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1. WO2020135918 - SYSTEM FOR THE ADDITIVE PRODUCTION OF A COMPONENT, LAYER APPLICATION DEVICE FOR A SYSTEM, AND METHOD FOR THE ADDITIVE PRODUCTION OF A COMPONENT

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[ DE ]
Beschreibung

Anlage zur additiven Herstellung eines Bauteils, Schichtauf tragsvorrichtung für eine Anlage und Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur additiven Herstellung eines Bauteils. Weitere Aspekte der Erfindung be treffen eine Schichtauftragsvorrichtung für eine derartige Anlage sowie ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils .

Die additive oder generative Herstellung von Bauteilen, um fasst beispielsweise als Pulverbettverfahren das sogenannte selektive Laserschmelzen (SLM) , das sogenannte Lasersintern (SLS), oder das sogenannte Elektronenstrahlschmelzen (EBM) .

Die additive Herstellung von Bauteilen, welche auch als addi tives Fertigungsverfahren bezeichnet werden kann, eignet sich in besonderem Maße zur Fertigung von Bauteilen mit komplexen Bauteilstrukturen, bei welchen beispielsweise Hinterschnei dungen oder besonders filigrane Bauteilbereiche vorgesehen sein können. In besonderem Maße geeignet ist die additive Herstellung zur Fertigung von als Prototypen ausgebildeten Bauteilen, zumal Prototypen durch konventionelle Herstellver fahren, beispielsweise durch Gießen oder spanende Verfahren in der Regel nicht effizient hergestellt werden können.

Bei der additiven Herstellung eines Bauteils wird zunächst schichtweise pulverförmiges Ausgangsmaterial im Bereich einer Aufbauzone aufgetragen, um eine Pulverschicht zu bilden. An schließend wird das Ausgangsmaterial lokal verfestigt, indem dem Ausgangsmaterial im Bereich der Aufbauzone Energie mit tels wenigstens eines Hochenergiestrahls zugeführt wird, wodurch das Ausgangsmaterial aufgeschmolzen wird und eine Bauteilschicht des Bauteils bildet.

Ein Problem, welches insbesondere bei großen Anlagen zur pul verbettbasierten additiven Herstellung auftritt, ist die Be- reitstellung von erheblichen Mengen von pulverförmigem Aus gangsmaterial. Das pulverförmigen Ausgangsmaterial, nachfol gend auch Pulver genannt, wird in der Regel schichtweise als Pulverschicht aufgetragen, auch wenn ein durch einen Hoch-energiestrahl aufzuschmelzender und dadurch zu verfestigender Bereich des Pulvers volumenmäßig nur einen sehr kleinen Teil des zur Verfügung gestellten Pulvers ausmacht, beispielsweise nur 10 % bis 30 % des Volumens. Es muss also mit anderen Wor ten ein Vielfaches der eigentlich benötigten Pulvermenge be-reitgestellt werden. Dies birgt wiederum Kostennachteile, da für die additive Herstellung von Hochleistungsbauteilen bei spielsweise ein Vielfaches des teuren Ausgangsmaterials zur Verfügung gestellt werden muss. Weiterhin degradiert das letztendlich nicht aufgeschmolzene oder für das Bauteil ver-wendete und damit überschüssige Pulver mit hoher Wahrschein lichkeit während eines Aufbauprozesses, also während des ab wechselnden, schichtweisen Auftragens von Pulverschichten und anschließendem Verfestigen der jeweiligen Pulverschichten im Bereich einer Schichtaufbauzone. Das Degradieren kann bei-spielsweise durch Oxidation oder auftretende Schweißspritzer durch einen Wärmeeintrag mittels des Hochenergiestrahls her vorgerufen werden. Da das Ausgangsmaterial häufig teuer, ge fährlich in der Handhabung und schwierig zu entsorgen ist, ist es sinnvoll, eine Verschwendung des Ausgangsmaterials, also mit anderen Worten eine Pulververschwendung, möglichst zu begrenzen.

Aus der DE 10 2015 212 420 Al ist eine Vorrichtung zur addi tiven Fertigung eines Bauteils bekannt, durch welche eine verringerte Pulververschwendung erzielt werden kann. Dabei ist eine Bauteilaufnahmefläche einer Bauplattform kleiner als die Querschnittsfläche eines Bauraums. Zudem ist eine orts fest positionierte Abdeckung vorgesehen, deren Oberseite in einer Ausgangsstellung der Bauplattform, in der sich die Bau-plattform in einem oberen Bereich des Bauraums befindet, eine zwischen der Wandung des Bauraums und einem Rand der Bauteil aufnahmefläche verbleibende Freifläche abdeckt und flächen bündig mit der Bauteilaufnahmefläche angeordnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage, eine Schichtauftragsvorrichtung für eine derartige Anlage sowie ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils zu schaffen, durch welche ein besonders bedarfsgerechtes, schichtweises Aufträgen von Pulverschichten ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Schichtauftrags-Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfin dung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage zur ad ditiven Herstellung eines Bauteils, umfassend:

- zumindest eine Schichtauftragsvorrichtung zum schicht weisen Aufträgen mindestens einer Pulverschicht aus we nigstens einem pulverförmigen Ausgangsmaterial auf eine Schichtaufbauzone einer Bauteilplattform; und

- mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen zumindest eines Hochenergiestrahls, zum Verfestigen der mindestens einen Pulverschicht im Bereich der Schichtaufbauzone.

