden. Beströmungsöffnungen 43, 44 können beispielsweise über steuerbare Klappen oder verstellbare Lamellen geöffnet und geschlossen werden.
Die Ausführungsform nach Figur 2A funktioniert im Wesentlichen genauso wie die Ausführungsform nach Figur 1A. Der Baufeld-Außenbereich 33, der Baufeldbereich 32 und der Baufeld-Aussparungsbereich 31 sind in Fig, 2A durch gestrichelte Linien schematisch gekennzeichnet sind. Auch auf das Baufeld 30 auftreffende Strahlen der Bestrahlungseinheiten 60 sind dargestellt. Das Bauteil 2 ist in dem Baubehälter 20 auf dem Träger 71 in einem Zwischenfertigungszustand dargestellt, in dem eine Vielzahl von aufgebrachten Schichten bereits verfestigt ist und das Bauteil 2 von noch unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial umgeben ist. Das ringförmige Bauteil 2 ist bereits größtenteils fertig und hat beispielhaft einen Z-förmigen Querschnitt, Die vertikale Richtung B ist vertikalnach oben eingezeichnet.
Die Prozesskammer 10 hat eine Prozesskammerwand 14, an der äußere
Strömungsführungen 41 angeordnet sind, die über Anschlussöffnungen 47 mit Gaszuführungen 12 bzw, Gasabführungen 11 gasleitend verbindbar sind. Über eine Anschlussöffnung 48 in einem Deckel der Prozesskammer 10 ist das Gehäuse 49 der zentralen Strömungsführung 42 mit einer Gasabführung 11 bzw, einer Gaszuführung 12 gasleitend verbindbar. Es ist möglich, dem Baufeld Gas über die zentrale Strömungsführung 42 zuzuführen und über die äußere Strömungsführung 41 abzuführen, oder umgekehrt (siehe Fig. 3 bis 6). Es ist außerdem möglich, Gas über die zentrale Strömungsführung 42 zu- und abzuführen und/oder Gas über die äußere Strömungsführung 41 zu- und abzuführen (siehe Fig, 7 und 8),
Dadurch können verschiedene radiale Gasströmungen erzeugt werden, zum Beispiel in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie oder der jeweiligen
Prozessanforderungen Äußere und zentrale Strömungsführungen 41, 42 sind unbeweglich in Umfangsrichtung U und radialer Richtung R des Baufelds 30 angeordnet, d.h. stationär. ln Fig, 2B ist die radiale Richtung R eingezeichnet, die von innen nach außen, bzw, umgekehrt, verläuft, insbesondere an jeder Stelle senkrecht zu den
Konturen des Baufelds 30. Die Konturen des Baufelds 30 sind hier ein innerer und ein äußerer Kreis, die das ringförmige Baufeld 30 begrenzen. Die
Umfangsrichtung U verläuft um das Baufeld 30 herum. Das Baufeld 30 besteht aus einem ersten (äußeren) radialen Bereich 30a und einem (inneren) radialen Bereich 30b.
Die Figuren 3 bis 8 zeigen schematische Darstellungen verschiedener
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung bzw.
Beströmungsanordnung, wobei jeweils Gas in mindestens einer radialen Richtung über das Baufeld 30 strömt. Die jeweiligen Strömungsrichtungen sind durch Pfeile veranschaulicht.
In den Figuren 3 bis 6 sind jeweils Gasströmungen in eine von beiden radialen Strömungsrichtung Sl, S2 dargestellt. In den Figuren 3 und 5 wird Gas über die zentrale Strömungsführung 42 zugeführt und über die äußere Strömungsführung 41 abgeführt. Dadurch ist die Gasströmung über das Baufeld 30 in radialer Strömungsrichtung Sl nach außen gerichtet. In den Figuren 4 und 6 wird Gas über die äußeren Strömungsführungen 41 zugeführt und über die zentrale
Strömungsführung 42 abgeführt. Dadurch ist die Gasströmung über das Baufeld 30 in radialer Strömungsrichtung $2 nach innen gerichtet. In den Figuren 5 und 6 ist die äußere Strömungsführung 41 zur Umlenkung des Gasstroms von radialer in axialer Richtung, bzw. umgekehrt, ausgebildet. In bevorzugten
Ausführungsformen wird Prozessgas durch die zentrale Strömungsführung in 42 eingeblasen und durch die äußeren Strömungsführungen 41 abgesaugt (siehe Fig. 3 und 5). Der oberhalb des Baufelds 30 liegende Baufeldbereich 32 grenzt sich von dem Baufeld-Aussparungsbereich 31 und dem Baufeldaußenbereich 33 ab, wie durch gestrichelte Linien dargestellt.
