WO2020043419A1 - Layering apparatus for the additive manufacture of at least one component region of a component, method for operating such a layering apparatus, and storage medium - Google Patents
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Definitions
- Layer construction device for additive manufacturing of at least one component area of a component, method for operating such a layer construction device and storage medium
- the invention relates to a layer construction device for additive manufacturing of at least one component area of a component, a method for operating such a layer construction device and a storage medium with a program code for controlling such a layer construction device.
- a component area or a complete component which can be, for example, a component of a turbomachine or an aircraft engine, is built up in layers.
- Mainly metallic components are usually manufactured by fiber or electron beam melting or sintering processes.
- a mostly powdery material is applied in layers in the area of a construction field or a build-up and joining zone in order to form a powder layer.
- the material is then solidified locally by supplying energy to the material in the area of the construction field by means of at least one energy beam, as a result of which the material melts or sinters and forms a component layer.
- the energy beam is controlled as a function of a layer information of the component layer to be produced in each case.
- the layer information is usually generated from a 3D CAD body of the component and subdivided into individual component layers. After the molten material has solidified, the building platform is lowered layer by layer by a predefined layer thickness. Then the steps mentioned are repeated until the desired completion of the desired component area or the entire component.
- the component area or the component can in principle be produced on a construction platform or on an already generated part of the component or component area or on a support structure.
- the advantages of this additive manufacturing are, in particular, the possibility of being able to produce very complex component geometries with cavities, undercuts and the like in a single process.
- zones with swirling of the powder layer or dust, as well as other contaminants such as condensate, smoke or spatter often form uncontrollably on the construction site, on melted powder or on already solidified areas of the Deposit component layer. This can lead to corresponding impurities, inclusions and process disruptions and ultimately ultimately to a reduction in component quality.
- the object of the present invention is to provide a layer construction device and a method for operating such a layer construction device, which enable a process-reliable additive production of component layers of a component of higher quality.
- Another object of the invention is to provide a storage medium with a program code which ensures appropriate control of such a layer construction device.
- a first aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method.
- the layer construction device has a process chamber within which at least one construction field for layer-by-layer construction of the component region from a material, at least one flow control device which comprises at least one channel with an outlet opening for introducing a protective gas into the process chamber, and a gas which is stationary with respect to the construction field - Outlet device for removing the protective gas from the process chamber are arranged.
- a process-reliable additive production of component layers of a component with a higher quality is achieved according to the invention in that the flow guiding device is designed to arrange and, during operation of the layer building device, an end region of the channel of the flow guiding device comprising the outlet opening, ie a gas inlet, above a level of the construction field and to be moved relative to the level of the construction field in such a way that at least a predominant part of the protective gas can be conducted locally over a partial region of the construction field along a main flow direction that is at least substantially parallel to the level of the construction field.
- the flow guiding device is designed to arrange and, during operation of the layer building device, an end region of the channel of the flow guiding device comprising the outlet opening, ie a gas inlet, above a level of the construction field and to be moved relative to the level of the construction field in such a way that at least a predominant part of the protective gas can be conducted locally over a partial region of the construction field along a main flow direction that is at least substantially parallel to the level
- the flow control device does not generate a global, but rather a local, protective gas stream, which accordingly does not affect the entire construction site, but only a sub-area of the construction site.
- the local protective gas flow does not flow within a volume of the process chamber that lies above the entire area of the construction field, but only within a volume of the process chamber that lies above a partial area of the construction field.
- the partial area or partial area can basically have an area that is 90%, 89%, 88%,
- 42% 41%, 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26% , 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%,
- the extent of the local protective gas flow is determined in such a way that in the area of a projection starting from the outlet opening of the channel, a flow speed is above a predetermined minimum speed and / or a volume flow is above a predetermined minimum value and / or a mass flow is above a predetermined value
- the minimum value lies and / or a flow direction lies within a predetermined maximum deviation, both a horizontal and a vertical expansion of the local protective gas flow being taken into account.
- the predetermined minimum speed can be 30% or 50% of the maximum speed after the process gas has emerged from the outlet opening.
- the predetermined maximum deviation of 30 ° or 45 ° relative to the flow direction that the protective gas flow has when exiting the outlet opening, by means of these criteria, the local protective gas flow can, for. B. from turbulence or un directed gas movements within the process chamber, but also from a globally overflowing protective gas stream according to the prior art.
- the proportion of the area of the partial area of the construction field over which protective gas flows can be varied one or more times during a layer construction method carried out with the aid of the layer construction device.
- a simple way of setting the maximum possible partial area can be done, for example, by a corresponding choice or setting of the horizontal dimension of the outlet opening.
- the protective gas flow is generated by means of the flow guiding device in such a way that its main flow direction after exiting from the outlet opening of the channel is not perpendicular to the construction field, but rather at a distance parallel or approximately parallel to the construction field or to a plane which comprises the construction field is.
- main flows arranged are slight, that is to say main flow orientations deviating from an exactly parallel orientation by ⁇ 20 ° understand, for example, be by 1 °, 2 °, 3 °, 4 °, 5 °, 6 °, 7 °, 8 °, 9 °, 10 °, 11 °, 12 °, 13 °, 14 °, 15th °, 16 °, 17 °, 18 °, 19 ° or 20 ° deviating main flow orientations, each measured at the outlet opening of the channel or an inlet device of the channel.
- the main flow orientation of the protective gas flow can be determined, for example, by the arithmetic mean of a number of flow directions, the individual flow directions or lines, for. B. measured, simulated or otherwise determined.
- the deviations should generally be limited to angles at which it is ensured that the protective gas flow is conducted over the powder layer at a distance from the powder layer and that the latter is not affected. belt or otherwise impaired. In this way, contaminants can be removed particularly reliably, since a comparatively strong protective gas flow can be generated directly in the region of the contaminants without the powder layer being undesirably whirled up.
- the at least essentially parallel alignment also avoids the previously required deflection of a protective gas flow directed perpendicular to the construction field.
- any spreading or fanning out of the protective gas flow after exiting the channel can be tolerated and adequately controlled over short distances, for example by appropriate alignment and design of the outlet opening of the channel and by controlling the flow rate or the volume flow of the protective gas. Since the flow guide device according to the invention can also be moved relative to the construction field, the channel or its outlet opening can, if necessary, be positioned where most impurities occur at a certain point in time. Since only a local shielding gas stream has to be generated, the shielding gas volume required is also considerably less than in the case of global shielding gas streams, as a result of which the flow control device according to the invention can be implemented more easily and causes lower operating costs.
- the channel is preferably formed as tubing or piping, which is connected, for example, via an interface in a wall of the process chamber to a gas supply arranged outside the process chamber, from which gas is transported within the channel to the outlet opening.
- the process chamber of the layer construction device comprises a cavity above the construction site, the construction site generally forms part of a floor area of the process chamber.
- the process chamber comprises (in particular vertically) ascending walls, the arrangement of which is often a z. B. follows a rectangular outline of the construction site and keep a certain distance from the construction site.
- the cavity of the process chamber is closed from the top by a ceiling that z. B. be formed horizontally, but can also include slopes.
- the gas outlet device can be arranged in a wall of the process chamber and / or adjacent to or near an edge of the construction field.
- the inlet opening of the gas outlet device generally forms an essentially vertical interface between a cavity of a gas outlet downstream of the inlet opening and a cavity formed by the process chamber.
- the flow guide device enables a protective gas flow over a distance between the mobile outlet opening of the channel and the stationary one To direct gas outlet device.
- the spreading of contaminants within the process chamber can be prevented particularly effectively and the contaminants can be removed more quickly and directly to the gas outlet device.
- Use of the flow control device in conjunction with the immovable gas outlet device also advantageously makes it possible to dispense with one or more mobile or local gas outlet device (s) that can be moved relative to the construction site.
- “one / one” within the scope of this disclosure should be read as indefinite articles, ie without “explicitly stated otherwise” always as “at least one / at least one”.
- "one / one” can also be understood as "only one / only one”.
- the protective gas can comprise or be argon and / or another noble gas or noble gas mixture (He, Ne, Kr, Xe).
- the protective gas preferably has minimal impurities in oxygen, nitrogen, hydrogen and water (steam).
- the lowest possible contamination means contents of at most 20 ppm, in particular of at most 10 ppm or less.
- the layer construction device comprises a powder supply for applying at least one powder layer of the material in the area of the construction field and / or at least one radiation source for generating at least one energy beam for layer-by-layer and local melting and / or sintering of the material Forming a component layer by selectively irradiating the material with at least one energy beam.
- the layer construction device can, for example, basically be designed as a selective laser sintering and / or laser melting device and have one or more lasers as the radiation source (s).
- a laser beam as an energy beam for example, a CO2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like can be provided.
- the device is designed as an electron beam sintering and / or melting device, that is to say has one or more electron sources as radiation source (s) for generating an electron beam as an energy beam.
- radiation source s
- Any combinations of electromagnetic radiation and particle radiation are also conceivable.
- melting and / or sintering of the material can occur during irradiation, so that in the context of the present invention the term “welding” also means “sintering” and vice versa can be understood.
- the energy beam (s) are coupled or let into the process chamber via one or more areas of the process chamber wall and / or process chamber ceiling (e.g. coupling window) that are transparent to energy beams and cross the cavity of the process chamber on its way to the construction site, where it or . they effect the selective solidification of the material locally.
- the flow guide device comprises at least one guide surface segment for limiting a spread of the protective gas introduced into the process chamber.
- the typical spread of an unguided protective gas flow can be limited on one, two, three or more sides and / or the protective gas flow can be directed. This means that contaminants can be removed more precisely and effectively.
- the at least one guide surface segment provides, in a structurally simple manner, a pressure side which is geometrically optimally adaptable to the respective application and by means of which the protective gas flow can be limited and / or directed in a desired direction.
- the guide surface segment can be designed as a “guide plate” or guide plate, wherein the guide surface segment can in principle be formed from metallic and / or non-metallic materials or composite materials. Furthermore, the guide surface segment can be straight or curved depending on the desired flow guidance.
- the at least one guide surface segment is preferably designed as a component of the flow guide device that is separate from the channel or its outlet opening. As a result, a distance between the guide surface segment and the outlet opening can be variably set. This represents a considerable gain in flexibility due to the ability to coordinate the relative movements of the outlet opening and the guide surface segment within the process chamber.
- the at least one guide surface segment is at least regionally (high) energy beam transparent, in particular laser transparent. This makes it possible, for example, to form a flow guide channel through which the material can nevertheless solidify due to the (high) energy beam-transparent property of the guide surface segment.
- the guide surface segment can be partially or completely laser-transparent, so that a laser beam can be guided through the guide surface segment onto the material in order to selectively solidify it.
- ne electron beam transparent embodiment can be provided.
- the at least one guide surface segment consists at least in regions of a non-induction material, in particular of a high-temperature-resistant plastic, of a ceramic, of a composite material or of any combination thereof.