Der Hochenergiestrahl kann beispielsweise als Laserstrahl o-der als Elektronenstrahl ausgebildet sein, um nur einige Bei spiele zu nennen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Schichtauftragsvorrichtung wenigstens zwei Verteilungselemen te umfasst, von welchen ein erstes Verteilungselement zumin dest eine erste Durchgangsöffnung zum Durchlässen des wenigs tens einen Ausgangsmaterials in Richtung der Schichtaufbauzo ne aufweist und von welchen ein zweites Verteilungselement zumindest eine zweite Durchgangsöffnung zum Durchlässen des wenigstens einen Ausgangsmaterials in Richtung der Schicht aufbauzone aufweist, wobei zumindest eine Bewegungseinrich tung vorgesehen ist, mittels welcher die wenigstens zwei Ver- teilungselemente derart relativ zueinander bewegbar sind, dass sich die zumindest eine erste Durchgangsöffnung und die zumindest eine zweite Durchgangsöffnung zum Durchlässen des wenigstens einen Ausgangsmaterials in Richtung der Schicht-aufbauzone wenigstens bereichsweise überlappen. Dies ist von Vorteil, da durch das Überlappen der ersten Durchgangsöffnung und der zweiten Durchgangsöffnung ein Überlappungsbereich ge bildet sein kann, an welchem das pulverförmige Ausgangsmate rial bedarfsgerecht durch die beiden Durchgangsöffnungen hin-durch und in Richtung der Schichtaufbauzone gelassen werden kann. Somit kann das pulverförmige Ausgangsmaterial an dem Überlappungsbereich durch die erste Durchgangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung hindurch und auf die Schichtauf bauzone fallen. Dadurch, dass die wenigstens zwei Vertei-lungselemente anhand der zumindest einen Bewegungseinrichtung relativ zueinander bewegbar sind, kann der Überlappungsbe reich relativ zu der Schichtaufbauzone sowie relativ zur Bau teilplattform bewegt werden, wodurch ein besonders gezieltes und bedarfsgerechtes schichtweises Aufträgen der Pulver-Schicht ermöglicht ist. Das pulverförmige Ausgangsmaterial kann bevorzugt ausschließlich an dem Überlappungsbereich so wohl durch die erste Durchgangsöffnung als auch durch die zweite Durchgangsöffnung hindurchtreten, sodass durch das Be wegen des Überlappungsbereichs relativ zu der Schichtauf-bauzone beziehungsweise relativ zu der Bauteilplattform das Aufträgen der Pulverschicht ausschließlich an solchen

Schichtaufbauzonenbereichen der Schichtaufbauzone erfolgt, über welchen sich der Überlappungsbereich befindet.

Durch Anordnung der wenigstens zwei Verteilungselemente über einander können diese vorzugsweise eine Schlitzblende bilden, durch welche ein besonders bedarfsgerechtes, schichtweises Aufträgen von Pulverschichten erfolgen kann.

Die erste Durchgangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung können bevorzugt jeweils einen Öffnungsquerschnitt aufweisen, welcher einen geringeren Flächeninhalt aufweisen kann, als die Schichtaufbauzone, wodurch das schichtweise Aufträgen be sonders platziert erfolgen kann.

Die Verteilungselemente können vorzugsweise als jeweilige Scheiben oder als Platten ausgebildet sein. Dadurch ist eine besonders Bauraum sparende Anordnung der Verteilungselemente ermöglicht .

Die zumindest eine Bewegungseinrichtung kann des Weiteren da-zu eingerichtet sein, die wenigstens zwei Verteilungselemente relativ zueinander in eine Sperrsteilung zu bewegen, in wel cher kein Überlappen der zumindest einen ersten Durchgangs öffnung und der zumindest einen zweiten Durchgangsöffnung vorliegt. Dies ist von Vorteil, da in der Sperrsteilung ein Durchlässen des Ausgangsmaterials in Richtung der Schichtauf bauzone somit besonders aufwandsarm unterbunden ist, ohne dass hierfür separate Absperrungselemente, beispielsweise Schieber, erforderlich sind.

Die Schichtauftragsvorrichtung ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise während des Herstellens des Bauteils zu mindest ein zweites Bauteil, welches beispielsweise eine ge ringere Bauteilhöhe als das erste Bauteil aufweisen kann, auf der Bauteilplattform herzustellen. Durch gezieltes Bewegen der beiden Verteilungselemente und damit des Überlappungsbe reichs kann das schichtweise Aufträgen des pulverförmigen Ausgangsmaterials im Bereich des zweiten Bauteils unterblei ben, sobald das zweite Bauteil fertiggestellt ist. Durch die Schichtauftragsvorrichtung kann also sichergestellt werden, dass nur so viel Ausgangsmaterial im Bereich des zweiten Bau teils aufgetragen wird, wie zu dessen Herstellung benötigt wird. Die Schichtauftragsvorrichtung ermöglicht also insge samt nicht nur die Herstellung mehrerer Bauteile, sondern gleichzeitig ein besonders bedarfsgerechtes Aufträgen des pulverförmigen Ausgangsmaterials.

Die Bewegungseinrichtung kann des Weiteren dazu eingerichtet sein die Bauteilplattform zu bewegen, insbesondere abzusenken und/oder anzuheben. So kann die Bauteilplattform mittels der Bewegungseinrichtung beispielsweise in einer Hochrichtung der Anlage abgesenkt und angehoben werden. Die Bewegungseinrich tung kann zum Bewegen der Bauteilplattform beispielsweise ei-nen Elektromotor umfassen, um nur ein Beispiel zu nennen.

Beispielsweise kann die Bewegungseinrichtung verwendet werden um die Bauteilplattform nach dem Verfestigen der mindestens einen Pulverschicht abzusenken.

Die zumindest eine Bewegungseinrichtung kann der zumindest einen Schichtauftragsvorrichtung zugeordnet sein. Die zumin dest eine Bewegungseinrichtung kann alternativ dazu der Anla ge zur additiven Herstellung des Bauteils zugeordnet sein.

Die Anlage kann zumindest eine Steuereinrichtung umfassen.

Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die zumin dest eine Schichtauftragsvorrichtung anzusteuern. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die mindestens eine Strahlungsquelle anzusteuern. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die zumin dest eine Bewegungseinrichtung anzusteuern um die jeweiligen Verteilungselemente relativ zueinander zu bewegen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine erste Durchgangsöffnung und zusätzlich oder alternativ die zumindest eine zweite Durchgangsöffnung lang lochförmig ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da durch die langlochförmige Ausgestaltung ein besonders bedarfsgerechtes und damit sparsames schichtweises Aufträgen der Pulverschicht ermöglicht ist. Vorzugsweise können sich die erste Durch gangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung in voneinander verschiedenen Erstreckungsrichtungen über die gesamte Bau teilplattform erstrecken, sodass ein Aufwand zum Bewegen der wenigstens zwei Verteilungselemente relativ zueinander gering gehalten werden kann um das pulverförmige Ausgangsmaterial anhand der Schichtauftragsvorrichtung über eine Gesamtfläche der Bauteilplattform verteilen zu können.

Denkbar ist es auch, beispielsweise die erste Durchgangsöff nung als spiralförmigen Schlitz auszubilden und die zweite Durchgangsöffnung als geraden Schlitz oder als radialen Schlitz auszubilden. Dies ermöglicht eine besonders große Flexibilität beim schichtweisen Aufträgen der mindestens ei nen Pulverschicht.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt wenigstens eine, die zumindest eine erste Durch-gangsöffnung bereichsweise begrenzende erste Öffnungsbegren zungsfläche einen Winkel mit wenigstens einer, die zumindest eine zweite Durchgangsöffnung bereichsweise begrenzenden zweiten Öffnungsbegrenzungsfläche ein. Dies ist besonders vorteilhaft, da bereits durch einfache, lineare Bewegung der Verteilungselemente relativ zueinander ein besonders großer Schichtaufbauzonenbereich der Schichtaufbauzone anhand der sich überlappenden Durchgangsöffnungen mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial versehen, insbesondere bestreut, werden kann. Dadurch, dass die erste Öffnungsbegrenzungsfläche einen Winkel mit der zweiten Öffnungsbegrenzungsfläche einschließt können sich die beiden Durchgangsöffnungen (erste Durchgangs öffnung, zweite Durchgangsöffnung) kreuzen, also kreuzend übereinander angeordnet sein. Die erste Öffnungsbegrenzungs fläche kann als Randfläche des ersten Verteilungselements ausgebildet sein, wohingegen die zweite Öffnungsbegrenzungs fläche als Randfläche des zweiten Verteilungselements ausge bildet sein kann.

Der Winkel kann vorzugsweise einen Wert von 90° aufweisen, wodurch eine Verteilung des pulverförmigen Ausgangsmaterials beispielsweise auf einem quadratischen Schichtaufbauzonenbe reich der Schichtaufbauzone aufwandsarm und präzise erfolgen kann .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Verteilungselement auf wenigstens einer ersten Rolle der zumindest einen Schichtauftragsvorrichtung auf wickelbar und abwickelbar aufgenommen und zusätzlich oder al- ternativ ist das zweite Verteilungselement auf wenigstens ei ner zweiten Rolle der zumindest einen Schichtauftragsvorrich tung aufwickelbar und abwickelbar aufgenommen. Dies ist von Vorteil, da durch die Aufnahme des ersten Verteilungselements auf der wenigstens einen ersten Rolle und des zweiten Vertei lungselements auf der wenigstens einen zweiten Rolle eine An ordnung der jeweiligen Verteilungselemente auf einem beson ders kleinen, verfügbaren Bauraum ermöglicht ist.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Bewegungseinrichtung dazu eingerich tet, das erste Verteilungselement von der wenigstens einen ersten Rolle aufzuwickeln und von der wenigstens einen ersten Rolle abzuwickeln um dadurch das erste Verteilungselement re-lativ zum zweiten Verteilungselement zu bewegen und zusätz lich oder alternativ ist die zumindest eine Bewegungseinrich tung dazu eingerichtet, das zweite Verteilungselement von der wenigstens einen zweiten Rolle aufzuwickeln und von der we nigstens einen zweiten Rolle abzuwickeln um dadurch das zwei-te Verteilungselement relativ zum ersten Verteilungselement zu bewegen. Dies ist von Vorteil, da durch das Aufwickeln und Abwickeln des ersten Verteilungselements beziehungsweise des zweiten Verteilungselements eine besonders platzsparende Be wegung der jeweiligen Verteilungselemente auf einem besonders kleinen, verfügbaren Bauraum ermöglicht ist.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Bewegungseinrichtung dazu eingerich tet, das erste Verteilungselement zusammen mit der wenigstens einen ersten Rolle entlang einer ersten Mittelachse der we nigstens einen ersten Rolle zu bewegen um dadurch das erste Verteilungselement relativ zum zweiten Verteilungselement zu bewegen und zusätzlich oder alternativ ist die zumindest eine Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet, das zweite Vertei-lungselement zusammen mit der wenigstens einen zweiten Rolle entlang einer zweiten Mittelachse der wenigstens einen zwei ten Rolle zu bewegen um dadurch das zweite Verteilungselement relativ zum ersten Verteilungselement zu bewegen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders flexible und freie Bewegung des ersten beziehungsweise zweiten Verteilungsele ments ermöglicht ist.

