WO2020160876A1 - Anlage zur generativen fertigung eines bauteils und verfahren - Google Patents

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WO2020160876A1
WO2020160876A1 PCT/EP2020/050699 EP2020050699W WO2020160876A1 WO 2020160876 A1 WO2020160876 A1 WO 2020160876A1 EP 2020050699 W EP2020050699 W EP 2020050699W WO 2020160876 A1 WO2020160876 A1 WO 2020160876A1
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powder
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PCT/EP2020/050699
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Dieter Holz
Martin Schoepf
Michael Walther
Arne Stephen FISCHER
Marius Winter
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • System for the generative production of a component from a powdery material powder, with a building platform for building the component, with at least one application section for applying a powder layer to the building platform, with at least one irradiation section for selectively irradiating the powder layer.
  • Powder bed-based systems for the additive construction of components for example 3D printing
  • Such systems have a linear structure, i.e. the powder coating works translationally within the process chamber and causes downtimes that significantly reduce the overall productivity of additive manufacturing processes.
  • multi-laser systems are used to increase the selectivity, in which several laser beams are used simultaneously to build several components in a process chamber.
  • the publication DE 10 2016 211 799 A1 which probably represents the closest prior art, describes a device for producing workpieces from a powder material.
  • the device has a carrier device with at least one build-up container for the powdery material, from which the workpieces can be produced by selective melting and subsequent solidification by means of a machining beam inside the build-up container.
  • At least one storage container has a separate distribution element which is rotatable about an axis relative to the fixedly arranged carrier device.
  • One consideration of the invention is to provide a system in which assembly times for the component, as well as downtimes and waiting times for the system, are reduced.
  • a system for the additive manufacturing of a component having the features of claim 1 is proposed. Furthermore, a method for the additive manufacturing of a component having the features of claim 15 is proposed. Preferred and / or advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims, the description and the attached figures.
  • a system for the additive manufacturing of a component from a powdered material is proposed.
  • the system is designed in particular to carry out a powder-bed-based build-up process, preferably a powder-bed-based printing process.
  • the system forms, for example, a 3D printing system.
  • the component and / or the material powder can comprise and / or form a metal, ceramic and / or plastic material.
  • the system is designed as a selective laser melting system (SLM), as an electron beam-based assembly system (EBM) or an ion beam assembly process.
  • SLM selective laser melting system
  • EBM electron beam-based assembly system
  • ion beam assembly process the system has a system room.
  • the plant room can for example be surrounded and / or delimited by a housing of the plant.
  • the component is preferably a layer component and comprises more than two layers and / or fewer than 100 layers.
  • the component preferably forms a flat component.
  • the powdery material powder is, for example, a metal powder, a ceramic powder or a plastic powder.
  • the material powder can comprise a binder.
  • the system comprises at least one building platform for building the component.
  • the building platform has at least one flat section.
  • the building platform and / or its flat section is preferably flat.
  • the construction platform can form a metal support.
  • the construction platform is designed as a metal, plastic or ceramic plate.
  • the construction platform can be designed as an endless material, for example as a sheet metal from a roll.
  • the system has at least one application section.
  • the application section is in particular a flat or a volume section of the plant room.
  • the application section and a building platform have at least temporarily an overlap.
  • a powder layer can be applied to the building platform in the application section.
  • the powder layer can be applied to an intermediate layer between the building platform and the free surface.
  • a previous powder layer has already been irradiated and / or cured, so that this powder layer is applied to the previous one.
  • the system has a powder application device for this purpose.
  • the powder application device can have a reservoir for the material powder and / or the powder.
  • the powder layer is created in particular from the material powder.
  • the material powder in particular is applied over a large area in powder form.
  • the application device has a doctor blade and / or a smoothing device for this purpose.
  • the powder layer can completely fill the building platform; alternatively, the powder layer is only applied over a partial area of the building platform.
  • the powder layer in particular has a powder layer thickness.
  • the application section is arranged in particular in the plant room.
  • the system also has at least one irradiation section.
  • the irradiation section is preferably a flat section in the system room, alternatively the irradiation section is a volume section of the irradiation room.
  • the construction platform and / or the applied powder layer is preferably arranged and / or can be arranged at least temporarily in the irradiation section.
  • the system has, for example, an irradiation device which can selectively irradiate the powder layer.
  • the irradiation can take place, for example, as an irradiation with a laser, an ion or an electron beam.
  • the irradiation device has a laser, an ion source or an electron source for this purpose.
  • the powder layer is melted in particular selectively, punctiform, linear and / or flat.
  • a Solidification step so that the melted powder layer can solidify and solidify.
  • the system has a transport unit.
  • the transport unit is designed to move, move and / or displace the construction platform in the plant room.
  • the construction platform can be moved and / or moved along a transport path by means of the transport unit.
  • the transport path is preferably a straight path; alternatively and / or in addition, the transport path can form an angled, curved and / or branched transport path.
  • the transport route is preferably arranged entirely in the plant room. Alternatively, it can be provided that parts of the transport route are arranged outside the plant room.
  • the transport unit is designed to transport the building platform from the application section to the irradiation section.
  • the transport unit is designed in particular to transport the construction platform from one application section to an irradiation section and from the irradiation section to further application sections and / or irradiation sections.
  • the application section and the irradiation section are spaced apart, arranged one after the other and / or adjacent to one another.
  • the application section and the irradiation section are spaced apart along the transport path.
  • the application section and the irradiation section can be separated from one another by a further section; alternatively, the irradiation section and the application section are adjacent to one another without a transition.
  • One consideration of the invention is to provide a system for the more effective and / or faster production of a component by means of a generative production process.
  • it is a consideration to reduce and / or combine idle times, changeover times and / or preparation times. This is achieved in particular by the fact that the coating and irradiation are temporally and / or spatially decoupled from one another.
  • the construction platform remain in a fixed position during the construction process, as has been the case up to now, and possibly only the plate lowering can be done by moving the construction platform during the construction within the system, applying powder and exposing sequentially arranged and used.
  • the duration of the build-up per component is no longer given as the pure sum of all coating and exposure processes, but is only determined from the duration of the individual exposure processes.
  • the system has a plurality of application sections and a plurality of irradiation sections.
  • the number of application sections preferably corresponds to the number of irradiation sections.
  • all application sections and all irradiation sections are arranged within a common housing of the system and thus in a common system room.
  • the application sections and irradiation sections are arranged along the transport path.
  • application sections and irradiation sections are arranged alternately along the transport path.
  • the transport path leads in particular from a first application section to a first irradiation section, from the first irradiation section to the second application section up to, with possible further irradiation sections and application sections, to a last irradiation section.
  • the irradiation sections and application sections are arranged in particular along a linear and / or straight transport path.
  • the transport unit connects the plurality of application sections with the plurality of irradiation sections.
  • At least one application section is arranged between each two irradiation sections.
  • an irradiation section is followed by a further irradiation section, for example in order to further process, melt and / or structure the powder layer by means of a further laser beam, for example with a different wavelength or power.
  • the system has a first application device for applying the powder layer with a first material powder and a second application device for applying the powder layer in a second application section with a second material powder.
  • the system can be designed so that different material powders are used in the first application section and in a second application section.
  • the first material powder and the second material powder have different physical properties, chemical properties and / or compositions.