- a high-temperature-resistant plastic is understood to mean high-performance plastics with high temperature resistance, which have a continuous use temperature of at least 150 ° C., in particular of at least 300 ° C.
- An example of such a high-performance plastic is polyether ether ketone (abbreviated PEEK), which belongs to the group of polyaryl ether ketones and has a melting temperature of about 335 ° C.
- high-performance plastics combinations of several high-performance plastics and composite materials with one or more high-performance plastics can generally also be used to produce the guide surface segment.
- suitable non-induction materials such as ceramic materials, can also be used.
- non-magnetic metals or metal alloys can also be provided.
- the at least one guide surface segment has a longitudinal extent of at least 50%, preferably at least 70% and particularly preferably at least 100%, that is to say 50%, 51%, 52%, 53%, 54 %, 55%, 56%, 57%,
- the proportion of the distance between the outlet opening of the channel of the flow guide device, which acts as a local gas supply, and the inlet opening of the gas outlet device, along which the flow guide device guides the protective gas flow at least in sections, can be optimally adjusted and, if necessary, in a corridor over the entire length of the construction site (100 %) can be realized.
- the at least one guide surface segment and the end region of the channel of the flow guide device which comprises the outlet opening can be moved relative to one another. This allows the outlet opening for example, are moved along the guide surface segment, the guide surface segment permanently limiting and guiding the inert gas flow.
- the flow guide device comprises at least two guide surface segments which are arranged opposite one another and / or which limit an outlet opening of the channel of the flow guide device for the protective gas in relation to the construction site.
- the inert gas flow can be limited on two or more sides and be conducted.
- the at least two guide surface segments can be fixed relative to one another or movable relative to one another, either a constant or a changeable limitation or flow guidance of the protective gas flow can be realized.
- two or more guide surface segments can be moved translationally relative to one another, for example displaceable and / or telescopic into one another, in order to allow a variable geometry of a flow channel formed or limited by the guide surface segments. This enables optimized flow control with differently dimensioned component layers.
- two or more guide surface segments can be rotated relative to one another, for example tilted or pivoted, in order to realize a limitation or deflection of the protective gas flow.
- At least one guide surface segment at an angle between 60 ° and 120 °, that is to say for example at an angle of 60 °, 61 °, 62 °, 63 °, 64 °, 65 °, 66 °, 67 °, 68 °, 69 °, 70 °, 71 °, 72 °, 73 °, 74 °, 75 °, 76 °, 77 °, 78 °, 79 °, 80 °, 81 °, 82 ° , 83 °, 84 °, 85 °, 86 °, 87 °, 88 °, 89 °, 90 °, 91 °, 92 °, 93 °, 94 °, 95 °, 96 °, 97 °, 98 °, 99 °, 100 °, 10P, 102 °, 103 °, 104 °, 105
- the guide surface segment is arranged perpendicular (90 °) to the construction field or to a plane which encompasses the construction field, with inclinations of up to ⁇ 30 ° being possible.
- the spread of the protective gas flowing essentially parallel to the construction site can be limited on one or more sides and directed or, if necessary, deflected.
- the protective gas flow can be limited or directed transversely to the main flow direction, that is to say perpendicularly, with a deviation of up to ⁇ 30 °.
- At least one guide surface segment in whole or in part, based on the construction site, is at least 1 cm, that is to say for example by 1.0 cm, 1.1 cm, 1.2 cm, 1.3 cm, 1.4 cm, 1.5 cm, 1.6 cm, 1.7 cm, 1.8 cm, 1.9 cm, 2.0 cm, 2.1 cm, 2.2 cm, 2.3 cm, 2.4 cm, 2.5 cm, 2.6 cm, 2.7 cm, 2.8 cm, 2.9 cm, 3.0 cm, 3.1 cm, 3.2 cm, 3.3 cm, 3.4 cm, 3.5 cm, 3.6 cm, 3.7 cm, 3.8 cm, 3.9 cm, 4.0 cm, 4.1 cm, 4.2 cm, 4.3 cm, 4.4 cm, 4.5 cm, 4.6 cm, 4.7 cm, 4.8 cm, 4.9 cm, 5.0 cm,
- the guide surface segment projects above the outlet opening in the direction away from the construction field, as a result of which an “overflow” of the protective gas flow and thus a deteriorated protective gas flow guidance are reliably prevented.
- a lowest point we at least one guide surface segment in operation of the layer construction device has a smaller distance from the construction site than a lowest point of an outlet opening of the channel of the flow guide device. This advantageously prevents an underflow of the guide surface segment and thus a deterioration in its conductivity and any swirling of the material.
- At least one guide surface segment at a distance of at least 0.5 cm and / or at most 5 cm, that is to say for example of 0.5 cm, 0.6 cm, 0.7 cm, 0.8 cm, 0.9 cm, 1.0 cm, 1.1 cm, 1.2 cm, 1.3 cm, 1.4 cm, 1.5 cm, 1.6 cm, 1.7 cm, 1.8 cm, 1.9 cm, 2.0 cm, 2.1 cm, 2.2 cm, 2.3 cm, 2.4 cm, 2.5 cm, 2.6 cm, 2.7 cm, 2.8 cm, 2.9 cm, 3.0 cm, 3.1 cm, 3.2 cm, 3.3 cm, 3.4 cm, 3.5 cm, 3.6 cm, 3.7 cm, 3.8 cm, 3.9 cm, 4.0 cm, 4.1 cm, 4.2 cm, 4.3 cm, 4.4 cm, 4.5 cm, 4.6 cm, 4.7 cm, 4.8 cm, 4.9 cm or 5.0 cm above the material or construction field or can be arranged.
- the outlet opening of the channel and at least two guide surface segments of the flow guide device are preferably designed and oriented to one another such that, in operation, the two guide surface segments on opposite sides of the outlet opening are preferably arranged parallel to one another and spaced apart such that they frame the outlet opening or delimit it on both sides , wherein the outlet opening can preferably be moved along (for example in a direction parallel to) a longitudinal extension of the guide surface segments.
- At least one guide surface segment of the flow guide device forms an upper side in relation to the construction field and / or that at least one guide surface segment of the flow guide device forms a lower side in relation to the construction field.
- At least one guide surface segment of the flow guide device clears a passage opening for an energy beam, at least during operation of the layer construction device. This ensures that a line of sight is released for the energy beam, so that it is not hindered by the direction of flow and can strike the construction field from a ceiling area of the device through the passage opening and can selectively solidify the material.
- two or more passage openings can also be provided, which release one or more lines of sight between the construction field and a ceiling area of the process chamber or an entry area of the energy beam of the radiation source into the process chamber.
- the passage opening (s) in the simplest embodiment can be cutouts or holes in the relevant guide surface segments through which both the energy beam and gas pass. can occur, whereby congestion effects are advantageously avoided.
- at least one passage opening can be formed from a gas-impermeable material that is transparent to the energy beam.
- a position of the flow guide device within the process chamber relative to the construction field as a function of a position of a contact surface of the energy beam and / or as a function of a position, orientation or expansion of a current working area of the energy beam within the construction field e.g. B. a radiation strip or checkerboard field or generally a localized radiation zone as a partial area of a cross-sectional object to be irradiated in a layer, on the construction field is adjustable and / or that the flow control device at least substantially simultaneously with the impact surface of the energy beam on the construction field or with the work area is movable relative to the construction site.
- At least one guide surface segment has a changeable geometry and / or by the fact that at least one longitudinal extent of the flow guide device can be set.
- the guide surface segment can have a bendable or bendable guide surface.
- shape changes by hinges, a glazing curtain or the like are conceivable in order to direct the protective gas flow along a non-linear flow path.
- a longitudinal extent of the flow guiding device can be changeable, for example, in that one or more guiding surface segments can be telescoped.
- the layer construction device comprises a further flow guiding device in the area of an upper side of the process chamber, by means of which a global protective gas flow with an essentially perpendicular main flow direction can be generated in relation to the construction field.
- the process chamber can thus be filled with a protective gas atmosphere during the layer construction process, the protective gas atmosphere preferably having a pressure between 50 mbar and 1200 mbar, that is to say for example with 50 mbar, 100 mbar, 150 mbar, 200 mbar, 250 mbar, 300 mbar, 350 mbar , 400 mbar, 450 mbar, 500 mbar, 550 mbar, 600 mbar, 650 mbar, 700 mbar, 750 mbar, 800 mbar, 850 mbar, 900 mbar, 950 mbar, 1000 mbar, 1050 mbar, 1100 mbar, 1150 mbar or 1200 mbar in the process chamber can be provided.
- the protective gas atmosphere preferably having a pressure between 50 mbar and 1200 mbar, that is to say for example with 50 mbar, 100 mbar, 150 mbar, 200 mbar, 250 mbar, 300 mbar, 350 mbar ,
- the protective gas in the protective gas atmosphere can preferably have the same or a similar composition as the protective gas stream discharged from the local flow control device over the construction site.
- argon can be used both for the protective gas stream and for the protective gas atmosphere.
- the protective gas discharged from the local flow control device is filtered after removal via the gas outlet device in order to remove discharged pollutants, and is then used as a protective gas for the global protective gas atmosphere in the process chamber.
- the protective gas atmosphere in the process chamber can basically be carried out in a circuit that may be provided with a filter system in order to avoid losses. Due to the first, local flow control device, the flow rate or the volume flow of the protective gas can be reduced compared to layer construction devices without such a local flow control device, whereby turbulence of the material can be prevented particularly reliably.
- a support device is provided, by means of which at least the end region of the channel of the flow-guiding device comprising the outlet opening and / or at least one guide surface segment can be moved in at least one spatial direction relative to the construction field within the process chamber.
- the carrying device is preferably arranged partially or completely within the process chamber.
- the end region of the channel and / or the guide surface segment can in principle be fixed directly or indirectly to the carrying device.
- the carrying device is preferably designed in such a way that it can avoid any coater or a powder feeder for applying a layer of powder to the building site or that the carrying device and the coater can be moved over the building site without interfering with one another.
- the carrying device and the coater can, for example, be movable in mutually perpendicular travel directions at similar height levels or can be moved at different height levels above the construction site.
- the carrying device comprises at least two supporting arms, each movable relative to the construction field.
- the support arms can each have one or more degrees of freedom of translation and / or one or more degrees of freedom of rotation.
- the first support arm can preferably be moved in exactly one first spatial direction and the second support arm can be moved in the first spatial direction and in a second spatial direction, the second spatial direction being perpendicular to the first spatial direction.
- one of the support arms can be moved in the y-direction of the process chamber, while the other support arm can be moved in the x-direction, the x and y directions being defined by the side edges of the construction field.
- at least one guide surface segment is coupled to one of the support arms, so that it moves with it during operation, while the end region of the channel of the flow guiding device comprising the outlet opening is coupled to the other support arm, so that the outlet opening moves with it during operation .