Die Bewegungseinrichtung kann zum Drehen der wenigstens einen ersten Rolle sowie zum Drehen der wenigstens einen zweiten Rolle beispielsweise jeweils einen E-Motor umfassen, um nur ein Beispiel zu nennen. Um die wenigstens eine erste Rolle entlang der ersten Mittelachse und die wenigstens eine zweite Rolle entlang der zweiten Mittelachse zu bewegen, kann die Bewegungseinrichtung jeweils einen Linearmotor umfassen, um nur ein Beispiel zu nennen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Verteilungselement und zusätzlich oder alterna tiv das zweite Verteilungselement als Folie ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders platzsparende Anordnung des jeweiligen Verteilungselements ermöglicht ist. Bevorzugt kann das erste Verteilungselement und zusätzlich oder alternativ das zweite Verteilungselement als Stahlfolie ausgebildet sein, wodurch auch bei geringer Foliendicke eine besonders hohe Reißfestigkeit gegeben ist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtauf-tragsvorrichtung für eine Anlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Diese Schichtauftragsvorrichtung ermöglicht ein besonders bedarfsgerechtes, schichtweises Aufträgen von Pul verschichten .

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Schichtauftragsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Er findung und umgekehrt.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte:

a) schichtweises Aufträgen mindestens einer Pulverschicht aus wenigstens einem pulverförmigen Ausgangsmaterial auf eine Schichtaufbauzone einer Bauteilplattform durch zu mindest eine Schichtauftragsvorrichtung; und

b) Verfestigen der mindestens einen Pulverschicht im Be reich der Schichtaufbauzone durch zumindest einen, an hand mindestens einer Strahlungsquelle erzeugten Hoch energiestrahl .

Das Verfestigen kann insbesondere durch Erwärmen der mindes tens einen Pulverschicht anhand des Hochenergiestrahls erfol gen .

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Schichtauftragsvorrichtung wenigstens zwei Verteilungselemen te umfasst, von welchen ein erstes Verteilungselement zumin dest eine erste Durchgangsöffnung zum Durchlässen des wenigs tens einen Ausgangsmaterials in Richtung der Schichtaufbauzo ne aufweist und von welchen ein zweites Verteilungselement zumindest eine zweite Durchgangsöffnung zum Durchlässen des wenigstens einen Ausgangsmaterials in Richtung der Schicht aufbauzone aufweist, wobei zumindest eine Bewegungseinrich tung vorgesehen ist, durch welche die wenigstens zwei Vertei lungselemente derart relativ zueinander bewegt werden, dass sich die zumindest eine erste Durchgangsöffnung und die zu mindest eine zweite Durchgangsöffnung zum Durchlässen des we nigstens einen Ausgangsmaterials in Richtung der Schichtauf bauzone wenigstens bereichsweise überlappen.

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schichtauftragsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgestellten Merkmale sowie de ren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem dritten Aspekts der Erfindung und umge kehrt .

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Schritte a) und b) abwechselnd wiederholt, wodurch eine Viel zahl an Pulverschichten schichtweise aufgetragen wird und aus den Pulverschichten zum einen das Bauteil und zum anderen ei-ne das Bauteil umgebende und von dem Bauteil beabstandete Hülle durch bereichsweises Verfestigen des wenigstens einen pulverförmigen Ausgangsmaterials hergestellt werden, wobei eine, in einem Zwischenbereich zwischen der Hülle und dem Bauteil befindliche, aus dem wenigstens einen pulverförmigen Ausgangsmaterial gebildete Füllung mit einer im Vergleich zu dem Bauteil und der Hülle geringeren Festigkeit versehen wird. Dies ist von Vorteil, da die aus dem wenigstens einen pulverförmigen Ausgangsmaterial gebildete Füllung eine beson ders einfache Entformung des Bauteils ermöglicht. Durch die Hülle kann beispielsweise die Füllung und damit das Bauteil bei dessen Herstellung vor einem unerwünschten Versatz be wahrt werden .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Pulverschichten derart lokal mittels der zumindest einen Schichtauftragsvorrichtung schichtweise aufgetragen, dass die Hülle aus jeweiligen Schichtrandbereichen der Pul verschichten hergestellt wird. Dies ist von Vorteil, da hier durch zumindest weitgehend vermieden werden kann, dass größe-re Mengen des pulverförmigen Ausgangsmaterials außerhalb des Zwischenbereichs und damit außerhalb der Hülle aufgetragen werden. Bei idealer Durchführung des Verfahrens würde sich somit auf einer, dem Bauteil abgewandten Hüllenseite der Hül le, also radial außerhalb der Hülle, kein pulverförmiges Aus-gangsmaterial mehr befinden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Hülle mit wenigstens einer, in Richtung des Bauteils orientierten Verjüngung hergestellt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch wirksam der Zwischenbereich verkleinert und dadurch in dem Zwischenraum enthaltenes, pulverförmiges Ausgangsmate rial gespart werden kann.

Die wenigstens eine Verjüngung kann beispielsweise vorzugs weise einen Innenquerschnitt aufweisen, welcher größer sein kann als ein Maximalquerschnitt des Bauteils. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Bauteil besonders einfach durch Herausziehen aus der Hülle, also aus einem Hülleninnen-raum, in welchem sich neben dem Bauteil auch die Füllung be findet, entformt werden kann, ohne dabei die Hülle zerstören zu müssen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Hülle bei deren Herstellung zumindest bereichsweise mit einer geringeren Strahlungsintensität mit dem zumindest einen Hochenergiestrahl bestrahlt als das Bauteil. Dies ist von Vorteil, da die Hülle durch die Bestrahlung mit der ge-ringeren Strahlungsintensität mit einer Sollbruchstelle oder mit mehreren Sollbruchstellen versehen werden kann, wodurch eine besonders aufwandsarme Entformung des Bauteils durch Aufbrechen der Hülle an der/den Sollbruchstelle (n) ermöglicht ist. Durch die Bestrahlung mit der geringeren Strahlungsin-tensität kann die Hülle allgemein eine geringere Festigkeit aufweisen als das Bauteil, sodass die Hülle im Vergleich zum Bauteil besonders leicht zerstört werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbei-spielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun gen näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 eine schematische Darstellung einer Anlage welche zur gleichzeitigen, additiven Herstellung zweier Bauteile verwendet wird;