  • This embodiment is based on the idea of providing a system in which a component can be produced from different powder layers, in particular material powders, the different material powders being applied to different application sections which are spaced from one another over the transport path. In particular, mixing of the material powders can thus be avoided.
  • the component forms a multilayer component comprising a number of layers.
  • the number of layers corresponds in particular to the number of powder layers that are necessary to build up the component.
  • the number of layers is preferably greater than two and in particular greater than five. Furthermore, it is preferably provided that the number of layers is less than twenty.
  • the system has a number of irradiation sections and / or application sections which is equal to the number of layers of the component. This refinement is based on the consideration of providing a production system in such a way that all layers required to build up the component can be and / or generated in one line.
  • the construction platform is encompassed by the transport unit and / or the construction platform forms the transport unit.
  • the construction platform is connected by means of a mechanism, for example a linkage or ropes, in such a way that they can be displaced, moved and / or moved in the plant room.
  • the construction platforms that are included in the transport unit are reusable construction platforms that can be used again after a component has been built
  • Structure of a new further component can be used.
  • a construction platform is provided again and / or used at the start of the transport route.
  • the transport unit and / or the construction platform form a conveyor belt.
  • the construction platform forms a metal strip on which the powder layers are applied and the component is built on it.
  • the construction platform and / or the conveyor belt thus in particular form an endless belt which is arranged in a loop and / or closed.
  • the construction platform is designed for direct application and / or construction of the component on it.
  • the construction platform and / or the conveyor belt forms a base material and / or a base layer of the component.
  • the built-up component can then be punched out of the building platform and / or the conveyor belt and / or separated therefrom.
  • the system preferably has a processing chamber.
  • the processing chamber is formed, for example, by the housing of the system.
  • the plant room is arranged within the processing chamber.
  • at least and / or all of the irradiation sections are arranged in the processing chamber.
  • at least one or all application sections are arranged in the processing chamber.
  • a protective gas atmosphere prevails inside the processing chamber.
  • the system has an atmosphere supply device for this purpose, which supplies and / or discharges protective gas.
  • the processing chamber forms a barrier for the protective gas atmosphere with respect to the surroundings and / or the atmosphere. It is preferably provided that the transport route and / or the entire transport route is arranged within the processing chamber.
  • the processing chamber has an entry lock section and an exit lock section.
  • the transport path preferably extends from the entrance lock section to the exit lock section.
  • the entry lock section and / or the exit lock section is designed, for example, as a slot in the housing and / or the processing chamber.
  • the height of the slot is preferably dimensioned so that the construction platform can enter the transport unit at the entrance lock section and at the Exit lock section the component can exit.
  • the entry lock section and the exit lock section serve to open the processing chamber to the environment, while at the same time maintaining a protective gas atmosphere. For example, there is a protective gas overpressure in the processing chamber, so that the inlet lock section and exit lock section serve to discharge the overpressure and / or the protective gas, so that the protective gas atmosphere always prevails inside the processing chamber.
  • the system has at least one de-powdering unit.
  • the de-powdering unit is designed, for example, as a suction unit or as a magnetization unit or unit for generating an electric field.
  • the powder removal unit is preferably arranged after an irradiation section. By means of the powder removal unit, powder that has not been melted and / or not used can be removed and / or sucked off.
  • the removal can take place by electrical charging and / or separation and by magnetization. This embodiment is based on the idea of providing a resource-saving system so that, for example, the pulverulent material powder that was not used can be reused and used later.
  • the powder removal unit is arranged between application sections in which different
  • Material powders or material powders are used.
  • a first material powder is used in a first application section and a different material powder is used in the second application section, after the irradiation section for the first material powder the de-powdering unit sucks off the unused first material powder and only then does the further material powder apply.
  • This refinement is based on the consideration of being able to avoid mixing the types of material powder when changing the material powder within the system, so that each material powder can in particular continue to be used and / or recycled.
  • the transport unit is designed to carry out the transport of the construction platform continuously. For example, the construction platform is continuously conveyed at a constant speed along the transport path.
  • the transport unit is designed to transport the construction platform discontinuously, for example step by step.
  • the construction platform is transported along a given translation path with a given and / or adjustable length.
  • the component forms a flat component, the system forming a system for producing a flat component.
  • the system is designed and / or set up so that the exit lock section and / or the entry lock section are set up on flat components.
  • flat components are, for example, components with fewer than ten layers and / or with a height of less than five centimeters.
  • the component forms a structural component, a surface and / or a heat sink.
  • the component forms a bipolar plate and / or a flow field for a fuel cell.
  • the component is a bipolar plate for PEM fuel cells.
  • flow fields and / or bipolar plates for PEM fuel cells have five to ten layers.
  • One consideration here is to be able to produce, for example, fuel cell parts and / or bipolar plates in a system with a cycle time of one to two seconds per bipolar plate.
  • Another subject matter of the invention is a method for manufacturing a component in a generative manufacturing process.
  • the method is carried out with the system as described above.
  • a powder layer is applied to a building platform and the powder layer is then selectively irradiated.
  • the powder application is spatially separated and / or at a distance from the irradiation.
  • the construction platform is transported from an application section to an irradiation section.
  • provision is made, for example, to spatially separate the powder application and the exposure, so that a shortened processing time is possible.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a system for the additive manufacturing of a component
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a system for the additive manufacturing of a component
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a system for the additive manufacturing of a component.
  • FIG. 1 shows schematically a first exemplary embodiment of a system 1 for the additive manufacturing of a component 2.
  • the system is designed as a system for carrying out a powder-bed-based manufacturing process and / or additive manufacturing process.
  • the system 1 is designed as a system for selective laser melting.
  • the system 1 is designed here as a system such as a production system for the linear conveyance and / or manufacture of the component 2.
  • the component 2 here preferably forms a flat component which is made up of a plurality of layers. The layers can have the same or a different material composition.
  • the component 2 forms a 3D component which, in particular, has three-dimensional structures.
  • the component 2 forms a bipolar plate for a fuel cell.
  • the system 1 has a housing 3 which defines a processing chamber.
  • the housing defines a plant space 4 which is located inside the housing 3.
  • the housing 3 has an entry lock section 5 and an exit lock section 6.
  • the entry lock section 5 and the exit lock section 6 are designed as openings in the housing 3, and are preferably designed as slots.
  • the dimensioning of the exit lock opening 6 is selected in particular so that the height of the slot is greater than the height of the component 2 to be produced, but preferably has a lower height than twice the height of the component 2.
  • the system 1 has a transport unit 7.
  • the transport unit 7 is designed as a conveyor belt.
  • the conveyor belt is conveyed by a conveyor device 8.
  • the actual conveyor belt is preferably conveyed continuously at a uniform speed.
  • the conveyor belt and / or the transport unit 7 extends in particular from the entrance lock section 5 to the exit lock section 6.
  • a protective gas atmosphere is located in the housing 3 and thus in the plant room 4. To do this, a
  • Protective gas generating device regularly supplied protective gas 9 so that a continuous protective gas atmosphere prevails in the processing chamber and / or in the plant room.
  • the protective gas atmosphere and / or the supply of protective gas 9 is selected in such a way that there is an overpressure so that the protective gas escapes slightly at the inlet lock section 5 and the outlet lock section 6.