In den Figuren 7 und 8 sind die Strömungsführungen 41, 42 jeweils mit einer Gasabführung 11 und einer Gaszuführung 12 verbunden, wobei die
Beströmungsöffnungen 43a, 43b und 44a, 44b in der Höhe übereinander angeordnet sind. Dadurch werden entgegengesetzt zirkulierende Strömungen über dem Baufeld 30 erzeugt. Die Beströmungsöffnungen 43b und 44b sind mit der Gaszuführung 12 und die Beströmungsöffnungen 43a und 44a sind mit der Gasabführung 11 verbunden. In Figur 7 ist in einem ersten (äußeren) radialen Bereich 30a des Baufelds 30 die Gasströmung in eine radiale Strömungsrichtung Sl nach außen gerichtet, während sie in einem zweiten (inneren) radialen Bereich 30b des Baufelds 30 in eine radiale Strömungsrichtung $2 nach innen gerichtet ist. In Figur 8 ist eine Gasströmung umgekehrt in einem ersten (äußeren) radialen Bereich 30a des Baufelds 30 in eine radiale Strömungsrichtung S2 nach innen gerichtet, während sie in einem zweiten (inneren) radialen Bereich 30b des Baufelds 30 in eine radiale Strömungsrichtung Sl nach außen gerichtet ist. Der oberhalb des Baufelds 30 liegende Baufeldbereich 32 grenzt sich von dem
Baufeld-Aussparungsbereich 31 und dem Baufeldaußenbereich 33 ab, wie durch gestrichelte Linien angedeutet. Bezuaszeichenliste:
1 Herstellvorrichtung
2 Bauteil
10 Prozesskammer
11 Gasabführung
12 Gaszuführung
13 Halterung
14 Prozesskammerwand
20 Baubehälter
21 Behälteraussparung
22 Aufnahmebereich
23 Baubehälterwand
24 Behälteraußenwand
25 Behälterinnenwand
30 Baufeld
30a erster radialer Bereich des Baufelds
30b zweiter radialer Bereich des Baufelds
31 Baufeld-Aussparungsbereich
32 Baufeldbereich
33 Baufeld-Außenbereich
40 Beström u ngssyste m
41 äußere Strömungsführung
42 zentrale Strömungsführung
43, 43a, 43b Beströmungsöffnung
44, 44a, 44b Beströmungsöffnung
45 Strömungsleitelement
46 Strömungsleitelement
47 Anschlussöffnung
48 Anschlussöffnung
49 Gehäuse
50 Beschichter
60 Bestrahlungseinheit
70 Verstellmechanismus
71 Träger
B vertikale Richtung
R radiale Richtung u Umfangsrichtung
51 radiale Strömungsrichtung nach außen
52 radiale Strömungsrichtung nach innen

Claims

Figure imgf000028_0001
1. Beströmungssystem (40) zur Beströmung eines Baufelds (30) einer
Herstellvorrichtung (1) zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds (30) mittels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten, wobei das Beströmungssystem (40) umfasst:
- mindestens eine äußere Strömungsführung (41) mit mindestens einer Beströmungsöffnung (43) und
- mindestens eine zentrale Strömungsführung (42) mit mindestens einer Beströmungsöffnung (44),
wobei mindestens eine erste Beströmungsöffnung (43, 44) mit einer Gasabführung (11) zum Abführen von Gas aus einer Prozesskammer (10) der Herstellvorrichtung (1) und mindestens eine zweite
Beströmungsöffnung (44, 43) mit einer Gaszuführung (12) zum Zuführen von Gas in die Prozesskammer (10) gasleitend verbindbar sind, wobei die äußere Strömungsführung (41) und die zentrale Strömungsführung (42) zur Anordnung außerhalb eines zur Fertigung des Bauteils (2) nutzbaren Baufelds (30) ausgebildet sind,