FIG 2 eine schematische Darstellung der Bauteile, wobei die additive Herstellung eines Bauteils der Bautei le abgeschlossen ist, während sich das andere Bau teil noch in der Herstellung befindet;

FIG 3 eine weitere schematische Darstellung der Bauteile, wobei die additive Herstellung bei der Bauteile ab geschlossen ist;

FIG 4 eine Draufsicht auf zwei Verteilungselemente einer

Schichtauftragsvorrichtung der Anlage zur additiven Herstellung, wobei jedes der Verteilungselemente eine Durchgangsöffnung zum Durchlässen eines pul verförmigen Ausgangsmaterials in Richtung einer Schichtaufbauzone der Anlage aufweist;

FIG 5 eine Draufsicht auf die zwei Verteilungselemente, wobei die zwei Verteilungselemente übereinander an geordnet sind, wodurch sich die jeweiligen Durch gangsöffnungen an einem gemeinsamen Überlappungsbe reich überlappen;

FIG 6 eine schematische Perspektivansicht einer Variante der Schichtauftragsvorrichtung, wobei die jeweili gen Verteilungselemente als jeweilige Folien ausge bildet sind und auf jeweiligen Rollen aufwickelbar und abwickelbar aufgenommen sind;

FIG 7 eine weitere Draufsicht auf die zwei übereinander angeordneten Verteilungselemente, wobei sich die Durchgangsöffnungen über die Schichtaufbauzone er strecken;

FIG 8 eine weitere Draufsicht auf die zwei übereinander angeordneten Verteilungselemente, welche durch re lative Bewegung der Verteilungselemente zueinander versetzt sind;

FIG 9 eine weitere Draufsicht auf die zwei übereinander angeordneten Verteilungselemente, welche durch re lative Bewegung der Verteilungselemente zueinander versetzt sind, wodurch sich der Überlappungsbereich über einer Ecke der Schichtaufbauzone befindet; und FIG 10 eine weitere Draufsicht auf die zwei übereinander angeordneten Verteilungselemente, welche durch re lative Bewegung der Verteilungselemente zueinander versetzt sind wodurch sich der Überlappungsbereich in der Nähe eines Randbereichs der Schichtaufbauzo ne befindet.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In FIG 1 ist in einer schematischen Darstellung eine Anlage 1 zur additiven Herstellung von Bauteilen 2, 35 gezeigt. Die Anlage 1 kann allgemein als sogenannter Pulverbettdrucker ausgebildet sein und als solcher bezeichnet werden.

Die Anlage 1 umfasst vorliegend eine Schichtauftragsvorrich tung 3 zum schichtweisen Aufträgen einer Vielzahl an Pulver schichten 4 aus wenigstens einem pulverförmigen Ausgangsmate-rial 5 auf eine Schichtaufbauzone 6 einer Bauteilplattform 7 der Anlage 1.

Darüber hinaus umfasst die Anlage 1 vorliegend eine Strah lungsquelle 8 zum Erzeugen zumindest eines Hochenergiestrahls 9, zum Verfestigen der Pulverschichten 4 im Bereich der

Schichtaufbauzone 6. Die Bauteile 2, 35 können anhand der An lage 1 im Bereich der Schichtaufbauzone 6 auf der Bauteil plattform 7 aufgebaut werden, wie durch die Zusammenschau von FIG 1, FIG 2 und FIG 3 erkennbar ist.

Die Schichtauftragsvorrichtung 3 umfasst vorliegend zwei Ver teilungselemente 10, 11, von welchen ein erstes Verteilungs element 10 zumindest eine erste Durchgangsöffnung 12 zum Durchlässen des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 in Rich-tung der Schichtaufbauzone 6 aufweist und von welchen ein zweites Verteilungselement 11 zumindest eine zweite Durch gangsöffnung 13 zum Durchlässen des wenigstens einen pulver förmigen Ausgangsmaterials 5 in Richtung der Schichtaufbauzo- ne 6 aufweist. Das erste Verteilungselement 10 ist vorliegend in Hochrichtung Z oberhalb des zweiten Verteilungselements 11 angeordnet. Das erste Verteilungselement 10 und das zweite Verteilungselement 11 können aneinander anliegen.

Die Schichtauftragsvorrichtung 3 kann mittels einer in Hoch richtung Z oberhalb der Schichtauftragsvorrichtung 3 angeord neten Zuführungsvorrichtung 26 der Anlage 1 mit dem pulver förmigen Ausgangsmaterial 5 versorgt werden. Anhand der Zu-führungsvorrichtung 26 kann das pulverförmige Ausgangsmateri al 5 dabei auf der Schichtauftragsvorrichtung 3, insbesondere auf dem ersten Verteilungselement 10, verteilt werden.

Die Anlage 1 umfasst vorliegend des Weiteren eine Bewegungs-einrichtung 14, mittels welcher die zwei Verteilungselemente 10, 11 beispielsweise anhand jeweiliger, vorliegend nicht weiter gezeigter Linearmotoren der Bewegungseinrichtung 14 derart relativ zueinander bewegbar sind, dass sich die zumin dest eine erste Durchgangsöffnung 12 und die zumindest eine zweite Durchgangsöffnung 13 zum Durchlässen des pulverförmi gen Ausgangsmaterials 5 in Richtung der Schichtaufbauzone 6 bereichsweise an einem Überlappungsbereich 34 überlappen.