  • the system 1 comprises three application devices 10, which are arranged in the system room 4 and are located along the transport route.
  • the transport path is defined and / or fixed by the transport unit 7 and in particular by the conveyor belt.
  • the transport path extends from the entrance lock section 5 to the exit lock section 6.
  • the application devices 10 are designed to apply a material powder as a powder layer to the transport unit and in particular to a construction platform 11.
  • the building platforms are, for example, metal, plastic or ceramic plates that serve as a construction base for component 2.
  • the building platforms 11 are arranged on the conveyor belt and are transported by the transport unit 7 along the transport path.
  • the application devices 10 each apply a powder layer 12.
  • the first application device 10 on the transport route applies the powder layer to the construction platform, which Subsequent application devices 10 apply the powder layer to a previous powder layer and optionally to a melted powder layer.
  • the height profile of the powder layers increases from the entry lock section to the exit lock section with each application device 10, in particular these are arranged in a stepped manner in the height profile.
  • the material powder is applied continuously with the application devices 10, for example when the construction platforms 2 are continuously conveyed by the transport unit 7 at a constant speed.
  • the system 1 has an irradiation unit 13.
  • the irradiation unit 13 is designed here as a laser which emits a main laser beam 14.
  • the laser beam 14 is guided at least in sections within the housing 3 and / or in the plant room 4.
  • the system 1 has a scanner device 15 which is designed to subdivide the laser beam 15 into partial laser beams 16.
  • the partial laser beams also just called laser beams for short, are directed into irradiation sections 17.
  • the irradiation sections 17 are each located after an application section.
  • the powder layer 12 is selectively melted by the laser beam 16. The melted powder is then cooled and allowed to solidify.
  • next powder layer is applied to the cooled and / or solidified sections as well as the non-melted powder layer in a subsequent application device 10 and then irradiated and / or melted in the next irradiation section 17.
  • the component 2 can be processed and / or manufactured more quickly.
  • the system 1 comprises a powder removal unit 18.
  • the powder removal unit 18 is arranged in the housing 3. In particular, the powder removal unit 18 is arranged along the transport path after the last irradiation section 17.
  • the powder removal unit 18 is designed to suck up unused, melted and / or recyclable material powder.
  • the component 2 is thus exposed and / or cleaned the suction and / or removal of the application powder by means of the powder removal unit 18 recycling of the material powder, which can be returned to the application devices 10.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the system 1.
  • the system 1 is designed essentially the same as the system 1 from FIG.
  • the system 1 in FIG. 2 essentially differs in that the construction platform 11 serves directly as a conveyor belt for the transport unit 7.
  • a base sheet is conveyed as a construction platform 12 directly along the transport route.
  • the base sheet 2 is guided through the application devices 10, the powder layer being applied by the first application device 10 directly to the conveyor belt, here the base sheet.
  • the powder layer is melted.
  • the melted powder layer partially connects to the base sheet and thus to the building platform 12.
  • the base sheet then forms part of the component 2 to be produced.
  • the component 2 is de-powdered with the de-powdering unit 18.
  • the component 2 is then guided out of the processing chamber along the transport path.
  • the component 2 is separated from the base sheet or from the building platform.
  • the component 2 is punched out, cut out or otherwise separated for this purpose.
  • the separating, cutting out and / or punching out takes place in such a way that part of the base sheet or the construction platform remains part of the component 2.
  • This refinement is based on the idea of conveying the building platform directly, for example by driving it with motors, a pulling or pushing device. This saves a separate conveyor belt and wear and tear on it.
  • the base sheet can be provided as an endless material and the components can then be obtained by singling and / or punching / cutting out.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a system 1 for the additive manufacturing of a component 2.
  • the system 1 in FIG. 3 is essentially similar to FIG the other two embodiments from Figures 2 and 1 formed.
  • An essential difference from the previous embodiments is that the application devices 10a, 10b and 10c are designed to apply a different material powder.
  • the first application device 10a thus applies a first material powder as a powder layer. This powder layer is melted in the irradiation section. After this irradiation, the first material powder that is not used is suctioned off with the powder removal unit 18a.
  • the powder removal unit 18a removes the material powder that has not been used and can thus be returned to the application device 10a by type.
  • a second material powder is applied to the de-powdered section with the application device 10b after the de-powdering unit 18a.
  • the second material powder differs in its composition and / or in its physicochemical properties from the material powder that was used previously.
  • the powder layer of the second material powder applied in this way is melted, in particular selectively melted, in a subsequent irradiation.
  • After melting and, if necessary, cooling, unused second material powder is removed from the powder removal unit 18b.
  • the material powder removed with the powder removal unit 18b is again sorted and can be returned to the application device 10b.
  • a third material powder is applied as a powder layer.
  • composition and / or the physicochemical properties of the third material powder are in particular different from those of the second material powder.
  • the applied powder layer of the third material powder is then also selectively melted and / or irradiated. Unused third material powder is removed with the de-powdering unit 18c. The removed third material powder can be returned from the de-powdering unit 18c of the application device 10c.
  • This embodiment is based on the idea of being able to produce components with multiple layers generatively, the layers having different material compositions and / or properties.

Abstract

Anlage (1) zur generativen Fertigung eines Bauteils (2) aus einem Materialpulver, mit einer Bauplattform (11) zum Aufbau des Bauteils (2), mit mindestens einem Auftragungsabschnitt zum Aufträgen einer Pulverschicht (12) auf die Bauplattform (11), mit mindestens einem Bestrahlungsabschnitt (17) zum selektiven Bestrahlen der Pulverschicht (12), mit einer Transporteinheit (7), wobei die Transporteinheit (7) ausgebildet ist, die Bauplattform (11) in einem Anlagenraum (4) entlang eines Transportweges zu bewegen und/oder zu verfahren, wobei der Auftragungsabschnitt und der Bestrahlungsabschnitt (13) entlang des Transportweges beabstandet und/oder benachbart sind.

Description

Beschreibung
Titel
Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils und Verfahren
Stand der Technik
Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils aus einem pulverförmigen Materialpulver, mit einer Bauplattform zum Aufbau des Bauteils, mit mindestens einem Auftragungsabschnitt zum Aufträgen einer Pulverschicht auf die Bauplattform, mit mindestens einem Bestrahlungsabschnitt zum selektiven Bestrahlen der Pulverschicht.
Pulverbettbasierte Anlagen zum additiven Aufbau von Bauteilen, beispielsweise 3D-Druck, sind im Stand der Technik bekannt. Solche Anlagen sind linear aufgebaut, das heißt, die Pulverbeschichtung funktioniert translatorisch innerhalb der Prozesskammer und verursacht Standzeiten, die die Gesamtproduktivität von additiven Fertigungsprozessen deutlich senkt. Zur Steigerung der Selektivität werden im Stand der Technik beispielsweise Multilaseranlagen eingesetzt, bei welchen mehrere Laserstrahlen simultan zum Aufbau von mehreren Bauteilen in einer Prozesskammer genutzt werden.