- the at least one guide surface segment and / or the end region of the channel comprising the outlet opening can be moved independently of the construction field, for example by means of a robot arm.
- the inlet opening of the gas outlet device preferably has a horizontal dimension which essentially corresponds to a horizontal dimension of an adjacent construction site side, particularly preferably has at least the length of the immediately adjacent construction site side.
- the layer construction device comprises a heating device, by means of which the construction field can be tempered at least in some areas.
- a heating device by means of which the construction field can be tempered at least in some areas.
- the heating device can in principle comprise one or more radiant heaters (IR, microwave, etc.) and / or one or more inductive temperature control devices in order to heat electrically conductive areas in the process chamber of the layer construction device with the help of one or more induction elements due to eddy current losses.
- IR radiant heater
- microwave microwave
- inductive temperature control devices in order to heat electrically conductive areas in the process chamber of the layer construction device with the help of one or more induction elements due to eddy current losses.
- the heating device comprises at least a first induction coil and a second induction coil, the first induction coil being fixed on the first support arm and the second induction coil on the second support arm.
- the magnetic fields of the induction coils can be selectively superimposed in order to carry out a temperature-controlled adjustment of a selected area of the construction field.
- the induction coils can be moved independently of one another.
- the second induction coil is preferably made smaller than the first induction coil and can only be moved within an area delimited by the first induction coil.
- the at least two induction coils can be movable relative to one another in a translatory and / or rotary manner, as a result of which their relative positioning with respect to one another can be set particularly precisely and as required. This permits a correspondingly precise heating of the material or the component layer, in that the magnetic fields of the induction coils can be deliberately superimposed in the desired areas.
- a drive of the heating device is also used synergistically for driving the flow guide device and / or the introduction device.
- a heating area of the heating device and a flow target area of the flow guide device and / or the introduction device are arranged at least immediately adjacent to one another, ie adjacent to one another, in the process chamber. They preferably form an intersection at least in an orthogonal projection of the heating area and the flow target area onto one level of the construction field.
- a target work area to which the heating device is moved in the horizontal direction can also be a target work area of the flow guide device and / or the introduction device and vice versa.
- under the intersection understood a partial area of the construction site.
- the heating area is understood in particular to mean a volume of solidified or unconsolidated material which is heated directly or indirectly by the heating device. It is taken into account that, for example, when using an inductive heating device, an uppermost layer of the unconsolidated material on the construction site can be heated largely indirectly (by heat conduction) by heat from a directly heated solid body lying below the uppermost material layer or solidified beforehand Area in the environment, ie in the surrounding material. From the use of this principle for heating one or fewer material layers that lie / lie between a component or a construction platform and the process chamber atmosphere, it can be seen that the indirectly heated area, which by definition is above a predetermined minimum temperature, has a very small spatial extent may have the z. B.
- the flow target area is understood as a partial volume of the process chamber that connects to the construction field immediately above the construction field.
- the flow target area comprises a surface of the uppermost layer of the material on which a gas stream strikes, or along which a gas stream flows, or over which a gas stream flows.
- a gas flow introduced into the process chamber by means of the introduction device arranged outside the material generally does not essentially have a depth effect into the material, that is to say essentially does not penetrate below the surface of the uppermost material layer.
- a position or movement of the heating device and the heating area generated by it thus determines a position or movement of the flow target area defined by the flow guide device and / or the introduction device.
- the position or movement of the heating device and / or the flow guide device and / or the inlet device is preferably controlled or regulated in such a way that intersections of the flow target area with the construction field and the heating area with the construction field occur at least during one step of processing the material ( e.g. in the form of selective consolidation) form as large an intersection as possible.
- the heating device which comprises two inductors that can be moved relative to one another in order to be able to overlay the individual induction fields
- the introduction device requires for the outlet opening, ie the gas inlet, which limits one locally Process gas stream generated, its own drive or support arm or at least must be movable in such a way that it can be moved or moved with the overlapping area of the two inductors, that is to say the most intensive heating area of the heating device.
- the inlet device and / or the flow guide device are attached indirectly or directly to the induction coils or respectively indirectly or directly to an induction coil or jointly to an associated support arm of the support device. It can also be provided that the introduction device and / or the flow guide device can be moved at least together with the induction coils or the respectively assigned induction coils with the aid of one or more separate support arms.
- a common process with the induction coils fully fulfills the objectives of the guided flow depending on the heating area, in particular with regard to the avoidance of undesirable contamination in the assembly and joining area.
- a further independent inventive concept lies in coupling the mobility of the flow guide device and / or the introduction device to a selected operating mode of the flow and / or the heating.
- This can be controlled or regulated, for example, with the aid of a suitably designed control device or control unit of the layer construction device.
- a first, “active” operating position can be provided, in which the local gas inflow and the conduction of the local gas flow take place.
- This operating position of the heating device and the flow guiding device and / or the introducing device above the construction field is suitable for heating or Flow and, as described above, can provide mobility in all degrees of freedom or limited to degrees of freedom that are appropriate for the respective application.
- This operating position preferably includes moving the flow guiding device and / or the introducing device into an area outside the travel movement of a coater of the layer building device, in order not to hinder the application of a new powder layer.
- a method or moving the heating device and / or the flow guiding device and / or the introducing device into a lateral parking position and / or moving or pivoting upward (z-direction) into the free space of the process chamber can be provided.
- the “inactive” operating position can also be selected, for example, during the set-up, cleaning, flooding, etc. of the layer construction device or during non-process times.
- This control or regulation of the operating positions of the heating device and / or the flow control device and / or the introduction device generally represents its own aspect of the invention, which can be implemented independently of the other aspects of the invention.
- the end region of the channel of the flow guide device comprising the outlet opening and / or at least one guide surface segment is fixed on the heating device and / or that the end region of the channel of the flow guide device comprising the outlet opening and / or at least one guide surface segment is dependent a movement of the heating device is movable. Since the heating device is used for tempering an area to be solidified, an area in the solidification process and / or an already solidified area of the component to be manufactured, a common arrangement or mobility is advantageous, since this ensures that the protective gas is always available for component quality particularly relevant area of the material. Any contaminants are removed particularly reliably, so that a particularly high component quality is guaranteed.
- a particularly precise alignment of the main flow direction of the protective gas is achieved in a further embodiment in that the end region of the channel of the flow guiding device comprising the outlet opening comprises a nozzle.
- the length of the nozzle can have a constant opening cross-sectional area, alternatively the opening cross-sectional area can widen, taper or have complex geometries.
- the flow guide device is designed to, during operation of the layer construction device, the main flow direction of the To direct shielding gas onto the at least one inlet opening of the gas outlet device in such a way that the main flow direction has an inclination of at most 30 °, for example 30 °, 29 °, 28 °, 27 °, 26 °, 25 °, 24 °, 23 °, 22 °, 21 °, 20 °, 19 °, 18 °, 17 °, 16 °, 15 °, 14 °, 13 °, 12 °, 11 °, 10 °, 9 °, 8 °, 7 °, 6 °, 5 °, 4 °, 3 °, 2 °, 1 ° or 0 ° relative to a plane parallel to the construction site, preferably relative to a horizontal.
- the main flow direction of the shielding gas flow or a virtual line connecting the outlet opening and the inlet opening is oriented at least approximately parallel to the construction field or horizontally, so that the shielding gas together with any entrained contaminants is correspondingly low in deflection and turbulence to lead over the construction site and lead away from the process chamber.
- this also particularly reliably prevents undesirable fluidization of the material, since the protective gas flow is not directed or redirected to a wall, ie to a flow resistance. This can increase the component quality accordingly.
- the flow guiding device is designed to direct the main flow direction of the protective gas toward the at least one inlet opening of the gas outlet device during operation of the layer construction device such that the main flow direction is arranged parallel or coaxially to a normal of an opening cross section of the inlet opening of the gas outlet device is.
- the surface or plane of the outlet opening and the surface or plane of the inlet opening are at least substantially parallel to one another during operation of the layer construction device. This allows a particularly low-swirling introduction and extraction or removal / discharge of the protective gas and any entrained contaminants from the process chamber.
- the outlet opening of the channel and / or the at least one inlet opening of the gas outlet device during operation of the layer construction device is arranged closer to the construction field than to a process chamber ceiling.
- the outlet opening of the flow guide device and / or the inlet opening of the gas outlet device is or are arranged close to the construction site during operation, i.e. closer to the construction site than to the process chamber ceiling, preferably in a lower half of the process chamber, more preferably in the lowermost third and particularly preferred in lowest quarter of a clear height, ie a maximum inner height, of the process chamber (vertical or perpendicular to the construction site).
- a second aspect of the invention relates to a method for operating a layer construction device according to the first aspect of the invention, in which before, during and / or after an additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method by means of the flow guide device of the end region comprising the outlet opening Channel of the flow control device is arranged above the level of the construction field and is moved relative to the level of the construction field in such a way that at least a predominant part of the protective gas emerging from the outlet opening is directed locally over a partial region of the construction field along a main flow direction parallel to the construction field.
- the inert gas stream is preferably introduced or injected at a predetermined distance from the powder layer and at least substantially parallel to the construction site, that is to say in the x / y plane of the layer construction device ( ⁇ 30 ° deviation from the x / y plane, ie possible in the z direction) to prevent the material from being whirled up unintentionally.
- This is a structurally simple and inexpensive way to reliably keep at least from selected areas and in particular the current solidification stand or the current working area of the at least one energy beam by a directed, local protective gas flow of smoke, condensate or other contaminants.
- the protective gas can comprise or be argon and / or another noble gas or noble gas mixture (He, Ne, Kr, Xe).
- the protective gas preferably has as little contamination of oxygen, nitrogen, hydrogen and water (steam) as possible.
- the lowest possible level of contamination means contents of at most 20 ppm, in particular of at most 10 ppm or less.
- the layer construction device can comprise a basically optional control device.
- the control device can have a processor device which is set up to implement an embodiment of the invention Procedure.
- the processor device can have at least one microprocessor and / or at least one microcontroller.
- the processor device can have a program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when it is executed by the processor device.
- the program code can be stored in a data memory of the processor device.
- the expression “trained to” is to be understood in such a way that not only is it general suitability, but that specifically hardware and / or software-based measures are implemented and configured to carry out the respective steps mentioned. Further features and their advantages result from the description of the first aspect of the invention, advantageous configurations of the first aspect of the invention being regarded as advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
- a third aspect of the invention relates to a storage medium with a program code, which is designed to control a layer construction device according to the first aspect of the invention when executed by a computing device so that it carries out a method according to the second aspect of the invention.
- Fig. 1 is a schematic and partially transparent perspective view of an inventive
- Figure 2 is a schematic perspective view of an introduction device and a Walkereinrich device, which are arranged on a support arm.