wobei sich das, insbesondere ringförmige, Baufeld (30) in einer radialen Richtung (R) erstreckt und sich von einer, vorzugsweise zentralen, Baufeldaussparung abgrenzt, die nicht zur Fertigung des Bauteils (2) nutzbar ist,
wobei die äußere Strömungsführung (41) zur Anordnung in einem Baufeld- Außenbereich (33), der in radialer Richtung (R) nach außen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, und die zentrale Strömungsführung (42) zur Anordnung in einem, vorzugsweise zentralen, Baufeld-Aussparungsbereich (31), der in radialer Richtung (R) nach innen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, ausgebildet sind, um insbesondere eine in mindestens einer im Wesentlichen radialen Strömungsrichtung (Sl, S2) über das Baufeld (30) verlaufende Gasströmung zu erzeugen,
2. Beströmungssystem (40) nach Anspruch 1,
dadu rch gekennzeich net, dass
die äußere Strömungsführung (41) und die zentrale Strömungsführung (42) zur Anordnung oberhalb des Baufelds (30) ausgebildet sind,
3. Beströmungssystem (40) nach Anspruch 1 oder 2,
dadu rch geken nzeichnet, dass die äußere Strömungsführung (41) und/oder die zentrale Strömungsführung (42) zur in einer
Umfangsrichtung (U) des Baufelds (30) unbeweglichen Anordnung
ausgebildet sind/ist.
4. Beströmungssystem (40) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadu rch geken nzeichnet, dass Außenkonturen eines Gehäuses (49) der zentralen Strömungsführung (42), insbesondere die Ausrichtung der mindestens einen Beströmungsöffnung (44), an den Baufeld- Aussparungsbereich (31) abgrenzende Konturen des Baufeldes (30) angepasst sind,
5. Beströmungssystem (40) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch geken nzeich net, dass das Baufeld (30) derart geformt ist, dass der Flächenschwerpunkt des Baufeldes (30) außerhalb der Konturen des Baufeldes (30) liegt.
6. Beströmungssystem (40) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dad u rch geken nzeichnet, dass die äußere Strömungsführung (41) und/oder die zentrale Strömungsführung (42) jeweils mindestens ein, vorzugsweise radial ausgerichtetes, Strömungsleitelement (45, 46) zur Beeinflussung der Strömungsrichtung der Gasströmung über das Baufeld (30) aufweist.
?. Beströmungssystem (40) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dad urch gekennzeich net, dass die zentrale Strömungsführung (42) mindestens eine Anschlussöffnung (48) zur Verbindung mit der
Gasabführung (11) oder der Gaszuführung (12) aufweist und dazu
ausgebildet ist, eine Gasströmung zwischen der Anschlussöffnung (48) und der mindestens einen Beströmungsöffnung (44) von einer im Wesentlichen axialen Strömungsrichtung in eine radiale Strömungsrichtung umzulenken, oder umgekehrt.
8. Beströmungssystem (40) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dad urch gekennzeich net, dass die zentrale Strömungsführung (42) und/oder die äußere Strömungsführung (41) jeweils mehrere öffenbare und verschließbare Beströmungsöffnungen (43, 44), insbesondere öffenbare und verschließbare Düsen mit Beströmungsöffnungen (43, 44), aufweisen, wobei vorzugsweise einem bestimmten Radialsegment des Baufeldes (30) zugeordnete Beströmungsöffnungen (43, 44) öffenbar und schließbar sind.