Die Druckschrift DE 10 2016 211 799 Al, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung Werkstücken aus einem Pulvermaterial. Die Vorrichtung weist eine Trägereinrichtung mit wenigstens einem Aufbaubehälter für das pulverförmige Material auf, aus dem die Werkstücke durch selektives Aufschmelzen und anschließendes Erstarren mittels eines Bearbeitungsstrahls innerhalb des Aufbaubehälters herstellbar sind. Wenigstens ein Vorratsbehälter weist ein separates Verteilelement auf, das um eine Achse relativ zu der ortsfest angeordneten Trägereinrichtung drehbar ist. Eine Überlegung der Erfindung ist es, eine Anlage bereitzustellen, bei welcher Aufbauzeiten des Bauteils, sowie Stand- und Wartezeiten der Anlage reduziert werden.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird ein Verfahren zur generativen Fertigung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es wird eine Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils aus einem pulverförmigen Materialpulver vorgeschlagen. Die Anlage ist insbesondere zur Durchführung eines pulverbettbasierten Aufbauverfahrens, vorzugsweise pulverbettbasierten Druckverfahren, ausgebildet. Die Anlage bildet beispielsweise eine 3D-Druckanlage. Das Bauteil und/oder das Materialpulver kann ein Metall-, Keramik- und/oder Kunststoffmaterial umfassen und/oder bildern. Im Speziellen ist die Anlage als eine selektive Lasermeltinganlage (SLM), als eine elektronenstrahlbasierte Aufbauanlage (EBM) oder ein lonenstrahlaufbauverfahren ausgebildet. Die Anlage weist insbesondere einen Anlagenraum auf. Der Anlagenraum kann beispielsweise von einem Gehäuse der Anlage umgeben sein und/oder begrenzt werden. Das Bauteil ist vorzugsweise ein Schichtbauteil und umfasst mehr als zwei Schichten und/oder weniger als 100 Schichten. Vorzugsweise bildet das Bauteil ein Flachbauteil. Das pulverförmige Materialpulver ist beispielsweise ein Metallpulver, ein Keramikpulver oder ein Kunststoffpulver. Insbesondere kann das Materialpulver einen Binder umfassen.
Die Anlage umfasst mindestens eine Bauplattform zum Aufbau des Bauteils. Die Bauplattform weist mindestens einen flächigen Abschnitt auf. Die Bauplattform und/oder dessen flächiger Abschnitt ist vorzugsweise eben ausgebildet. Im Speziellen kann die Bauplattform einen Metallträger bilden. Beispielsweise ist die Bauplattform als eine Metall-, Kunststoff- oder Keramikplatte ausgebildet. Insbesondere kann die Bauplattform als ein Endlosmaterial ausgebildet sein, beispielsweise als ein Blech von einer Rolle.
Die Anlage weist mindestens einen Auftragungsabschnitt auf. Der Auftragungsabschnitt ist insbesondere ein flächiger oder ein Volumenabschnitt des Anlagenraums. Insbesondere weist der Auftragungsabschnitt und eine Bauplattform mindestens temporär einen Überlapp auf. In dem Auftragungsabschnitt ist eine Pulverschicht auf die Bauplattform auftragbar. Insbesondere ist die Pulverschicht auf eine Zwischenschicht zwischen Bauplattform und freier Oberfläche auftragbar. Beispielsweise ist bereits eine vorherige Pulverschicht bestrahlt und/oder ausgehärtet, sodass das Aufträgen dieser Pulverschicht auf die vorherige erfolgt. Beispielsweise weist die Anlage dazu eine Pulverauftragungseinrichtung auf. Die Pulverauftragungseinrichtung kann ein Reservoir für das Materialpulver und/oder das Pulver aufweisen. Die Pulverschicht wird insbesondere aus dem Materialpulver erstellt. Dazu wird insbesondere das Materialpulver in Pulverform flächig aufgetragen. Im Speziellen weist die Auftragungseinrichtung dazu eine Rakel und/oder einen Glattstreicher auf. Die Pulverschicht kann die Bauplattform komplett ausfüllen, alternativ wird die Pulverschicht nur über einen Teilbereich der Bauplattform aufgetragen. Die Pulverschicht weist insbesondere eine Pulverschichtdicke auf. Der Auftragungsabschnitt ist insbesondere im Anlagenraum angeordnet.
Die Anlage weist ferner mindestens einen Bestrahlungsabschnitt auf. Der Bestrahlungsabschnitt ist vorzugsweise ein flächiger Abschnitt im Anlagenraum, alternativ ist der Bestrahlungsabschnitt ein Volumenabschnitt des Bestrahlungsraums. Die Bauplattform und/oder die aufgetragene Pulverschicht ist vorzugsweise mindestens temporär im Bestrahlungsabschnitt angeordnet und/oder anordenbar. Die Anlage weist beispielsweise eine Bestrahlungseinrichtung auf, welche die Pulverschicht selektiv bestrahlen kann. Das Bestrahlen kann beispielsweise als ein Bestrahlen mit einem Laser-, einem Ionen- oder einem Elektronenstrahl erfolgen. Beispielsweise weist dazu die Bestrahlungseinrichtung einen Laser, eine lonenquelle oder eine Elektronenquelle auf. Durch das selektive Bestrahlen wird die Pulverschicht insbesondere selektiv, punktförmig, linienförmig und/oder flächig aufgeschmolzen. Nach dem Bestrahlen erfolgt vorzugsweise ein Erstarrungsschritt, sodass die aufgeschmolzene Pulverschicht erstarren und sich verfestigen kann.
Die Anlage weist eine Transporteinheit auf. Die Transporteinheit ist ausgebildet, die Bauplattform im Anlagenraum zu bewegen, zu verschieben und/oder zu verfahren. Mittels der Transporteinheit ist die Bauplattform entlang eines Transportweges bewegbar und/oder verfahrbar. Der Transportweg ist vorzugsweise ein gerader Weg, alternativ und/oder ergänzend kann der Transportweg einen gewinkelten, gebogenen und/oder verzweigten Transportweg bilden. Vorzugsweise ist der Transportweg vollständig im Anlagenraum angeordnet. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass Teile des Transportweges außerhalb des Anlagenraumes angeordnet sind. Die Transporteinheit ist ausgebildet, die Bauplattform von dem Auftragungsabschnitt zu dem Bestrahlungsabschnitt zu transportieren. Weist die Anlage mehrere Auftragungsabschnitte und/oder mehrere Bestrahlungsabschnitte auf, so ist die Transporteinheit insbesondere ausgebildet, die Bauplattform von einem Auftragungsabschnitt zu einem Bestrahlungsabschnitt und von dem Bestrahlungsabschnitt weiter zu weiteren Auftragungsabschnitten und/oder Bestrahlungsabschnitten zu transportieren.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Auftragungsabschnitt und der Bestrahlungsabschnitt beabstandet, nacheinander und/oder benachbart zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind Auftragungsabschnitt und Bestrahlungsabschnitt entlang des Transportweges beabstandet. Auftragungsabschnitt und Bestrahlungsabschnitt können durch einen weiteren Abschnitt voneinander getrennt sein, alternativ sind Bestrahlungsabschnitt und Auftragungsabschnitt ohne Übergang zueinander angrenzend.