- Fig. 3 is a schematic perspective view of the introduction device and flow guide device, which are arranged together on the support arm;
- Fig. 4 is a schematic side sectional view of the layer construction device according to a further embodiment
- Fig. 5 is a schematic plan view of a variant of the layer construction device shown in Fig. 4;
- Fig. 6 is a schematic perspective view, partly in section, of the layer construction device according to a further embodiment.
- FIG. 7 shows a schematic view, partly in section, of the layer construction device according to the prior art for additive manufacturing of manufacturing products
- a layer construction device 10 shown schematically and partially in section in FIG. 7 is designed as a selective fiber sintering or fiber melting device according to the prior art and is explained below.
- To build an object or component 40 it contains a process chamber 20 with a chamber wall 42.
- a construction container 44 with a wall 46 that is open at the top is arranged.
- a working level 48 is defined by the upper opening of the building container 44, the area of the working level 48 which lies within the opening and which can be used for the construction of the object 40, being referred to as construction field I.
- z rer carrier 50 is arranged, on which a base plate 52 is attached, which closes the building container 44 down and thus forms the bottom.
- the base plate 52 may be a plate formed separately from the carrier 50 and attached to the carrier 50, or it may be integrally formed with the carrier 50.
- a construction platform 54 on which the object 40 is built can also be attached to the base plate 52.
- the object 40 can also be built on the base plate 52 itself, which then serves as the building platform 54.
- FIG. 7 the object 40 to be formed in the building container 44 on the building platform 54 is shown below the working plane 48 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by material 56 that has remained unconsolidated and serves as the building material.
- the laser sintering device 10 further contains a storage container 58 for the powdery material 56 which can be solidified by electromagnetic radiation and a coater 60 movable in a horizontal direction Y for applying the material 56 to the construction field I.
- the storage container 58 can alternatively also below the level of the construction field I. be arranged (not shown). From this, the material 56 z. B. by a vertically movable in the z-direction metering die coater 60 are supplied.
- the laser sintering device 10 further includes an exposure device 64 with a laser 66, which generates a laser beam 68 as an energy beam, which is deflected via a deflection device 70 and through a locating device 72 via a coupling window 22, which is located on the top of the process chamber 20 in de Wall 42 is attached, is focused on the working plane 48.
- the layer construction device 10 contains a control unit 74, via which the individual components of the device 10 are controlled in a coordinated manner for carrying out the construction process.
- the control unit 74 may include a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
- the computer program can be stored separately from the device on a storage medium from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit 74.
- the carrier 50 is first lowered by a height which speaks the desired layer thickness.
- a layer of the powdery material 56 is then applied by moving the coater 60 over the working plane 48.
- the coater 60 pushes a somewhat larger amount of material 56 in front of it than is required for the build-up of the layer.
- the coater 60 pushes the planned excess of material 56 into an overflow container 62.
- An overflow container 62 is arranged on both sides of the construction container 44.
- the powdery material 56 is applied at least over the entire cross section of the object 40 to be produced, preferably over the entire construction field I, that is to say the area of the working plane 48, which can be lowered by a vertical movement of the carrier 100.
- the cross section of the object 40 to be produced is then scanned by the laser beam 68 with a radiation exposure region (not shown) which schematically represents an intersection of the energy beam bundle with the working plane 48.
- the powdery material 56 is solidified at locations which correspond to the cross section of the object 40 to be produced.
- the laser sintering device 10 further contains a gas supply channel 34 ", a gas inlet nozzle 34 ', a gas outlet opening 30' and a gas discharge channel 30".
- the process gas flow moves horizontally across construction site I.
- a flow direction of the process gas stream in FIG. 7 runs in the same spatial direction as the coating direction Y, ie parallel to it.
- the gas supply channel 34 ", the gas inlet nozzle 34 ', the gas outlet opening 30' and the gas discharge channel 30" can, however, also be arranged, for example, rotated through 90 ° in or around the process chamber 20 such that the (horizontal) coating direction Y (corresponding to Rotated 90 °) is essentially perpendicular to the (horizontal) flow direction of the process gas stream.
- the gas supply and discharge can also be controlled by the control unit 74 (not shown).
- the gas sucked out of the process chamber 20 can be fed to a filter device (not shown), and the filtered gas can be fed back to the process chamber 20 via the gas feed channel 34 ′′, whereby a circulating air system with a closed gas circuit is formed.
- a plurality of nozzles or openings can also be provided in each case.
- FIG. 1 shows a schematic and partially transparent perspective view of a layer construction device 10 according to the invention.
- the general structure and the general mode of operation of the layer construction device 10 are known from the description of the example shown in FIG. 7, but are varied in some aspects in the present case.
- FIG. 1 will be explained below in conjunction with FIG. 2 and FIG. 3, FIG. 2 showing a schematic perspective view of an introduction device 14 and a heating device 12, which are arranged on a common support arm 28a.
- Fig. 3 shows a schematic perspective view of a flow control device 16, which with its introduction device 14 together on a support arm 28a of a support Device 28 of the layer construction device 10 are arranged.
- the layer construction device 10 which in the present case is also designed as a selective laser sintering and / or laser melting device, serves for the additive production of the component 40 or at least one component region of this component 40 by means of an additive layer construction method.
- the component 40 or component area can be, for example, a component 40 of an aircraft engine or another turbomachine, whereby there are basically no restrictions on the type of construction and other component types can also be produced in the manner described below.
- the layer construction device 10 comprises a housing 18, which limits a process chamber 20 be. On the top of the housing 18 there is a laser-transparent window 22, through which one or more fiber beams can enter the housing 18 for the selective solidification of a powder layer 24.
- the process chamber 20 has a relatively large internal height, which is primarily due to the requirements of the fiber optic unit.
- a fiber beam that emerges from an optics positioned centrally above construction site I hits the edge or eccentric areas of the construction and joining zone of construction site I the steeper the greater the distance between the level of construction site I and an exit point the assigned optics is.
- a steeper angle of incidence of the fiber beam generally standardizes the imaging properties, reduces the need for correction and thus promotes component precision.
- a large volume of the process chamber 20 is disadvantageous when it comes to keeping an atmosphere of the process chamber 20 and the elements contained therein. Therefore, a protective gas device (not shown) can be provided, by means of which protective gas or process gas, such as argon, can be passed into the process chamber 20 through a protective gas opening 34, for example, through the back of the housing 18 in order to define a defined gas atmosphere in the process chamber 20 to accomplish.
- a protective gas device (not shown) can be provided, by means of which protective gas or process gas, such as argon, can be passed into the process chamber 20 through a protective gas opening 34, for example, through the back of the housing 18 in order to define a defined gas atmosphere in the process chamber 20 to accomplish.
- protective gas or process gas such as argon
- the powder layer 24 which is also referred to as a powder bed, is applied with the aid of a powder feed, not shown here for reasons of clarity, via the coater 60 to the construction field I, which lies above the movable construction platform 54 (not shown) during operation of the layer construction device 10.
- the powder layer 24 is layer-by-layer and local in this build-up and joining zone by selective exposure to one or more fiber jets fused and / or sintered, whereby the component 40 or the component region is built up in layers according to a predetermined radiation strategy.
- the layer construction device 10 has the introduction device 14 already mentioned, by means of which an alternative or in addition to the “global” process gas flow through the process chamber 20 through the protective gas opening 34 “Local” protective gas flow, for example a gas flow essentially formed from argon, over which powder layer 24 can be generated, within which construction field I is located.
- the introduction device 14 is translationally movable above the powder layer and relative to the powder layer 24 in the x / y plane, that is to say in two mutually perpendicular spatial directions.
- an outlet opening 14a as an outlet opening, through which the protective gas flow exits essentially parallel to the powder layer 24 or to the level of the construction field I.
- the flow rate or the volume flow of protective gas can be varied as required.
- a protective gas flow can be set in the range between 0.1 l / min and 20 l / min, for example 1 l / min, 5 l / min, 10 l / min or more.
- the protective gas is supplied via a flexible channel 36, which is led locally into the process chamber 20 via the outlet opening 14a of the introduction device 14 arranged at the end region of the channel.
- This local injection via the channel 36 can in principle take place from the same shielding gas reservoir as the global shielding gas loading or from a separate shielding gas reservoir with parameters (speed, volume flow, shielding gas composition, pressure difference to the environment etc.) that can be set independently of the global shielding gas loading.
- parameters speed, volume flow, shielding gas composition, pressure difference to the environment etc.
- the introduction device 14 is assigned a flow guide device 16 for guiding the protective gas stream over the powder layer 24.
- the flow guide device 16 generally forms a flow channel with a connection to the rest of the process chamber 20 that is as small as possible and thus effectively prevents the spread of contaminants occurring at the irradiation point (L, not shown in FIGS. 1 to 3) into the space of the process chamber 20. Instead, - the resulting impurities are removed in a targeted manner.
- the flow guide device 16 in the exemplary embodiment shown comprises two guide surface segments l6a,
- the guide surface segments 16a, 16b which act as longitudinal guide surfaces and form a flow channel which is open at the top and bottom (z direction), so that a (high) energy or laser beam 68 can be directed unhindered from above onto the powder layer 24 .
- the guide surface segments 16a, 16b have a length which corresponds at least substantially to the length of a construction site side S. In other words, the guide surface segments l6a, 16b extend over the entire construction site side S, so that in every possible x position of the energy beam a local protective gas stream can be passed over the powder layer 24 to remove impurities.
- the guide surface segments 16 a, 16 b are arranged at a distance (z direction) between 1 cm and 10 cm, for example at a distance of 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm or more, from the powder layer 24. It can be seen that the outlet opening 14a of the introduction device 14 in the exemplary embodiment shown is arranged within the flow channel formed or between end regions of the guide surface segments 16a, 16b. This overlap ensures that no negative pressure arises, through which z. B. powder could be sucked into the flow channel from behind, and that the inert gas flow cannot escape uncontrollably from the flow channel.
- the flow guide device 16 defines an initial direction and a main flow direction H, indicated by two arrows, of the local flow of the shielding gas just above the x / y plane of the layer construction device 10, any orientations such as curved or curved designs of the flow guide device 16 being possible in principle .
- the flow guiding device 16 should, if possible, be designed or arranged such that the protective gas flow does not stop during operation of the layer construction device 10 and is not swirled too strongly.
- At least the radiation site as the working area of an energy beam on the construction site or exposure point with reference to a laser beam 68 as an energy beam is reliably kept clear by the directed protective gas flow of smoke, condensate, spratzem and other pollutants and harmful gases and the like.
- the guide surface segment l6a is arranged in the present example on a support arm 28a of a Tragvor direction 28.
- the heating device 12 and the Introducer 14 via respective support arms 28b, 28c held indirectly on the support arm 28a of the support device 28.
- the heating device 12 and the introduction device 14 are held on a common support arm 28b or directly on the support arm 28a.
- the guide surface segments 16a, 16b are not shown in FIG. 2 for reasons of clarity.
- the heating device 12 and the introduction device 14 can be held and moved by means of individually or independently movable support arms, robot arms or the like.