Beim Durchlässen des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 kann das Ausgangsmaterial 5 an dem Überlappungsbereich 34 sowohl durch die zumindest eine erste Durchgangsöffnung 12 als auch anschließend durch die zumindest eine zweite Durchgangsöff nung 13 entgegen einer Pfeilrichtung eines die Hochrichtung Z verdeutlichenden Pfeils in Richtung der Schichtaufbauzone 6 und damit in Richtung der Bauteilplattform 7 fallen.

An dem Überlappungsbereich 34 kann also das pulverförmige Ausgangsmaterial 5 sowohl durch die zumindest eine erste Durchgangsöffnung 12 als auch (anschließend) durch die zumin dest eine zweite Durchgangsöffnung 13 hindurch treten und dadurch auf die Schichtaufbauzone 6 sowie auf die Bauteil plattform 7 gestreut werden.

Die zumindest eine erste Durchgangsöffnung 12 und die zumin dest eine zweite Durchgangsöffnung 13 können langlochförmig ausgebildet sein, wie in FIG 4 bis FIG 10 erkennbar ist.

Eine, die zumindest eine erste Durchgangsöffnung 12 bereichs weise begrenzende erste Öffnungsbegrenzungsfläche 15 kann bei einer Anordnung des ersten Verteilungselements 10 über dem zweiten Verteilungselement 11 einen Winkel a mit einer, die zumindest eine zweite Durchgangsöffnung 13 bereichsweise be-grenzenden zweiten Öffnungsbegrenzungsfläche 16 einschließen, wie in FIG 5 erkennbar ist. Dadurch können sich die Durch gangsöffnungen 12, 13 kreuzen, wie beispielsweise in FIG 5 und FIG 7 erkennbar ist.

Die Bewegungseinrichtung 14 kann vorliegend nicht weiter ge zeigte Linearmotoren umfassen, mittels welchen eine erste Längsbewegung 28 und eine erste Querbewegung 30 des ersten Verteilungselement 10 sowie eine zweite Längsbewegung 29 und eine zweite Querbewegung 31 des zweiten Verteilungselement 11 ermöglicht ist.

Das erste Verteilungselement 10 kann auf zwei ersten Rollen 17 der zumindest einen Schichtauftragsvorrichtung 3 auf wickelbar und abwickelbar aufgenommen sein, wohingegen das zweite Verteilungselement 11 auf zwei zweiten Rollen 18 der zumindest einen Schichtauftragsvorrichtung 3 aufwickelbar und abwickelbar aufgenommen sein kann, wie in FIG 6 exemplarisch gezeigt ist. Das erste Verteilungselement 10 und das zweite Verteilungselement 11 können dabei als jeweilige Folien, ins-besondere Stahlfolien ausgebildet sein. Die Bewegungseinrich tung 14 kann vorliegend nicht weiter gezeigte Antriebsmoto ren, insbesondere E-Motoren, umfassen, mittels welchen die ersten Rollen 17 und die zweiten Rollen 18 unabhängig vonei nander angetrieben werden können. Mittels der Antriebsmotoren sind also jeweilige erste Rotationsbewegungen 32 der jeweili gen ersten Rollen 17 sowie jeweilige zweite Rotationsbewegun gen 33 der jeweiligen zweiten Rollen 18 ermöglicht.

Die Bewegungseinrichtung 14 kann vorliegend dazu eingerichtet sein, das erste Verteilungselement 10 von den ersten Rollen 17 aufzuwickeln beziehungsweise abzuwickeln um dadurch das erste Verteilungselement 10 relativ zum zweiten Verteilungs-element 11 zu bewegen. Darüber hinaus kann die Bewegungsein richtung 14 dazu eingerichtet sein, das zweite Verteilungs element 11 von den zweiten Rolle 18 aufzuwickeln beziehungs weise abzuwickeln um dadurch das zweite Verteilungselement 11 relativ zum ersten Verteilungselement 10 zu bewegen.

Zudem kann die Bewegungseinrichtung 14 dazu eingerichtet sein, das erste Verteilungselement 10 zusammen mit den ersten Rollen 17 entlang jeweiliger erster Mittelachsen 19 der ers ten Rollen 17 zu bewegen um dadurch das erste Verteilungsele-ment 10 relativ zum zweiten Verteilungselement 11 zu bewegen. Weiterhin kann die Bewegungseinrichtung 14 dazu eingerichtet sein, das zweite Verteilungselement 11 zusammen mit den zwei ten Rollen 18 entlang jeweiliger zweiter Mittelachsen 20 der zweiten Rollen 18 zu bewegen um dadurch das zweite Vertei-lungselement 11 relativ zum ersten Verteilungselement 10 zu bewegen .

Die Anlage 1 kann allgemein eine in FIG 1 gezeigte Steuerein richtung 27 umfassen. Die Steuereinrichtung 27 kann dazu ein-gerichtet sein, die Schichtauftragsvorrichtung 3 anzusteuern. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 27 dazu eingerich tet sein, die Strahlungsquelle 8 anzusteuern. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung 27 dazu eingerichtet sein, die Be wegungseinrichtung 14 anzusteuern um die jeweiligen Vertei-lungselemente 10, 11 relativ zueinander zu bewegen. Zudem kann die Steuereinrichtung 27 dazu eingerichtet sein, die Bauteilplattform 7 anzusteuern.

Anhand der Anlage 1 kann ein Verfahren zur additiven Herstel-lung der Bauteile 2, 35 durchgeführt werden, wobei anhand der Schichtauftragsvorrichtung 3 ein zwischen den Bauteilen 2, 35 befindlicher Schichtaufbauzonenabschnitt 37 ausgespart werden kann, sodass auf Bestreuen des Schichtaufbauzonenabschnitts 37 mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial 5 gezielt verzich tet werden kann. Das Verfahren kann als Pulverbettverfahren (kurz: PBV) durchgeführt werden.