Es ist eine Überlegung der Erfindung, eine Anlage zur effektiveren und/oder schnelleren Fertigung eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Überlegung, Standzeiten, Wechselzeiten und/oder Vorbereitungszeiten zu reduzieren und/oder zusammenzulegen. Dies gelingt insbesondere dadurch, dass Beschichtung und Bestrahlung zeitlich und/oder räumlich voneinander entkoppelt sind. Anstatt wie bisher die Bauplattform während des Aufbauprozesses an einer festen Stelle verbleiben zu lassen und gegebenenfalls die Platte lediglich abzusenken, kann durch ein Verschieben der Bauplattform während des Aufbaus innerhalb der Anlage Pulver auftragen und Belichten sequenziell angeordnet und verwendet werden. Insbesondere ist dadurch die Dauer des Aufbaus pro Bauteil nicht mehr als die reine Summe aller Beschichtungs- und Belichtungsvorgänge gegeben, sondern lediglich aus der Dauer der einzelnen Belichtungsvorgänge bestimmt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anlage eine Mehrzahl an Auftragungsabschnitten und eine Mehrzahl an Bestrahlungsabschnitten aufweist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl an Auftragungsabschnitten der Anzahl der Bestrahlungsabschnitte. Beispielsweise sind alle Auftragungsabschnitte und alle Bestrahlungsabschnitte innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses der Anlage angeordnet und somit in einem gemeinsamen Anlagenraum. Die Auftragungsabschnitte und Bestrahlungsabschnitte sind entlang des Transportweges angeordnet. Insbesondere sind Auftragungsabschnitte und Bestrahlungsabschnitte abwechselnd entlang des Transportweges angeordnet. Der Transportweg führt im Speziellen von einem ersten Auftragungsabschnitt zu einem ersten Bestrahlungsabschnitt, vom ersten Bestrahlungsabschnitt zum zweiten Auftragungsabschnitt bis, mit möglichen weiteren Bestrahlungsabschnitten und Auftragungsabschnitten, zu einem letzten Bestrahlungsabschnitt. Die Bestrahlungsabschnitte und Auftragungsabschnitte sind insbesondere entlang eines linearen und/oder geraden Transportweges angeordnet. Die Transporteinheit verbindet die Mehrzahl an Auftragungsabschnitten mit der Mehrzahl an Bestrahlungsabschnitten.
Besonders bevorzugt ist es, dass zwischen zwei Bestrahlungsabschnitten jeweils mindestens ein Auftragungsabschnitt angeordnet ist. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass auf einen Bestrahlungsabschnitt ein weiterer Bestrahlungsabschnitt folgt, beispielsweise, um mittels eines weiteren Laserstrahls, beispielsweise mit anderen Wellenlänge oder Leistung, die Pulverschicht weiter zu bearbeiten, aufzuschmelzen und/oder zu strukturieren.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Anlage eine erste Auftragungseinrichtung zur Auftragung der Pulverschicht mit einem ersten Materialpulver aufweist und eine zweite Auftragungseinrichtung zur Auftragung der Pulverschicht in einem zweiten Auftragungsabschnitt mit einem zweiten Materialpulver. Insbesondere kann die Anlage ausgebildet sein, dass in dem ersten Auftragungsabschnitt und in einem zweiten Auftragungsabschnitt unterschiedliche Materialpulver verwendet werden. Das erste Materialpulver und das zweite Materialpulver weisen unterschiedliche physikalische Eigenschaften, chemische Eigenschaften und/oder Zusammensetzungen auf. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Anlage bereitzustellen, bei der ein Bauteil aus unterschiedlichen Pulverschichten, insbesondere Materialpulvern, herstellbar ist, wobei die unterschiedlichen Materialpulver an unterschiedlichen Auftragungsabschnitten aufgetragen werden, welche über den Transportweg voneinander beabstandet sind. Insbesondere kann so eine Vermischung der Materialpulver vermieden werden.
Insbesondere bildet das Bauteil ein Mehrschichtbauteil umfassend eine Schichtanzahl an Schichten. Die Schichtanzahl entspricht insbesondere der Anzahl an Pulverschichten, die zum Aufbau des Bauteils nötig sind.
Vorzugsweise ist die Schichtanzahl größer als zwei und im Speziellen größer als fünf. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Schichtanzahl kleiner als zwanzig ist. Optional weist die Anlage eine Anzahl an Bestrahlungsabschnitten und/oder Auftragungsabschnitten auf, die gleich der Schichtanzahl des Bauteils ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Fertigungsanlage so bereitzustellen, dass alle zum Aufbau des Bauteils nötigen Schichten in einer Linie erzeugbar und/oder generierbar sind.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bauplattform von der Transporteinheit umfasst ist und/oder die Bauplattform die Transporteinheit bildet. Beispielsweise ist dazu die Bauplattform mittels einer Mechanik, beispielsweise einem Gestänge oder Seilen, so verbunden, dass diese im Anlagenraum verschiebbar, bewegbar und/oder verfahrbar sind. Insbesondere sind die Bauplattformen, die von der Transporteinheit umfasst sind, wiederverwendbare Bauplattformen, die nach Aufbau eines Bauteils wieder zum
Aufbau eines neuen weiteren Bauteils einsetzbar sind. Beispielsweise wird eine Bauplattform nach erfolgreichem Bauteilaufbau am Start des Transportweges wieder bereitgestellt und/oder eingesetzt. Besonders bevorzugt ist es, dass die Transporteinheit und/oder die Bauplattform ein Förderband bildet. Beispielsweise bildet die Bauplattform ein Metallband, auf welches die Pulverschichten aufgetragen werden und das Bauteil darauf aufgebaut wird. Die Bauplattform und/oder das Förderband bilden somit insbesondere ein Endlosband, welches schleifenförmig und/oder geschlossen angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die Bauplattform zum direkten Aufträgen und/oder Aufbau des Bauteils auf ihm ausgebildet ist. Beispielsweise bildet die Bauplattform und/oder das Förderband ein Grundmaterial und/oder eine Grundschicht des Bauteils. Beispielsweise kann das aufgebaute Bauteil anschließend aus der Bauplattform und/oder dem Förderband ausgestanzt und/oder davon vereinzelt werden.