- the heating device 12 is in turn presently designed as an inductive heating and comprises at least one induction coil 12a.
- the introduction device 14 can also be fixed directly or indirectly on the support arm 28b of the heating device 12, so that the heating device 12, the introduction device 14 and the flow control device 16 can be moved together via the support device 28 relative to the powder layer 24.
- the carrying device 28 can comprise, for example, a robot arm or the like for positioning the heating device 12, the introducing device 14 and / or the flow guiding device 16.
- the induction coil 12a comprises holding elements (not shown), by means of which the flow guide device 16 or the guide surface segments 16a, 16b and / or the introduction device 14 are held on the induction coil 12a.
- the guide surface segments 16a, 16b and / or the introduction device 14 can be held by means of a clip connection on the heating device 12, which permits particularly quick and easy assembly and disassembly.
- the support arm 28a can be moved translationally along the powder layer 24 in the y-direction, while the support arm 28b, which is U-shaped in the present case, can be moved in the x-direction along the support arm 28a in order to position the induction coil 12a and certain areas of the powder layer 24 to heat a predetermined temperature.
- the laser beam or beams are then generally directed onto the pre-tempered area of the powder layer 24, which is below the induction coil 12a in the z direction, in order to selectively solidify it. It can be seen in particular in FIG.
- the outlet opening l4a is arranged in the z-direction approximately at the level of the induction coil l2a or just above the induction coil l2a, so that the protective gas flow in particular the area of the induction coil l2a which is particularly relevant for the component quality, in which the solidification of the powder takes place, contains impurities ff.
- the invention advantageously makes use of this comparatively small and slowly movable effective exposure area, namely an at least approximately rectangular field in this exemplary embodiment, the area of which is essentially limited by the inner circumference of the induction coil 12a arranged above it.
- a width of the flow channel formed by the flow guide device 16 or the guide surface segments 16a, 16b essentially corresponds to the width of the induction coil l2a, while the length of the flow channel essentially corresponds to the length of the construction site side S or, if appropriate, goes beyond it.
- the gas outlet device 30 additionally serves to extract or discharge the global protective gas flow introduced into the process chamber 20 through the protective gas opening 34. In other words, there is a local injection and a local (and global) extraction or discharge of protective gas at opposite ends of the flow channel formed by the flow guide 16.
- the inlet opening of the gas outlet device 30 can alternatively z. B.
- the gas outlet device 30 comprises one or more inlet opening (s) which extend over the entire length of the construction and joining zone I and through which suction is extracted or discharged during the entire layer construction process. A movement of the direction 16 and thus the flow channel is thus essentially limited by the extent of construction site I or the assembly and joining zone.
- the gas outlet device 30 preferably has an extension of at least the side length of the rectangular construction field or the assembly and joining zone I in the y direction.
- an inlet opening of the gas outlet device 30 is moved together with the heating device 12, the inlet device 14 and / or the flow guide device 16 along the assembly and joining zone I (for example in the y direction), so that the outlet opening 14a of the introduction device 14 is always directed towards the inlet opening of the gas outlet device 30 and the protective gas flow is guided over the pul layer 24 at least essentially without deflection and thus with little swirling, while adjacent and currently unprocessed areas of the powder layer 24 are not vented.
- the gas outlet device 30 can comprise, for example, a plurality of openable and closable flaps, flow guide elements or the like, which are opened or closed or adjusted as a function of a relative position of the introduction device 14. It is also possible that the gas outlet device 30 comprises a type of blind which selectively opens an inlet opening which can be moved along the gas outlet device 30 depending on the position of the inlet device 14.
- the control or regulation of the individual components of the layer construction device 10 can be carried out, for example, via a control and / or regulating device (not shown) which executes a corresponding program code.
- the program code can be provided by means of a storage medium and processed by a processor of the control and / or regulating device.
- the longitudinal guide surface segments 16a, 16b form a type of “guide trough” which extends in the z direction from a height just above the construction field or the powder layer 24 to a height Extend over the outlet opening 14a of the local introduction device 14.
- with respect to the powder layer 24 in the z direction extend 1 cm, 2 cm, 5 cm or higher over the outlet opening 14a.
- this also enables a relatively flat angle of incidence of a solidifying energy beam (laser / electron beam).
- the guide surface segments 16a, 16b can only be partially closed off at the side or have a perforated design. This means that less gas volume is moved in the process chamber 20 in the y direction when the induction coil 12a and the flow guide device 16 are moved. This can reduce disadvantageous turbulence, which could otherwise lead to powder blowing on site I. This beneficial effect can be enhanced if the upright or vertical (ie in z- Direction) arranged guide surface segments l6a, 16b have a height that does not go beyond the absolutely necessary dimension for flow guidance in the x direction.
- a region of the guide surface segments 16a, 16b which in operation lies in the z direction above the outlet opening 14a of the inlet device 14 or above the inlet opening of the gas outlet device 30, can be arranged at a flatter angle to the construction site I than their area below.
- the guide surface segments l6a, 16b can be angled or curved in profile, with a cross section of the flow channel widening in a direction facing away from the construction site I (ie in the z direction towards the window 22).
- the flow target area can vary locally.
- the flow channel formed by the guide surface segments l6a, 16b of the flow guide device 16 for guiding the gas inflow from the introduction device 14 together with the flow target area or following a process point at which the powder bed 24 is selectively solidified or is to be moved can be moved together by a single drive or separately by two drives, the two drives being able to be moved mechanically completely or to a limited extent independently of one another.
- a first support arm 28a can be moved in a first spatial direction (y as an example here) and a second support arm 28b can be carried along on the first support arm 28a, and independently of the first support arm 28a in a second Spatial direction (here x as an example) can be moved or moved.
- a second Spatial direction here x as an example
- combinations or alternative variants of the translational and / or rotatory movability of the individual support arms 28a, 28b are also possible.
- the first support arm 28a can be movable in exactly one first spatial direction (y direction) and the second support arm 28b can be movable in the first spatial direction (y direction) and in a second spatial direction (x direction), the second spatial direction (x direction) preferably being perpendicular to the first spatial direction (y direction).
- at least one support arm 28a, 28b can be movable within a plane lying parallel above construction field I.
- a separate drive means of the support device 28 for moving can generally be assigned to each support arm 28a, 28b.
- the movability of the heating device 12 and / or the introducing device 14 and / or the flow guiding device 16 can, for. B. in a plane parallel to site I and optional also take place in the z direction.
- at least one robot arm (not shown) can be used, which allows free translational and / or rotational mobility in the x-y plane and, if appropriate, mobility in the z direction.
- alternative support devices 28 are also conceivable instead of a robot arm.
- a drive of the heating device 12 which is often required anyway, is also used synergistically for driving the flow guide device 16 and / or the introduction device 14.
- a heating area of the heating device 12 and a flow target area of the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 can form an intersection or at least adjoin one another, wherein a vertical distance is as small as possible, for example towards zero.
- a position or movement of the heating device 12 and the heating region generated by it thus determines a position or movement of the flow target area defined by the flow guide device 16 and / or the introduction device 14.
- the position or movement of the heating device 12 and / or the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 is preferably controlled or regulated in such a way that the flow target area and the heating area form the greatest possible intersection with one another in an orthogonal projection onto the level of the construction field, especially preferred are essentially identical.
- the heating device 12 which comprises two inductors that can be moved relative to one another in order to be able to overlay the individual induction fields
- the introduction device 14 requires an egg for the local gas inlet. gene drive or support arm or at least must be movable such that it can be moved or moved with the overlapping area of the two inductors, that is to say the most intensive heating area of the heater 12.
- the heating device 12 in a further aspect of the invention, which is independent of the other aspects of the invention, has a larger inductor or a large induction coil l2a and a smaller inductor or a small induction coil l2b , wherein the small induction coil l2b - preferably exclusively - within the large induction coil l2a or above the projection surface of the large induction coil l2a on the construction area I can be moved or moved.
- the introducing device 14 and / or the flow guiding device 16 are fastened to the induction coils l2a, l2b or respectively to an induction coil l2a, l2b or jointly to the respective support arm 28a, 28b or at least can be moved together with the respectively assigned induction coil l2a, l2b.
- a method with the induction coils l2a, l2b advantageously fulfills the above-defined goals of the guided flow depending on the heating area without restrictions.
- Another independent idea of the invention is in a coupling of the mobility of the flow guide device 16 and / or the introduction device 14 to a selected operating mode of the flow and / or the heating.
- This can be controlled or regulated, for example, with the aid of a correspondingly designed control device or control unit 74 of the layer construction device 10.
- a first, “active” operating position can be provided, in which the local gas inflow and the conduction of the local gas flow take place, as shown, for example, in FIG. 1.
- This operating position of the heating device 12 and the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 above Construction site I is suitable for heating or flow and can provide mobility in all degrees of freedom or restricted to degrees of freedom appropriate for the respective application.
- a second, "inactive" operating position there is no local gas inflow or local conduction Gas flow.
- This operating position preferably comprises moving the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 into an area outside the traversing movement of the coater 60, in order not to prevent the application of a new powder layer.
- a method of the heating device 12 and / or the flow Mungsleit Huawei 16 and / or the introducer 14 in a lateral parking position and / or moving or pivoting upward (z-direction) in the free space of the process chamber 20 may be provided.
- the “inactive” operating position can also be selected, for example, during the set-up, cleaning, flooding, etc. of the layer construction device 10 or during non-process times.
- This control or regulation of the operating positions of the heating device 12 and / or the flow control device 16 and / or the introduction device 14 generally represents a separate aspect of the invention that can be implemented independently of the other aspects of the invention.
- FIG. 4 shows a schematic side sectional view of the layer construction device 10 according to a further exemplary embodiment and will be explained in the following in conjunction with FIG. 5.
- 5 shows a schematic plan view of a variant of the layer construction device 10.
- the basic structure of the layer construction device 10 corresponds to that of the exemplary embodiment shown in FIG. 1.
- the flow guide device 16 is designed to be telescopic and comprises — in number and arrangement as an example — three guide surface segments te l6a-c that can be displaced in the X direction.
- the guide surface segments l6a-c are mounted on the first support arm 28a via individual support arms 28c-28e and can be moved relative to the construction field I as a function of the x position of the introduction device 14. 4 also shows that the main flow direction H of the protective gas or process gas stream flowing out of the outlet opening l4a is not aligned exactly parallel to the powder layer 24, but at a flat angle of approximately 20 ° to the level of the construction site I, that is to say easily directed onto the powder layer 24, emerges from the outlet opening 14a of the channel 36 or its introduction device 14.
- the shielding gas stream Due to the comparatively large distance from the outlet opening 14a to the gas outlet device 30, through which the local shielding gas stream is again discharged or sucked out of the process chamber 20, the shielding gas stream widens after leaving the outlet opening 14a and becomes upward, that is to say deflected away from the powder layer 24 in the z direction.