In einem Schritt a) des Verfahrens erfolgt das schichtweise Aufträgen der mindestens einen Pulverschicht 4 aus dem pul verförmigen Ausgangsmaterial 5 auf die Schichtaufbauzone 6 der Bauteilplattform 7 durch die Schichtauftragsvorrichtung

3.

In einem anschließenden Schritt b) des Verfahrens erfolgt das Verfestigen der mindestens einen Pulverschicht 4 im Bereich der Schichtaufbauzone 6 durch den, anhand der Strahlungsquel le 8 erzeugten Hochenergiestrahl 9. Des Weiteren kann auch ein Bindemittel in die Pulverschicht 4 eingebracht werden, um diese zu verfestigen. Das Bindemittel kann der Pulverschicht durch eine Düse (nicht gezeigt) zugeführt werden.

Durch die Bewegungseinrichtung 14 der Anlage 1, werden die Verteilungselemente 10, 11 derart relativ zueinander bewegt, dass sich die zumindest eine erste Durchgangsöffnung 12 und die zumindest eine zweite Durchgangsöffnung 13 zum Durchläs sen des wenigstens einen Ausgangsmaterials 5 in Richtung der Schichtaufbauzone 6 wenigstens bereichsweise an dem Überlap-pungsbereich 34 überlappen.

Die Schritte a) und b) können abwechselnd wiederholt werden, wodurch die Vielzahl an Pulverschichten 4 schichtweise anhand der Schichtauftragsvorrichtung 3 aufgetragen wird und aus den Pulverschichten 4 zum einen das Bauteil 2 und zum anderen ei ne das Bauteil 2 umgebende und von dem Bauteil 2 beabstandete Hülle 21 durch bereichsweises Verfestigen des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 mittels des Hochenergiestrahls 9 herge stellt werden. Dabei wird eine, in einem Zwischenbereich 22 zwischen der Hülle 21 und dem Bauteil 2 befindliche, aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial 5 gebildete Füllung 23 mit einer im Vergleich zu dem Bauteil 2 und der Hülle 21 geringe ren Festigkeit versehen. In analoger Weise werden das zweite Bauteil 35 sowie eine das zweite Bauteil umgebende, zweite Hülle 36 hergestellt. Besonders hervorzuheben ist dabei, dass das zweite Bauteil 35 eine deutlich geringere Bauteilhöhe aufweisen kann, als das Bauteil 2, wie insbesondere in FIG 2 und FIG 3 erkennbar ist. Die Verteilungselemente 10, 11 der Schichtauftragsvorrichtung 3 ermöglichen es, das Streuen des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 auf das zweite Bauteil 35 zu unterbinden, sobald dieses fertiggestellt ist, sodass an hand der Schichtauftragsvorrichtung 3 nach der Fertigstellung des zweiten Bauteils 35 ausschließlich das (erste) Bauteil 2 mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial 5 versorgt wird. Die Schichtauftragsvorrichtung 3 gestattet also zum einen die gleichzeitige Herstellung der Bauteile 2, 35 sowie gegebenen falls weiterer Bauteile und zum anderen ein besonders be-darfsgerechtes Verteilen des pulverförmigen Ausgangsmaterials

5.

Die Pulverschichten 4 werden derart lokal mittels der

Schichtauftragsvorrichtung 3 schichtweise aufgetragen, dass die Hülle 21 aus jeweiligen Schichtrandbereichen 24 der Pul verschichten 4 hergestellt wird. Die zweite Hülle 36 kann in analoger Weise hergestellt werden.

Darüber hinaus kann die Hülle 21 mit jeweiligen, in Richtung des Bauteils 2 orientierten Verjüngungen 25 hergestellt wer den, wie in FIG 2 und FIG 3 erkennbar ist.

Um die Bauteile 2, 35 durch Zerstörung der jeweiligen Hüllen 21, 36 vereinfacht entformen zu können, können die Hüllen 21, 36 bei deren Herstellung zumindest bereichsweise mit einer geringeren Strahlungsintensität mit dem Hochenergiestrahl 9 bestrahlt werden, als die jeweiligen Bauteile 2, 35.

Zusammenfassend ermöglicht die Schichtauftragsvorrichtung 3 eine präzise, jedoch kräftearme, insbesondere lockere, Plat zierung des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 auf der

Schichtaufbauzone 6 und damit auf der Bauteilplattform 7 zur additiven Herstellung der Bauteile 2, 35. Durch die anhand der Schichtauftragsvorrichtung 3 erzielbare, lockere und prä zise Platzierung des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 kann bei einem anschließenden Glätten (beispielsweise mittels ei nes Rakels) eine glatte, homogene, insbesondere spritzerfreie und klumpenfreie Oberfläche erzeugt werden. In diese Oberflä che können im Fall des Pulverbettverfahrens selektiv Muster eingeschmolzen oder beispielsweise durch flüssige Bindemittel fixiert werden.

Durch die Schichtauftragsvorrichtung 3 kann auf ein Bestreuen der Bauteilplattform 7, welche auch als Bauplatte bezeichnet werden kann, mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial 5 durch einen konventionellen Schlitten verzichtet werden. Dadurch entfällt ein Problem, welches durch den Einsatz eines derar-tigen konventionellen Schlittens zum Bestreuen mit dem pul verförmigen Ausgangsmaterial 5 entstehen würde. Der Einsatz des Schlittens ist nachteilig, da durch den Schlitten die ge samte Bauteilplattform 7 mit dem Ausgangsmaterial 5 bestreut würde, selbst wenn zur Herstellung der Bauteile 2, 35 ledig-lieh ein Bruchteil des anhand des Schlitten schichtweise auf getragenen, pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 benötigt wer den würde .