Die Anlage weist vorzugsweise eine Bearbeitungskammer auf. Die Bearbeitungskammer ist beispielsweise von dem Gehäuse der Anlage gebildet. Insbesondere ist der Anlagenraum innerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass mindestens und/oder alle Bestrahlungsabschnitte in der Bearbeitungskammer angeordnet sind. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens einer oder alle Auftragungsabschnitte in der Bearbeitungskammer angeordnet sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass innerhalb der Bearbeitungskammer eine Schutzgasatmosphäre vorherrscht. Beispielsweise weist die Anlage dazu eine Atmosphärenbereitstellungseinrichtung auf, welche Schutzgas zu- und/oder ableitet. Die Bearbeitungskammer bildet insbesondere eine Barriere für die Schutzgasatmosphäre gegenüber der Umgebung und/oder der Atmosphäre. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Transportweg und/oder der gesamte Transportweg innerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bearbeitungskammer einen Eingangsschleusenabschnitt und einen Ausgangsschleusenabschnitt aufweist. Der Transportweg erstreckt sich vorzugsweise vom Eingangsschleusenabschnitt zu dem Ausgangsschleusenabschnitt. Der Eingangsschleusenabschnitt und/oder der Ausgangsschleusenabschnitt ist beispielsweise als ein Schlitz in dem Gehäuse und/oder der Bearbeitungskammer ausgebildet. Vorzugsweise ist die Höhe des Schlitzes so dimensioniert, dass auf der Transporteinheit am Eingangsschleusenabschnitt die Bauplattform eintreten kann und am Ausgangsschleusenabschnitt das Bauteil austreten kann. Der Eingangsschleusenabschnitt und der Ausgangsschleusenabschnitt dienen der Öffnung der Bearbeitungskammer gegenüber der Umgebung, wobei diese gleichzeitig ein Aufrechterhalten einer Schutzgasatmosphäre bewirken. Beispielsweise herrscht in der Bearbeitungskammer ein Schutzgasüberdruck, sodass Eingangsschleusenabschnitt und Ausgangsschleusenabschnitt dem Abströmen des Überdrucks und/oder des Schutzgases dienen, sodass innerhalb der Bearbeitungskammer stets die Schutzgasatmosphäre vorherrscht.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Anlage mindestens eine Entpulverungseinheit aufweist. Die Entpulverungseinheit ist beispielsweise als eine Saugeinheit oder als eine Magnetisierungseinheit oder Einheit zur Generierung eines elektrischen Feldes ausgebildet. Die Entpulverungseinheit ist vorzugsweise nach einem Bestrahlungsabschnitt angeordnet. Mittels der Entpulverungseinheit kann nicht aufgeschmolzenes und/oder nicht verwendetes Pulver abgetragen und/oder abgesaugt werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass anstatt und/oder neben einem Absaugen des Pulvers bei metallischen und/oder anderweitigen Pulvern das Abtragen durch elektrisches Aufladen und/oder Trennen sowie durch Magnetisieren erfolgen kann. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine ressourcenschonende Anlage bereitzustellen, sodass beispielsweise das pulverförmige Materialpulver, das nicht verwendet wurde, später wiederverwendet und eingesetzt werden kann.
Optional ist es vorgesehen, dass die Entpulverungseinheit zwischen Auftragungsabschnitten angeordnet ist, bei denen unterschiedliche
Materialpulverien beziehungsweise Materialpulver eingesetzt werden.
Beispielsweise wird in einem ersten Auftragungsabschnitt ein erstes Materialpulver eingesetzt und in dem zweiten Auftragungsabschnitt ein anderweitiges Materialpulver eingesetzt, wobei nach dem Bestrahlungsabschnitt für das erste Materialpulver die Entpulverungseinheit das nicht gebrauchte erste Materialpulver absaugt und erst danach das weitere Materialpulver aufgetragen wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, beim Wechsel des Materialpulvers innerhalb der Anlage eine Sortenvermischung der Materialpulver vermeiden zu können, sodass jedes Materialpulver insbesondere weiterverwendbar und/oder recycelbar ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die Transporteinheit ausgebildet ist, den Transport der Bauplattform kontinuierlich durchzuführen. Beispielsweise wird dabei die Bauplattform mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang des Transportweges kontinuierlich gefördert. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine kontinuierliche Bearbeitung zu ermöglichen und/oder so ein Verrücken, Verrutschen und/oder Verschmieren der Pulverschicht vermeiden zu können. Alternativ ist es vorgesehen, dass die Transporteinheit ausgebildet ist, die Bauplattform diskontinuierlich, beispielsweise schrittweise, zu transportieren. Beispielsweise erfolgt dabei der Transport der Bauplattform jeweils entlang eines vorgegebenen Translationsweges mit vorgegebener und/oder einstellbarer Länge.
Optional ist es vorgesehen, dass das Bauteil ein Flachbauteil bildet, wobei die Anlage eine Anlage zum Herstellen eines Flachbauteils bildet. Insbesondere ist die Anlage dabei darauf ausgerichtet und/oder eingerichtet, dass Ausgangsschleusenabschnitt und/oder Eingangsschleusenabschnitt auf Flachbauteile eingerichtet sind. Beispiele für Flachbauteile sind beispielsweise Bauteile mit weniger als zehn Schichten und/oder mit einer Höhe von weniger als fünf Zentimeter. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Bauteil ein Strukturbauteil, eine Fläche und/oder einen Kühlkörper bildet.
Besonders bevorzugt ist es, dass das Bauteil eine Bipolarplatte und/oder ein Flow-Field für eine Brennstoffzelle bildet. Beispielsweise ist das Bauteil eine Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen. Beispielsweise weisen Flow-Fields und/oder Bipolarplatten für PEM-Brennstoffzellen fünf bis zehn Schichten auf. Dabei ist es eine Überlegung, beispielsweise Brennstoffzellenteile und/oder Bipolarplatten in einer Anlage mit einer Taktzeit von ein bis zwei Sekunden pro Bipolarplatte erzeugen zu können.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils in einem generativen Fertigungsprozess. Insbesondere erfolgt die Durchführung des Verfahrens mit der Anlage wie vorher beschrieben. Zur Herstellung des Bauteils wird eine Pulverschicht auf eine Bauplattform aufgetragen und die Pulverschicht anschließend selektiv bestrahlt. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Pulverauftragen räumlich getrennt und/oder beabstandet von der Bestrahlung erfolgt. Dazu wird beispielsweise die Bauplattform von einem Auftragungsabschnitt zu einem Bestrahlungsabschnitt transportiert. Verfahrensgemäß ist es dabei beispielsweise vorgesehen, das Pulverauftragen und das Belichten räumlich zu trennen, sodass eine verkürzte Bearbeitungszeit möglich ist.
Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform einer Anlage zur generativen Fertigung eines Bauteils.
Figur 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage 1 zur generativen Fertigung eines Bauteils 2. Die Anlage ist als eine Anlage zur Durchführung eines pulverbettbasierten Fertigungsverfahrens und/oder additiven Fertigungsverfahrens ausgebildet. Beispielsweise ist die Anlage 1 als eine Anlage zum selektiven Laserschmelzen ausgebildet. Die Anlage 1 ist hier als eine Anlage wie eine Fertigungsanlage zur linearen Förderung und/oder Herstellung des Bauteils 2 ausgebildet. Das Bauteil 2 bildet hierbei vorzugsweise ein Flachbauteil, welches aus einer Mehrzahl an Schichten aufgebaut ist. Die Schichten können eine gleiche oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen. Das Bauteil 2 bildet ein 3D-Bauteil, welches insbesondere dreidimensionale Strukturen aufweist. Beispielsweise bildet das Bauteil 2 eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle.
Die Anlage 1 weist ein Gehäuse 3 auf, welches eine Bearbeitungskammer definiert. Das Gehäuse definiert einen Anlagenraum 4, welcher sich im Inneren des Gehäuses 3 befindet. Das Gehäuse 3 weist einen Eingangsschleusenabschnitt 5 und einen Ausgangsschleusenabschnitt 6 auf. Der Eingangsschleusenabschnitt 5 und der Ausgangsschleusenabschnitt 6 sind als Öffnungen im Gehäuse 3 ausgebildet, und vorzugsweise schlitzweise ausgebildet. Die Dimensionierung der Ausgangsschleusenöffnung 6 ist insbesondere so gewählt, dass die Höhe des Schlitzes größer ist als die Höhe des herzustellenden Bauteils 2, jedoch vorzugsweise eine geringere Höhe aufweist als die doppelte Höhe des Bauteils 2.