- the limits of the expanding protective gas flow are represented by the reference symbol IV.
- the angle of the main flow direction H in the direction of the powder layer 24 is selected as a function of the flow velocity and / or the distance to the gas outlet device 30 such that the protective gas flow does not expand substantially in the z direction via the gas outlet device 30, but at most up to upper edge of the suction opening of the gas outlet device 30.
- the guide surface segments l6a-c are of different sizes, the guide surface segment l6a closest to the outlet opening l4a being lowest in the z direction and the most distant guide surface segment l6c being highest in the z direction.
- a deepest point P n of all the guide surface segments 16a-c is arranged closer to the pul layer 24 than a deepest point or the lower edge of the outlet opening 14a of the channel 36 Flow guidance guaranteed.
- the heating device 12 in FIG. 5 comprises a large induction coil l2a and a small induction coil l2b which can be moved within the large induction coil l2a and whose fields can be deliberately superimposed for preheating the powder layer 24, to generate particularly high temperatures.
- the impact surface L of an energy beam, for example a laser beam on the powder layer 24 is shown as an example, which lies regularly within the large and the small induction coil l2a, l2b construction field I.
- Fig. 6 shows a schematic perspective view, in parts sectional view, of the layer construction device 10 according to a further embodiment.
- the flow guide device 16 comprises three guide surface segments 16a-c, which are different in size, shape and arrangement.
- the guide surface segment 16b is designed as a horizontal cover surface, which at least partially closes off the flow guide device 16 during operation. This can prevent the shielding gas stream guided from the channel 36 and the introduction device 14 into the process chamber 20 from widening too much and always being reliably directed in the direction of the gas outlet device 30.
- the guide surface segment 16b is slidably mounted on a vertical guide in the z direction.
- a position of the guide surface segment 16b in the z direction is set as a function of a current distance of the introduction device 14 or the outlet opening 14a from the inlet opening of the gas outlet device 30 (in the x direction).
- a low position of the guide surface segment 16b can be chosen, since the flow cone (identified by the reference symbol IV in FIG. 4) of the local process gas flow only widens to a small extent before it reaches the inlet opening of the gas outlet device 30, and thus essentially only flows along the underside of the guide surface segment 16b.
- the guide surface segment l6c is arranged below the introduction device 14 and ensures that the protective gas flow is limited in some areas downwards and flows over the small induction coil l2b. This on the one hand prevents the powder layer 24 from being whirled up, and on the other hand ensures particularly reliable removal of impurities occurring in the region of the small induction coil 12b.
- the configuration of the flow guiding device 16 can be varied as required, it should only be ensured that a largely trouble-free consolidation of the powder layer 24 remains possible.
- the flow guiding device 16 consists entirely or partially of a (highly) energy-beam-transparent material, so that partially or completely closed flow channels can also be realized, through which the energy jet nevertheless solidifies onto the Powder layer 24 can be passed.
- the flow guide device 16 can be formed in one piece and extend as a rudiment only in regions between the introduction or introduction device 14 and the gas outlet device 30, in order for the flow guide device 16 to collide with other components when the small induction coil l2b is relative to the large induction coil l2a exclude in the process chamber 20.
- the introduction device 14 can be fixed to a wall of the flow guide device 16, while the flow guide device 16 in turn can be fixed on the support arm 28 via the induction coil l2b.
- the inlet device 14, the flow guide device 16 and the induction coil 12b can thus be on the one hand always moved together relative to the induction coil l2a in the x direction and on the other hand together with the induction coil l2a in the y direction over the powder layer 24.
- This embodiment also offers the advantage that at least the exposure point is reliably kept clear by a directed flow of smoke / condensate / spratzem etc. and that the initial guiding effect of the flow guiding device 16 is ensured on both sides, so that alignment is also ensured in this case of the protective gas flow from the outlet opening 14a to an inlet opening of the gas outlet device 30.
- the flow guide device 16 can generally preferably be made of a non-metallic or non-electrically conductive and temperature-stable material such as polyether ether ketone (PEEK), so that the flow guide device 16 does not itself heat up inductively on the one hand and the one during solidification on the other hand the powder layer 24 withstands temperatures arising without damage.
- PEEK polyether ether ketone
- the layer construction device 10 according to the invention and in particular the flow guide device 16 according to the invention enables different degrees of delimitation of a flow channel by one or more guide surface segments 16a-c.
- the flow guide device 16 can in principle conduct the inert gas flow only in one direction.
- the flow guide device 16 can form a type of guide groove, as was shown above by the two longitudinal guide surface segments 16a, 16b, which extend in the z direction from a height just above the powder bed 24 to a height just above an outlet of the local injection extend (e.g. 1, 2, 3, 4, 5 cm or more above).
- the flow guide device 16 and thus the guide channel formed thereby preferably extends at least substantially along an induction coil 12a or along an entire construction site side S.
- a partially closed design also has advantages when using a possibly bundled global inert gas inflow, since a funnel effect can be realized that directs the inflowing gas into the guide trough or possibly bundles it slightly.
- the local protective gas flow in the flow channel formed by the flow guide device 16 is not disturbed.
- less gas volume is moved in the process chamber 20 when the flow guide device 16 is moved when the upright ones Guide surface segments l6a-c are dimensioned comparatively flat. This also reduces disadvantageous turbulence, which could possibly lead to powder blowing on site I.
- the flow guide device 16 can in principle form a tunnel, which is closed at the top or in its entirety, with a large-area, preferably all-round delimitation of the flow channel by guide surface segments 16a-c.
- the flow guiding device 16 can have one or more recesses or cutouts or regions on the upper side (“windows”) that are transparent to high-energy beams, so that one or more (high) energy or laser beams can strike the construction field unhindered in this case a position of the recess or recess is fixed relative to the position of a small induction coil l2b above the assembly and joining zone I.
- an extension or geometry of the recess or recess can also be of variable design Defined flow of the protective gas flow possible, which ensures a particularly effective removal of contaminants.
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Abstract
Description
Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, Verfahren zum Betreiben einer solchen Schichtbauvorrichtung und Speichermedium Layer construction device for additive manufacturing of at least one component area of a component, method for operating such a layer construction device and storage medium
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schichtbauvorrich tung sowie ein Speichermedium mit einem Programmcode zum Steuern einer solchen Schicht bauvorrichtung. The invention relates to a layer construction device for additive manufacturing of at least one component area of a component, a method for operating such a layer construction device and a storage medium with a program code for controlling such a layer construction device.
Bei so genannten additiven bzw. generativen Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping- Verfahren) wird ein Bauteilbereich bzw. ein vollständiges Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungsmaschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut. Vorwiegend metallische Bauteile werden in der Regel durch Faser- bzw. Elektronenstrahlschmelz- oder -sinterverfahren hergestellt. Dabei wird zu nächst schichtweise ein meist pulverförmiger Werkstoff im Bereich eines Baufelds bzw. einer Aufbau- und Fügezone aufgetragen, um eine Pulverschicht zu bilden. Anschließend wird der Werkstoff lokal verfestigt, indem dem Werkstoff im Bereich des Baufelds Energie mittels we nigstens eines Energiestrahls zugeführt wird, wodurch der Werkstoff schmilzt bzw. sintert und eine Bauteilschicht bildet. Der Energiestrahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformati on der jeweils herzustellenden Bauteilschicht gesteuert. Die Schichtinformationen werden übli cherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils erzeugt und in einzelne Bauteilschichten un terteilt. Nach dem Verfestigen des geschmolzenen Werkstoffs wird die Bauplattform schichtwei se um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils wieder holt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil kann dabei grundsätzlich auf einer Bauplattform oder auf einem bereits erzeugten Teil des Bauteils oder Bauteilbereichs bzw. auf einer Stützstruktur hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Fertigung liegen insbesondere in der Möglich keit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können. Als problematisch bei diesen Schichtbauverfahren ist der Umstand anzusehen, dass sich häufig Zonen mit Verwirbelungen der Pulverschicht oder Staub sowie sonstige Verunreinigungen wie etwa Kondensat, Rauch oder Spratzer bilden, die sich unkontrolliert auf dem Baufeld, auf aufge- schmolzenem Pulver oder auf bereits verfestigten Bereichen der Bauteilschicht ablagem. Dies kann zu entsprechenden Verunreinigungen, Einschlüssen und Prozessstörungen und damit letzt lich zu einer Verminderung der Bauteilqualität führen. In so-called additive or generative manufacturing processes (so-called rapid manufacturing or rapid prototyping processes), a component area or a complete component, which can be, for example, a component of a turbomachine or an aircraft engine, is built up in layers. Mainly metallic components are usually manufactured by fiber or electron beam melting or sintering processes. First, a mostly powdery material is applied in layers in the area of a construction field or a build-up and joining zone in order to form a powder layer. The material is then solidified locally by supplying energy to the material in the area of the construction field by means of at least one energy beam, as a result of which the material melts or sinters and forms a component layer. The energy beam is controlled as a function of a layer information of the component layer to be produced in each case. The layer information is usually generated from a 3D CAD body of the component and subdivided into individual component layers. After the molten material has solidified, the building platform is lowered layer by layer by a predefined layer thickness. Then the steps mentioned are repeated until the desired completion of the desired component area or the entire component. The component area or the component can in principle be produced on a construction platform or on an already generated part of the component or component area or on a support structure. The advantages of this additive manufacturing are, in particular, the possibility of being able to produce very complex component geometries with cavities, undercuts and the like in a single process. The fact that zones with swirling of the powder layer or dust, as well as other contaminants such as condensate, smoke or spatter, often form uncontrollably on the construction site, on melted powder or on already solidified areas of the Deposit component layer. This can lead to corresponding impurities, inclusions and process disruptions and ultimately ultimately to a reduction in component quality.