9. Beströmungssystem (40) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dad urch gekennzeich net, dass mindestens eine
Beströmungsöffnung (44) der zentralen Strömungsführung (42) mit der Gaszuführung (12) und mindestens eine Beströmungsöffnung (43) der äußeren Strömungsführung (41) mit der Gasabführung (11) verbindbar ist, wobei insbesondere eine im Wesentlichen in einer radialen Strömungsrichtung (Sl) nach außen über das Baufeld (30) verlaufende Gasströmung erzeugbar ist.
10. Beströmungssystem (40) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dad u rch geken nzeichnet, dass eine erste Beströmungsöffnung (44a) der zentralen Strömungsführung (42) mit der Gaszuführung (12) und eine zweite Beströmungsöffnung (44b) der zentralen Strömungsführung (42) mit der Gasabführung (11) verbindbar ist und/oder eine erste
Beströmungsöffnung (43a) der äußeren Strömungsführung (41) mit der Gaszuführung (12) und eine zweite Beströmungsöffnung (43b) der äußeren Strömungsführung (41) mit der Gasabführung (11) verbindbar ist,
11. Beströmungsanordnung zur Beströmung eines Baufelds einer
Herstelivorrichtung (1) zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb des Baufelds mittels einer Vielzahl von
Bestrahlungseinheiten, umfassend ein Beströmungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei die äußere Strömungsführung (41) und die zentrale Strömungsführung (42) außerhalb eines zur Fertigung des Bauteils (2) nutzbaren Baufelds (30) angeordnet sind,
wobei sich das, insbesondere ringförmige, Baufeld (30) in einer radialen Richtung (R) erstreckt und sich von einer, vorzugsweise zentralen,
Baufeldaussparung abgrenzt, die nicht zur Fertigung des Bauteils (2) nutzbar ist,
wobei die äußere Strömungsführung (41) in einem Baufeld-Außenbereich (33), der in radialer Richtung (R) nach außen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, und die zentrale Strömungsführung (42) in einem,
vorzugsweise zentralen, Baufeld-Aussparungsbereich (31), der in radialer Richtung (R) nach innen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, angeordnet sind, um insbesondere eine in mindestens einer im Wesentlichen radialen Strömungsrichtung (Sl, S2) über das Baufeld (30) verlaufende Gasströmung zu erzeugen,
12. Beströmungsanordnung nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein vertikaler Abstand zwischen dem Baufeld (30) und einer Beströmungsöffnung (43, 44), insbesondere einer Mittelachse einer Beströmungsöffnung (43,44), weniger als eine
Öffnungshöhe, vorzugsweise weniger als eine halbe Öffnungshöhe, weiter vorzugsweise weniger als ein Viertel der Öffnungshöhe, der
Beströmungsöffnung (43, 44) beträgt,
13. Herstellvorrichtung (1) zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials mittels einer Vielzahl von Bestrahlungseinheiten, umfassend; eine Prozesskammer (10);
- mindestens eine Gaszuführung (12) zum Zuführen von Gas in die
Prozesskammer (10);
- mindestens eine Gasabführung (11) zum Abführen von Gas aus der
Prozesskammer (10);
- einen zur Prozesskammer (10) hin offenen Baubehäiter (20) zur Aufnahme des Aufbaumaterials und mindestens eines zu fertigenden Bauteils (2), wobei der, insbesondere ringförmige, Baubehälter (20) eine, vorzugsweise zentrale, Behälteraussparung (21) zumindest teilweise umgibt,
wobei ein zur Fertigung des Bauteils (2) nutzbares, insbesondere ringförmiges, Baufeld (30) oberhalb des Baubehälters (20) vorgesehen ist, das sich in einer radialen Richtung (R) erstreckt und sich von einer, vorzugsweise zentralen, Baufeldaussparung abgrenzt, die nicht zur
Fertigung des Bauteils (2) nutzbar ist,
wobei ein, vorzugsweise zentraler, Baufeld-Aussparungsbereich (31), der in radialer Richtung (R) nach innen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, mit einer Querschnittsfläche der Behälteraussparung (21)
übereinstimmt; und
- ein Beströmungssystem (40) zur Beströmung des Baufelds (30),