Die Anlage 1 weist eine Transporteinheit 7 auf. Die Transporteinheit 7 ist als ein Förderband ausgebildet. Das Förderband wird von einer Fördereinrichtung 8 gefördert. Die Förderung des eigentlichen Förderbandes erfolgt dabei vorzugsweise kontinuierlich mit einer einheitlichen Geschwindigkeit. Das Förderband und/oder die Transporteinheit 7 erstreckt sich insbesondere von dem Eingangsschleusenabschnitt 5 zu dem Ausgangsschleusenabschnitt 6. In dem Gehäuse 3 und damit im Anlagenraum 4 befindet sich eine Schutzgasatmosphäre. Dazu wird mittels einer
Schutzgasgenerierungseinrichtung regelmäßig Schutzgas 9 zugeführt, sodass in der Bearbeitungskammer und/oder im Anlagenraum eine kontinuierliche Schutzgasatmosphäre herrscht. Insbesondere ist die Schutzgasatmosphäre und/oder die Zulieferung des Schutzgases 9 so gewählt, dass ein Überdruck herrscht, sodass ein geringfügiger Austritt des Schutzgases an dem Eingangsschleusenabschnitt 5 und dem Ausgangsschleusenabschnitt 6 erfolgt.
Die Anlage 1 umfasst drei Auftragungseinrichtungen 10, welche im Anlagenraum 4 angeordnet sind und sich entlang des Transportweges befinden. Der Transportweg wird durch die Transporteinheit 7 und insbesondere durch das Förderband definiert und/oder festgelegt. Der Transportweg erstreckt sich vom Eingangsschleusenabschnitt 5 zum Ausgangsschleusenabschnitt 6. Die Auftragungseinrichtungen 10 sind ausgebildet, ein Materialpulver als eine Pulverschicht auf die Transporteinheit und insbesondere auf eine Bauplattform 11 aufzutragen. Die Bauplattformen sind beispielsweise Metall-, Kunststoff- oder Keramikplatten, die als Aufbaubasis für das Bauteil 2 dienen. Die Bauplattformen 11 sind auf dem Förderband angeordnet und werden von der Transporteinheit 7 entlang des Transportweges transportiert. Die Auftragungseinrichtungen 10 tragen jeweils eine Pulverschicht 12 auf. Die am Transportweg erste Auftragungseinrichtung 10 trägt die Pulverschicht auf die Bauplattform auf, die nachfolgenden Auftragungseinrichtungen 10 tragen die Pulverschicht auf eine vorherige Pulverschicht und gegebenenfalls auf eine aufgeschmolzene Pulverschicht auf. Das Höhenprofil der Pulverschichten nimmt vom Eingangsschleusenabschnitt zum Ausgangsschleusenabschnitt mit jeder Auftragungseinrichtung 10 zu, insbesondere sind diese stufenförmig im Höhenprofil angeordnet. Beispielsweise erfolgt das Aufträgen des Materialpulvers mit den Auftragungseinrichtungen 10 kontinuierlich, beispielsweise, wenn die Bau Plattformen 2 kontinuierlich mit gleichbleibender Geschwindigkeit von der Transporteinheit 7 gefördert werden.
Die Anlage 1 weist eine Bestrahlungseinheit 13 auf. Die Bestrahlungseinheit 13 ist hier als ein Laser ausgebildet, der einen Hauptlaserstrahl 14 ausgibt. Der Laserstrahl 14 wird mindestens abschnittsweise innerhalb des Gehäuses 3 und/oder im Anlagenraum 4 geleitet. Die Anlage 1 weist eine Scannereinrichtung 15 auf, die ausgebildet ist, den Laserstrahl 15 in Teillaserstrahlen 16 zu unterteilen. Die Teillaserstrahlen, kurz auch nur Laserstrahl genannt, werden in Bestrahlungsabschnitte 17 geleitet. Die Bestrahlungsabschnitte 17 liegen insbesondere jeweils nach einem Auftragungsabschnitt. Im Bestrahlungsabschnitt 17 wird die Pulverschicht 12 von dem Laserstrahl 16 selektiv aufgeschmolzen. Das aufgeschmolzene Pulver wird anschließend abgekühlt und sich verfestigen gelassen. Auf die abgekühlten und/oder verfestigten Abschnitte sowie die nicht aufgeschmolzene Pulverschicht wird in einer nachfolgenden Auftragungseinrichtung 10 die nächstfolgende Pulverschicht aufgetragen und anschließend im nächsten Bestrahlungsabschnitt 17 bestrahlt und/oder aufgeschmolzen. Durch das Anordnen der Auftragungsabschnitte und Bestrahlungsabschnitte 17 nacheinander und das Verwenden mehrerer Bestrahlungsabschnitte und/oder mehrerer Auftragungsabschnitte kann eine schnellere Prozessierung und/oder Fertigung des Bauteils 2 erfolgen.
Die Anlage 1 umfasst eine Entpulverungseinheit 18. Die Entpulverungseinheit 18 ist im Gehäuse 3 angeordnet. Insbesondere ist die Entpulverungseinheit 18 entlang des Transportweges nach dem letzten Bestrahlungsabschnitt 17 angeordnet. Die Entpulverungseinheit 18 ist ausgebildet, nicht verwendetes, aufgeschmolzenes und/oder recycelbares Materialpulver abzusaugen. Damit erfolgt eine Freilegung und/oder Säuberung des Bauteils 2. Ferner erfolgt durch das Absaugen und/oder Entfernen des Auftragungspulvers mittels der Entpulverungseinheit 18 ein Recyceln des Materialpulvers, welches rückgeführt werden kann zu den Auftragungseinrichtungen 10.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführung der Anlage 1. Die Anlage 1 ist im Wesentlichen gleich zur Anlage 1 aus Figur 1 ausgebildet. Die Anlage 1 in der Figur 2 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass die Bauplattform 11 direkt als Förderband der Transporteinheit 7 dient. Dabei wird ein Basisblech als Bauplattform 12 direkt entlang des Transportweges gefördert. Das Basisblech 2 wird durch die Auftragungseinrichtungen 10 geführt, wobei von der ersten Auftragungseinrichtung 10 die Pulverschicht direkt auf das Förderband, hier dem Basisblech, aufgetragen wird. Im Bestrahlungsabschnitt 17 nach der ersten Auftragungseinrichtung 10 erfolgt das Aufschmelzen der Pulverschicht. Dabei verbindet sich insbesondere teilweise die aufgeschmolzene Pulverschicht mit dem Basisblech und damit mit der Bauplattform 12. Das Basisblech bildet hierbei dann einen Teil des herzustellenden Bauteils 2. Das nachfolgende Aufträgen von weiteren Pulverschichten und das weitere Aufschmelzen erfolgt auf die bereits vorher aufgetragenen Pulverschichten und/oder aufgeschmolzenen Abschnitte. Nach dem letzten Aufschmelzabschnitt wird das Bauteil 2 mit der Entpulverungseinheit 18 entpulvert. Das Bauteil 2 wird anschließend entlang des Transportweges aus der Bearbeitungskammer geführt. Nach dem Entpulvern und Herausführen wird das Bauteil 2 von dem Basisblech beziehungsweise von der Bauplattform vereinzelt. Beispielsweise wird dazu das Bauteil 2 ausgestanzt, ausgeschnitten oder anderweitig separiert. Insbesondere erfolgt das Separieren, Ausschneiden und/oder Ausstanzen so, dass ein Teil des Basisblechs beziehungsweise der Bauplattform Teil des Bauteils 2 bleibt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, die Bauplattform direkt zu fördern, beispielsweise durch Antrieb mit Motoren, einer Zug- oder Schubvorrichtung. Damit erspart man sich ein separates Förderband und Verschleiß dessen. Insbesondere kann das Basisblech als Endlosmaterial bereitgestellt sein und die Bauteile anschließend durch Vereinzeln und/oder Ausstanzen/Ausschneiden gewonnen werden.