Um derartige Probleme zu verringern, ist es bekannt, über einen Kanal Schutzgas zu einer Decke einer Prozesskammer der verwendeten Schichtbauvorrichtung zu leiten, um einen globalen, das heißt auf das gesamte Baufeld wirkenden Schutzgasstrom zu erzeugen, der von oben in die Pro- zesskammer auf das Baufeld geleitet und über eine in der Prozesskammer im Bereich des Bau- felds angeordnete globale Gasauslasseinrichtung wieder abgeführt wird, um das Aufsteigen von Rauch, Staub, Kondensat und dergleichen zu verhindern und etwaige Verunreinigungen abzu- transportieren. Allerdings darf der Schutzgasstrom nicht zu stark eingestellt werden, da er an sonsten die Pulverschicht aufwirbeln würde. Daher ist ein solcher globaler Schutzgasstrom nur eingeschränkt wirksam gegen die genannten Verunreinigungen. In order to reduce such problems, it is known to lead protective gas via a channel to a ceiling of a process chamber of the layer construction device used in order to generate a global protective gas stream, that is to say to the entire construction field, which flows from above into the process chamber Construction site directed and discharged via a global gas outlet arranged in the process chamber in the area of the construction field to prevent the rise of smoke, dust, condensate and the like and to transport away any contamination. However, the protective gas flow must not be set too strongly, since it would otherwise stir up the powder layer. Such a global shielding gas flow is therefore only effective to a limited extent against the contaminants mentioned.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schichtbauvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schichtbauvorrichtung anzugeben, welche eine prozesssicherere additive Herstellung von Bauteilschichten eines Bauteils mit höherer Qualität ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Speichermedium mit einem Programmcode anzugeben, welcher eine entsprechende Steuerung einer solchen Schichtbauvorrichtung sicherstellt. The object of the present invention is to provide a layer construction device and a method for operating such a layer construction device, which enable a process-reliable additive production of component layers of a component of higher quality. Another object of the invention is to provide a storage medium with a program code which ensures appropriate control of such a layer construction device.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Schichtbauvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schichtbauvorrichtung gemäß Patentanspruch 14 sowie durch ein Speichermedium gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den je weiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsas pekts als vorteilhafte Ausgestaltung der jeweils anderen Erfindungsaspekte und umgekehrt anzu sehen sind. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils durch ein additives Schichtbauverfahren. Die Schichtbauvorrichtung weist eine Prozesskammer auf, innerhalb welcher zumindest ein Baufeld zum schichtweisen Aufbauen des Bauteilbereichs aus einem Werkstoff, wenigstens eine Strö- mungsleiteinrichtung, welche mindestens einen Kanal mit einer Austrittsöffhung zum Einleiten eines Schutzgases in die Prozesskammer umfasst, und eine bezüglich des Baufelds ortsfeste Gas- auslasseinrichtung zum Abführen des Schutzgases aus der Prozesskammer angeordnet sind. Eine prozesssicherere additive Herstellung von Bauteilschichten eines Bauteils mit höherer Qualität wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Strömungsleiteinrichtung dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Schichtbauvorrichtung einen die Austrittsöffhung, d. h. einen Gaseinlass, umfas- senden Endbereich des Kanals der Strömungsleiteinrichtung oberhalb einer Ebene des Baufelds anzuordnen und derart relativ zur Ebene des Baufelds zu bewegen, dass zumindest ein überwie- gender Teil des Schutzgases entlang einer zur Ebene des Baufelds zumindest im Wesentlichen parallelen Hauptströmungsrichtung lokal über einen Teilbereich des Baufelds leitbar ist. Mit an deren Worten ist es im Unterschied zum Stand der Technik vorgesehen, dass mittels der Strö- mungsleiteinrichtung kein globaler, sondern ein lokaler Schutzgasstrom erzeugbar ist, der dem entsprechend nicht auf das gesamte Baufeld, sondern nur auf einen Teilbereich des Baufelds wirkt. Mit anderen Worten strömt der lokale Schutzgasstrom nicht innerhalb eines Volumens der Prozesskammer, das oberhalb der gesamten Fläche des Baufelds liegt, sondern nur innerhalb ei nes Volumens der Prozesskammer, das oberhalb einer Teilfläche des Baufelds liegt. Der Teilbe reich bzw. die Teilfläche kann dabei grundsätzlich eine Fläche aufweisen, die 90 %, 89 %, 88 %,The objects are achieved according to the invention by a layer construction device with the features of claim 1, by a method for operating such a layer construction device according to claim 14 and by a storage medium according to claim 15. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, advantageous refinements of each invention being seen as an advantageous embodiment of the other aspects of the invention and vice versa. A first aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method. The layer construction device has a process chamber within which at least one construction field for layer-by-layer construction of the component region from a material, at least one flow control device which comprises at least one channel with an outlet opening for introducing a protective gas into the process chamber, and a gas which is stationary with respect to the construction field - Outlet device for removing the protective gas from the process chamber are arranged. A process-reliable additive production of component layers of a component with a higher quality is achieved according to the invention in that the flow guiding device is designed to arrange and, during operation of the layer building device, an end region of the channel of the flow guiding device comprising the outlet opening, ie a gas inlet, above a level of the construction field and to be moved relative to the level of the construction field in such a way that at least a predominant part of the protective gas can be conducted locally over a partial region of the construction field along a main flow direction that is at least substantially parallel to the level of the construction field. In other words, in contrast to the prior art, it is provided that the flow control device does not generate a global, but rather a local, protective gas stream, which accordingly does not affect the entire construction site, but only a sub-area of the construction site. In other words, the local protective gas flow does not flow within a volume of the process chamber that lies above the entire area of the construction field, but only within a volume of the process chamber that lies above a partial area of the construction field. The partial area or partial area can basically have an area that is 90%, 89%, 88%,
87 %, 86 %, 85 %, 84 %, 83 %, 82 %, 81 %, 80 %, 79 %, 78 %, 77 %, 76 %, 75 %, 74 %, 73 %,87%, 86%, 85%, 84%, 83%, 82%, 81%, 80%, 79%, 78%, 77%, 76%, 75%, 74%, 73%,
72 %, 71 %, 70 %, 69 %, 68 %, 67 %, 66 %, 65 %, 64 %, 63 %, 62 %, 61 %, 60 %, 59 %, 58 %, 57 %, 56 %, 55 %, 54 %, 53 %, 52 %, 51 %, 50 %, 49 %, 48 %, 47 %, 46 %, 45 %, 44 %, 43 %,72%, 71%, 70%, 69%, 68%, 67%, 66%, 65%, 64%, 63%, 62%, 61%, 60%, 59%, 58%, 57%, 56% , 55%, 54%, 53%, 52%, 51%, 50%, 49%, 48%, 47%, 46%, 45%, 44%, 43%,
42 %, 41 %, 40 %, 39 %, 38 %, 37 %, 36 %, 35 %, 34 %, 33 %, 32 %, 31 %, 30 %, 29 %, 28 %, 27 %, 26 %, 25 %, 24 %, 23 %, 22 %, 21 %, 20 %, 19 %, 18 %, 17 %, 16 %, 15 %, 14 %, 13 %,42%, 41%, 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26% , 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%,
12 %, 11 %, 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 % oder weniger der Gesamtfläche des Baufelds entspricht, wobei entsprechende Zwischenwerte als mitoffenbart anzusehen sind. Die Erstreckung des lokalen Schutzgasstroms wird hierbei derart ermittelt, dass im Bereich einer Projektion ausgehend von der Austrittsöffnung des Kanals eine Strömungsgeschwindigkeit ober halb einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit liegt und/oder ein Volumenstrom oberhalb ei nes vorgegebenen Mindestwerts liegt und/oder ein Massenstrom oberhalb eines vorgegebenen Mindestwerts liegt und/oder eine Strömungsrichtung innerhalb einer vorgegebenen Maximalab- weichung liegt, wobei sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Ausdehnung des lokalen Schutzgasstroms berücksichtigt werden. Vorzugsweise wird bei der Ermittlung der Erstreckung des lokalen Schutzgasstroms lediglich ein baufeldnahes Volumen der Prozesskammer oberhalb des Baufelds betrachtet. Beispielsweise kann die vorgegebene Mindestgeschwindigkeit 30% oder 50% der Maximalgeschwindigkeit nach dem Austreten des Prozessgases aus der Austrittsöffhung betragen. Beispielsweise kann die vorgegebene Maximalabweichung 30° oder 45° relativ zu der Strömungsrichtung, die der Schutzgasstrom beim Austreten aus der Austrittsöffnung hat, betra gen. Mittels dieser Kriterien kann der lokale Schutzgasstrom z. B. von Turbulenzen oder von un gerichtet innerhalb der Prozesskammer verlaufenden Gasbewegungen, aber auch von einem glo bal das Baufeld überströmenden Schutzgasstrom nach dem Stand der Technik unterschieden werden. Durch die Bewegbarkeit der Austrittsöffhung kann der Flächenanteil des von Schutzgas überströmten Teilbereichs des Baufelds während eines mit Hilfe der Schichtbauvorrichtung durchgeführten Schichtbauverfahrens ein- oder mehrfach variiert werden. Eine einfache Mög lichkeit zur Einstellung des maximal möglichen Teilbereichs kann beispielsweise durch eine ent sprechende Wahl oder Einstellung der horizontalen Abmessung der Austrittsöffnung erfolgen. Weiterhin wird der Schutzgasstrom mittels der Strömungsleiteinrichtung derart erzeugt, dass sei ne Hauptströmungsrichtung nach dem Austritt aus der Austrittsöffhung des Kanals nicht senk recht zum Baufeld, sondern in einem Abstand parallel oder annähernd parallel zum Baufeld bzw. zu einer Ebene, die das Baufeld umfasst, ausgerichtet ist. Unter einer zumindest im Wesentlichen parallelen Hauptströmungsausrichtung des Schutzgasstroms sind neben exakt parallelen Haupt strömungsausrichtungen, das heißt exakt parallel zu einer x-/y-Ebene der Schichtbauvorrichtung angeordneten Hauptströmungen, auch geringfügig, das heißt um ± 20° von einer exakt parallelen Ausrichtung abweichende Hauptströmungsausrichtungen zu verstehen, also beispielsweise be tragsmäßig um 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°, 10°, 11°, 12°, 13°, 14°, 15°, 16°, 17°, 18°, 19° oder 20° abweichende Hauptströmungsausrichtungen, jeweils gemessen an der Austrittsöffnung des Kanals bzw. einer Einleiteinrichtung des Kanals. Die Hauptströmungsausrichtung des Schutzgasstroms kann beispielsweise über das arithmetisches Mittel einer Anzahl von Strö mungsrichtungen bestimmt werden, wobei die einzelnen Strömungsrichtungen oder -linien z. B. gemessen, simuliert oder anderweitig ermittelt werden können. Die Abweichungen sollten aber generell auf Winkel beschränkt werden, bei denen gewährleistet ist, dass der Schutzgasstrom in einem Abstand zur Pulverschicht über die Pulverschicht geleitet wird und diese nicht aufgewir- belt oder anderweitig beeinträchtigt. Hierdurch können Verunreinigungen besonders zuverlässig abgeführt werden, da eine vergleichsweise starke Schutzgasströmung unmittelbar im Bereich der Verunreinigungen erzeugt werden kann, ohne dass es zu einem unerwünschten Aufwirbeln der Pulverschicht kommt. Durch die zumindest im Wesentlichen parallele Ausrichtung kann zudem das bisher erforderliche Umlenken einer senkrecht auf das Baufeld gerichteten Schutzgasströ- mung vermieden werden. Eine etwaige Ausbreitung bzw. Auffächerung des Schutzgasstroms nach dem Austritt aus dem Kanal kann toleriert und über geringe Distanzen beispielsweise durch eine entsprechende Ausrichtung und Gestaltung der Austrittsöffnung des Kanals sowie durch Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Volumenstroms des Schutzgases ausreichend kontrolliert werden. Da die erfindungsgemäße Strömungsleiteinrichtung zudem relativ zum Bau- feld bewegbar ist, kann der Kanal bzw. seine Austrittsöffhung bedarfsweise dort positioniert werden, wo zu einem bestimmten Zeitpunkt die meisten Verunreinigungen auftreten. Da ledig- lich ein lokaler Schutzgasstrom erzeugt werden muss, ist zudem das benötigte Schutzgasvolumen wesentlich geringer als bei globalen Schutzgasströmen, wodurch die erfindungsgemäße Strö- mungsleiteinrichtung einfacher realisierbar ist und geringere Betriebskosten verursacht. Der Ka nal ist vorzugsweise als Verschlauchung oder Verrohrung aus gebildet, die beispielsweise über eine Schnittstelle in einer Wandung der Prozesskammer mit einem außerhalb der Prozesskammer angeordneten Gasvorrat verbunden ist, aus dem Gas innerhalb des Kanals zur Austrittsöffnung transportiert wird. Die Prozesskammer der Schichtbauvorrichtung umfasst einen Hohlraum ober halb des Baufelds, das Baufeld bildet in der Regel einen Teil einer Bodenfläche der Prozess kammer. Die Prozesskammer umfasst (insbesondere senkrecht) aufsteigende Wandungen, deren Anordnung häufig einer z. B. rechteckigen Umrissform des Baufelds folgt und die einen gewis sen Abstand zum Baufeld einhalten. Der Hohlraum der Prozesskammer wird nach oben hin ab geschlossen von einer Decke, die z. B. horizontal ausgebildet sein, aber auch Schrägen umfassen kann. Die Gasauslasseinrichtung kann in einer Wandung der Prozesskammer und/oder angren zend an einen bzw. nahe einem Rand des Baufelds angeordnet sein. Die Eintrittsöffhung der Gasauslasseinrichtung bildet eine in der Regel im Wesentlichen vertikale Schnittstelle zwischen einem Hohlraum einer Gasabführung stromabwärts der Eintrittsöffhung und einem durch die Prozesskammer gebildeten Hohlraum. 