Die Schichtauftragsvorrichtung 3 gestattet ein flexibles, lo-kales Applizieren des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 auf der Bauteilplattform 7 unter Beibehaltung von für die PBV ge gebenenfalls erforderlichen Schüttungseigenschaften. Insbe sondere können durch die Schichtauftragsvorrichtung 3 neben dem vorstehend beschriebenen, pulverförmigen Ausgangsmaterial 5 weitere, verschiedene Ausgangsmaterialien verwendet und be darfsgerecht verteilt werden. Darüber hinaus können durch die Schichtauftragsvorrichtung 3 voneinander getrennte, segmen tierte Bauräume, in welchen die Bauteile 2, 35 aufgebaut wer den können, bedarfsgerecht mit dem pulverförmigen Ausgangsma-terial 5 versorgt werden.

Die Verteilungselemente 10, 11 können vorzugsweise eine Schlitzblende bilden, wobei die Durchgangsöffnungen 12, 13 an dem Überlappungsbereich 34 einen gemeinsamen Durchtritt aus bilden können, welcher zum Durchlässen des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 in Richtung der Schichtaufbauzone 6 die nen kann. Die Verteilungselemente 10, 11 können anhand der Bewegungseinrichtung 14 frei relativ zur Bauteilplattform 7 und damit zur Schichtaufbauzone 6 bewegt werden. Die Schicht auftragsvorrichtung 3 gestattet es, einen aus der Zuführungs vorrichtung 26 frei (entgegen der Hochrichtung Z) auf das erste Verteilungselement 10 fallenden Materialstrom des pul-verförmigen Ausgangsmaterials 5 definiert zu begrenzen und lediglich an dem Überlappungsbereich 34 in Richtung der Bau teilplattform 7 sowie der Schichtaufbauzone 6 durchzulassen. Mit anderen Worten kann ein unerwünschter Anteil des frei fallenden Materialstroms des pulverförmigen Ausgangsmaterials 5 gezielt durch die Schichtauftragsvorrichtung 3 aufgehalten werden und lediglich ein erwünschter Anteil des freifallenden Materialstroms durch den Überlappungsbereich 34 durchgelassen werden .

Der unerwünschte Anteil kann gezielt durch eine vorliegend nicht weiter gezeigte Absaugvorrichtung der Anlage 1 von dem ersten Verteilungselement 10 abgesaugt und bei Bedarf erneut zur additiven Herstellung verwendet werden. Die Steuerein richtung 27 kann dazu eingerichtet sein, die Absaugvorrich-tung bedarfsgerecht anzusteuern.

Die Verteilungselemente 10, 11 können jeweils massiv ausge führt sein und beispielsweise als jeweilige Platten oder Scheiben ausgestaltet sein. Alternativ dazu können die Ver-teilungselemente 10, 11 als jeweilige Folien, insbesondere Stahlfolien ausgebildet sein. Eine besonders platzsparende bewegliche Anordnung der Verteilungselemente 10, 11 ist er möglicht, wenn diese als jeweilige Folien ausgestaltet und auf den jeweiligen ersten Rollen 17 beziehungsweise zweiten Rollen 18 aufwickelbar und abwickelbar angeordnet sind. Denk bar ist es auch, die Verteilungselemente 10, 11 zumindest be reichsweise als jeweilige Siebe auszubilden.

Bevorzugt können auf den jeweiligen Verteilungselementen 10, 11 allgemein jeweils mehrere, verschiedenartig geformte erste Durchgangsöffnungen 12 beziehungsweise verschiedenartig ge formte zweite Durchgangsöffnungen 13 zum Durchlässen des pul-verförmigen Ausgangsmaterials 5 in Richtung der Schichtauf bauzone 6 vorgesehen sein. Mit anderen Worten können auf dem ersten Verteilungselement 10 mehrere, verschiedenartig ge formte erste Durchgangsöffnungen 12 angeordnet, insbesondere nebeneinander angeordnet, sein. Darüber hinaus können auf dem zweiten Verteilungselement 11 mehrere, verschiedenartig ge formte zweite Durchgangsöffnungen 13 angeordnet, insbesondere nebeneinander angeordnet, sein. Durch die verschiedenartig geformten Durchgangsöffnungen 12, 13 kann eine besonders fle xible und bedarfsgerechte Verteilung des pulverförmigen Aus-gangsmaterials 5 auf der Schichtaufbauzone 6 der Bauteil plattform 7 erfolgen.

Die Anlage 1 sowie die Schichtauftragsvorrichtung 3 ermögli chen die Umsetzung neuer Funktionen und Steuerungsmöglichkei-ten bei der additiven Herstellung, insbesondere bei Pulver bettverfahren. Darüber hinaus kann die Schichtauftragsvor richtung 3 auch zur Verbesserung konventioneller Beschich tungsverfahren eingesetzt werden.

Bei dem vorliegenden Verfahren kann insgesamt ein selektives, bedarfsgerechtes Aufträgen des pulverförmigen Ausgangsmateri als 5 auf die Schichtaufbauzone 6 der Bauteilplattform 7 er folgen, wobei besonders geringe Mengen an überschüssigem pul verförmigem Ausgangsmaterials 5 in Richtung der Bauteilplatt-form 7 gelangen.

Bevorzugt kann die Hülle 21 und zusätzlich oder alternativ die zweite Hülle 36 als Hohlbauteil, insbesondere als Rohr, Gehäuse oder Abstandshalter, ausgebildet werden. Dadurch kann die Hülle 21 beziehungsweise die Hülle 36 nach der Herstel lung der jeweiligen Bauteile 2, 35 weiter genutzt werden und stellt dementsprechend keine verlorene Form dar.

Bei dem Verfahren kann nach dem schichtweisen Aufträgen gemäß Schritt a) eine Verdichtung der jeweiligen Pulverschicht 4, beispielsweise mittels eines hier nicht weiter gezeigten Rol lenelements der Anlage 1 erfolgen.