insbesondere ein Beströmungssystem (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
das mindestens eine äußere Strömungsführung (41) mit mindestens einer Beströmungsöffnung (43) und mindestens eine zentrale Strömungsführung (42) mit mindestens einer Beströmungsöffnung (44) umfasst, wobei mindestens eine erste Beströmungsöffnung (43, 44) mit der Gasabführung (11) und mindestens eine zweite Beströmungsöffnung (44, 43) mit der Gaszuführung (12) gasleitend verbindbar sind,
wobei die äußere Strömungsführung (41) in einem Baufeld-Außenbereich (33), der in radialer Richtung (R) nach außen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist, und die zentrale Strömungsführung (42) in dem Baufeld- Aussparungsbereich (31) angeordnet sind, um insbesondere eine in mindestens einer im Wesentlichen radialen Strömungsrichtung (Sl, S2) über das Baufeld (30) verlaufende Gasströmung zu erzeugen. , Herstellvorrichtung nach Anspruch 13,
dadu rch geke n nzeich net, dass der Baubehälter (20) derart geformt ist, dass der Flächenschwerpunkt einer Querschnittsfläche des Aufnahmebereichs (22) des Baubehälters (20) außerhalb des
Aufnahmebereichs (22) des Baubehälters (20), insbesondere außerhalb einer Baubehälterwand (23) liegt. , Herstellvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14,
dadu rch geken nzeich net, dass der Aufnahmebereich (22) des Baubehälters (20) die eine ringförmige, ringsegmentförmige, nierenförmige, U-förmige, L-förmige oder Rechteckrahmen-förmige Querschnittsfläche aufweist, wobei sich insbesondere die Querschnittsflächen der
Behälteraussparung (21), der Behälterwand (23) und des Aufnahmebereichs (22) vervollständigen. , Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadu rch geken nzeich net, dass der Baubehälter (20) eine Behälteraußenwand (24) und eine die Behälteraussparung (21)
umschließende Behälterinnenwand (25) aufweist, wobei die
Behälterinnenwand (25) insbesondere gekrümmte und/oder gerade
Wandabschnitte aufweist, und vorzugsweise als ein Hohlzylinder ausgeführt ist. , Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadu rch gekennzeich net, dass die zentrale Strömungsführung (42) auswechselbar ist, wobei an einer Prozesskammerwand (14)
insbesondere mindestens eine Halterung (13) für die zentrale
Strömungsführung (42) vorgesehen ist. , Herstellungsverfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials innerhalb eines Baufelds (30) mittels einer Vielzahl von
Bestrahlungseinheiten, umfassend die folgenden Schritte:
a) Zuführen von Gas über eine Gaszuführung (12) in eine Prozesskammer (10) einer Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, insbesondere einer Herstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17; b) Beströmen des Baufelds (30), insbesondere durch ein
Beströmungssystem (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder durch eine Beströmungsanordnung nach einem Ansprüche 11 oder 12, wobei
- mindestens eine Beströmungsöffnung (43) mindestens einer äußeren Strömungsführung (41), die außerhalb des Baufelds (30) in einem Baufeld-Außenbereich (33), der in radialer Richtung (R) nach außen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist,
und/oder
- mindestens eine Beströmungsöffnung (44) einer zentralen
Strömungsführung (42), die außerhalb des Baufelds (30) in einem Baufeld-Aussparungsbereich (31) angeordnet ist, der in radialer Richtung (R) nach innen außerhalb des Baufelds (30) angeordnet ist,
über die Gaszuführung (12) mit Gas versorgt wird,
wobei eine in mindestens einer im Wesentlichen radialen
Strömungsrichtung (Sl, S2) über das Baufeld (30) verlaufende
Gasströmung zwischen der zentralen Strömungsführung (42) und der äußeren Strömungsführung (41) erzeugt wird, wobei die Gasströmung insbesondere Verunreinigungen vom Baufeld (30) der radialen
Strömungsrichtung (Sl, S2) wegführt;
c) Abführen von Gas aus der Prozesskammer (10) über eine Gasabführung
(11).
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