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Anlage 1 zur generativen Fertigung eines Bauteils 2. Die Anlage 1 in Figur 3 ist im Wesentlichen ähnlich zu den beiden anderen Ausführungsformen aus Figur 2 und 1 ausgebildet. Ein wesentlicher Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen liegt darin, dass die Auftragungseinrichtungen 10a, 10b und 10c zum Aufträgen eines jeweils anderen Materialpulvers ausgebildet sind. So trägt die erste Auftragungseinrichtung 10a ein erstes Materialpulver als eine Pulverschicht auf. Diese Pulverschicht wird im Bestrahlungsabschnitt aufgeschmolzen. Nach dieser Bestrahlung erfolgt das Absaugen nicht verwendeten ersten Materialpulvers mit der Entpulverungseinheit 18a. Durch die Entpulverungseinheit 18a wird das Materialpulver, das nicht verwendet wurde, entfernt und ist damit sortenrein der Auftragungseinrichtung 10a rückführbar. Auf den entpulverten Abschnitt wird mit der Auftragungseinrichtung 10b nach der Entpulverungseinheit 18a ein zweites Materialpulver aufgetragen. Das zweite Materialpulver unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung und/oder in seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften von dem Materialpulver, das vorher verwendet wurde. Die so aufgetragene Pulverschicht aus dem zweiten Materialpulver wird in einer nachfolgenden Bestrahlung aufgeschmolzen, insbesondere selektiv aufgeschmolzen. Nach dem Aufschmelzen und gegebenenfalls dem Abkühlen wird nicht verwendetes zweites Materialpulver von der Entpulverungseinheit 18b entfernt. Das entfernte Materialpulver mit der Entpulverungseinheit 18b ist wieder sortenrein und kann der Auftragungseinrichtung 10b zurückgeführt werden. In einer nachfolgenden Auftragungseinrichtung 10c wird ein drittes Materialpulver als eine Pulverschicht aufgetragen. Die Zusammensetzung und/oder die physikalisch-chemischen Eigenschaften des dritten Materialpulvers sind insbesondere unterschiedlich zu denen des zweiten Materialpulvers. Die aufgetragene Pulverschicht des dritten Materialpulvers wird anschließend ebenfalls selektiv aufgeschmolzen und/oder bestrahlt. Nicht verwendetes drittes Materialpulver wird mit der Entpulverungseinheit 18c entfernt. Das entfernte dritte Materialpulver kann von der Entpulverungseinheit 18c der Auftragungseinrichtung 10c zurückgeführt werden.
Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, Bauteile mit mehreren Schichten generativ fertigen zu können, wobei die Schichten unterschiedliche Materialzusammensetzungen und/oder Eigenschaften aufweisen. Durch das nacheinander Anordnen von Auftragungseinrichtungen 10a, 10b und 10c ist ein Pulver und/oder Materialwechsel einsparbar und der Prozess kann kontinuierlich geführt werden. Durch das Absaugen nicht verbrauchten Pulvers nach dem jeweiligen Aufschmelzen kann eine sortenreine Wiederverwendung der Pulver gewährleistet werden.

Claims

Ansprüche
1. Anlage (1) zur generativen Fertigung eines Bauteils (2) aus einem
Materialpulver, mit einer Bauplattform (11) zum Aufbau des Bauteils (2), mit mindestens einem Auftragungsabschnitt zum Aufträgen einer Pulverschicht (12) auf die Bauplattform (11), mit mindestens einem Bestrahlungsabschnitt (17) zum selektiven Bestrahlen der Pulverschicht (12), gekennzeichnet durch eine Transporteinheit (7), wobei die Transporteinheit (7) ausgebildet ist, die Bauplattform (11) in einem Anlagenraum (4) entlang eines Transportweges zu bewegen und/oder zu verfahren, wobei der
Auftragungsabschnitt und der Bestrahlungsabschnitt (13) entlang des
Transportweges beabstandet und/oder benachbart sind.
2. Anlage (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl an
Auftragungsabschnitten und eine Mehrzahl an Bestrahlungsabschnitten (13), wobei die Auftragungsabschnitt und die Bestrahlungsabschnitte (13) entlang des Transportweges beabstandet sind.
3. Anlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Bestrahlungsabschnitten (13) jeweils mindestens ein Auftragungsabschnitt angeordnet ist.
4. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Auftragungseinrichtung (10, 10a, 10b) zur Auftragung eines ersten Materialpulvers in einem ersten der Auftragungsabschnitte und einer zweiten Auftragungseinrichtung (10, 10b, 10c) zur Auftragung eines zweiten Materialpulvers in einem zweiten der Auftragungsabschnitte, wobei erstes und zweites Materialpulver verschieden ausgebildet und/oder zusammengesetzt sind.
5. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) ein Mehrschichtbauteil bildet und aus einer Schichtanzahl an Schichten aufgebaut ist, wobei die Anlage (1) eine mindestens eine
Schichtanzahl an Bestrahlungsabschnitten (13) und/oder mindestens eine Schichtanzahl Auftragungsabschnitten aufweist.
6. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplattform (11) von der Transporteinheit (7) umfasst ist und/oder die Bauplattform (11) die Transporteinheit (7) bildet.
7. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit (7) und/oder die Bauplattform (11) ein Förderband bildet.
8. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bearbeitungskammer, wobei mindestens einer der Bestrahlungsabschnitt (13) und mindestens einer der Auftragungsabschnitt in der Bearbeitungskammer angeordnet sind.
9. Anlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bearbeitungskammer einen Eingangsschleusenabschnitt (9) und einen
Ausgangsschleusenabschnitt (10) aufweist, wobei der Transportweg von dem Eingangsschleusenabschnitt (9) zu dem Ausgangsschleusenabschnitt (10) führt.
10. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Entpulverungseinheit (18, 18a-c) zum Abtragen von
nichtgenutztem Materialpulver.
11. Anlage (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Entpulverungseinheit (18, 18a-c)zwischen zwei Auftragungsabschnitten zum Werkstoffwechsel angeordnet ist.
12. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit (7) ausgebildet ist, die Bauplattform (11) kontinuierlich zu bewegen und/oder mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen.
13. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) ein Flachbauteil bildet.
14. Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) eine Bipolarplatte bildet.
15. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (2), insbesondere mit der Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Pulverschicht (12) auf eine Bauplattform (11) aufgetragen wird, wobei die Pulverschicht (12) anschließend selektiv bestrahlt wird, wobei Auftragung der Pulverschicht und Bestrahlung der Pulverschicht (12) räumlich getrennt stattfinden.
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