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% or less corresponds to the total area of the construction site, with corresponding intermediate values to be regarded as also disclosed . The extent of the local protective gas flow is determined in such a way that in the area of a projection starting from the outlet opening of the channel, a flow speed is above a predetermined minimum speed and / or a volume flow is above a predetermined minimum value and / or a mass flow is above a predetermined value The minimum value lies and / or a flow direction lies within a predetermined maximum deviation, both a horizontal and a vertical expansion of the local protective gas flow being taken into account. Preferably, when determining the extent of the local protective gas flow, only a volume of the process chamber above the construction field that is close to the construction field is considered. For example, the predetermined minimum speed can be 30% or 50% of the maximum speed after the process gas has emerged from the outlet opening. For example, the predetermined maximum deviation of 30 ° or 45 ° relative to the flow direction that the protective gas flow has when exiting the outlet opening, by means of these criteria, the local protective gas flow can, for. B. from turbulence or un directed gas movements within the process chamber, but also from a globally overflowing protective gas stream according to the prior art. Due to the movability of the outlet opening, the proportion of the area of the partial area of the construction field over which protective gas flows can be varied one or more times during a layer construction method carried out with the aid of the layer construction device. A simple way of setting the maximum possible partial area can be done, for example, by a corresponding choice or setting of the horizontal dimension of the outlet opening. Furthermore, the protective gas flow is generated by means of the flow guiding device in such a way that its main flow direction after exiting from the outlet opening of the channel is not perpendicular to the construction field, but rather at a distance parallel or approximately parallel to the construction field or to a plane which comprises the construction field is. Under an at least substantially parallel main flow orientation of the protective gas flow, in addition to exactly parallel main flow orientations, that is to say exactly parallel to an x / y plane of the layer construction device, main flows arranged also are slight, that is to say main flow orientations deviating from an exactly parallel orientation by ± 20 ° understand, for example, be by 1 °, 2 °, 3 °, 4 °, 5 °, 6 °, 7 °, 8 °, 9 °, 10 °, 11 °, 12 °, 13 °, 14 °, 15th °, 16 °, 17 °, 18 °, 19 ° or 20 ° deviating main flow orientations, each measured at the outlet opening of the channel or an inlet device of the channel. The main flow orientation of the protective gas flow can be determined, for example, by the arithmetic mean of a number of flow directions, the individual flow directions or lines, for. B. measured, simulated or otherwise determined. However, the deviations should generally be limited to angles at which it is ensured that the protective gas flow is conducted over the powder layer at a distance from the powder layer and that the latter is not affected. belt or otherwise impaired. In this way, contaminants can be removed particularly reliably, since a comparatively strong protective gas flow can be generated directly in the region of the contaminants without the powder layer being undesirably whirled up. The at least essentially parallel alignment also avoids the previously required deflection of a protective gas flow directed perpendicular to the construction field. Any spreading or fanning out of the protective gas flow after exiting the channel can be tolerated and adequately controlled over short distances, for example by appropriate alignment and design of the outlet opening of the channel and by controlling the flow rate or the volume flow of the protective gas. Since the flow guide device according to the invention can also be moved relative to the construction field, the channel or its outlet opening can, if necessary, be positioned where most impurities occur at a certain point in time. Since only a local shielding gas stream has to be generated, the shielding gas volume required is also considerably less than in the case of global shielding gas streams, as a result of which the flow control device according to the invention can be implemented more easily and causes lower operating costs. The channel is preferably formed as tubing or piping, which is connected, for example, via an interface in a wall of the process chamber to a gas supply arranged outside the process chamber, from which gas is transported within the channel to the outlet opening. The process chamber of the layer construction device comprises a cavity above the construction site, the construction site generally forms part of a floor area of the process chamber. The process chamber comprises (in particular vertically) ascending walls, the arrangement of which is often a z. B. follows a rectangular outline of the construction site and keep a certain distance from the construction site. The cavity of the process chamber is closed from the top by a ceiling that z. B. be formed horizontally, but can also include slopes. The gas outlet device can be arranged in a wall of the process chamber and / or adjacent to or near an edge of the construction field. The inlet opening of the gas outlet device generally forms an essentially vertical interface between a cavity of a gas outlet downstream of the inlet opening and a cavity formed by the process chamber.
Zusammenfassend ermöglicht es die erfindungsgemäße Strömungsleiteinrichtung, einen Schutz gasstrom über eine Distanz zwischen der mobilen Auslassöffhung des Kanals und der stationären Gasauslasseinrichtung zu leiten. Hierdurch kann eine Ausbreitung von Verunreinigungen inner halb der Prozesskammer besonders effektiv verhindert und ein schnellerer und direkter Abtrans- port der Verunreinigungen zur Gasauslasseinrichtung bewirkt werden. Ein Einsatz der Strö- mungsleiteinrichtung in Verbindung mit der unbeweglichen Gasauslasseinrichtung ermöglicht es zudem vorteilhaft, auf eine oder mehrere mobile, das heißt relativ zum Baufeld bewegbare globa le oder lokale Gasauslasseinrichtung(en) zu verzichten. Generell sind„ein/eine“ im Rahmen die ser Offenbarung als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als„mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können„ein/eine“ auch als„nur ein/nur eine“ verstanden werden. Als Schutzgas kann generell jedes geeignete Gas oder Gasge misch verwendet werden, das unter den jeweiligen Herstellungsbedingungen nicht zu einer Ver schlechterung der Bauteilqualität führt. Beispielsweise kann das Schutzgas Argon und/oder ein anderes Edelgas bzw. Edelgasgemisch (He, Ne, Kr, Xe) umfassen oder sein. Vorzugsweise weist das Schutzgas möglichst geringe Verunreinigungen an Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Wasser(dampf) auf. Unter einer möglichst geringen Verunreinigung werden jeweils Gehalte von höchstens 20 ppm, insbesondere von höchstens 10 ppm oder weniger verstanden. In summary, the flow guide device according to the invention enables a protective gas flow over a distance between the mobile outlet opening of the channel and the stationary one To direct gas outlet device. In this way, the spreading of contaminants within the process chamber can be prevented particularly effectively and the contaminants can be removed more quickly and directly to the gas outlet device. Use of the flow control device in conjunction with the immovable gas outlet device also advantageously makes it possible to dispense with one or more mobile or local gas outlet device (s) that can be moved relative to the construction site. In general, "one / one" within the scope of this disclosure should be read as indefinite articles, ie without "explicitly stated otherwise" always as "at least one / at least one". Conversely, "one / one" can also be understood as "only one / only one". Any suitable gas or gas mixture that does not lead to a deterioration in the component quality under the respective manufacturing conditions can generally be used as protective gas. For example, the protective gas can comprise or be argon and / or another noble gas or noble gas mixture (He, Ne, Kr, Xe). The protective gas preferably has minimal impurities in oxygen, nitrogen, hydrogen and water (steam). The lowest possible contamination means contents of at most 20 ppm, in particular of at most 10 ppm or less.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtbauvorrich tung eine Pulverzuführung zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht des Werkstoffs im Bereich des Baufelds und/oder mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls zum schichtweisen und lokalen Verschmelzen und/oder Versintem des Werkstoffs zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs mit dem wenigs tens einen Energiestrahl umfasst. Die Schichtbauvorrichtung kann beispielsweise grundsätzlich als selektive Lasersinter- und/oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildet sein und einen oder mehrere Laser als Strahlungsquelle(n) aufweisen. Zur Erzeugung eines Laserstrahls als Energie strahl kann beispielsweise ein CO2-Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder der gleichen vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, dass die Vorrichtung als Elektronenstrahlsinter- und/oder -Schmelzvorrichtung ausgebildet ist, das heißt eine oder mehrere Elektronenquellen als Strahlungsquelle(n) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls als Energiestrahl aufweist. Auch be liebige Kombinationen von elektromagnetischer Strahlung und Teilchenstrahlung sind denkbar. In Abhängigkeit des verwendeten Werkstoffs und der Bestrahlungsstrategie kann es beim Be strahlen zu einem Aufschmelzen und/oder zu einem Versintem des Werkstoffs kommen, so dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff„Verschweißen“ auch„Versintem“ und umgekehrt verstanden werden kann. Vorzugsweise werden der oder die Energiestrahlen über einen oder mehrere energiestrahltransparente Bereiche der Prozesskammerwandung und/oder Prozesskammerdecke (z. B. Einkoppelfenster) in die Prozesskammer eingekoppelt bzw. einge- lassen und durchqueren den Hohlraum der Prozesskammer auf ihrem Weg hin zum Baufeld, wo er bzw. sie gezielt lokal die selektive Verfestigung des Werkstoffs bewirken. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the layer construction device comprises a powder supply for applying at least one powder layer of the material in the area of the construction field and / or at least one radiation source for generating at least one energy beam for layer-by-layer and local melting and / or sintering of the material Forming a component layer by selectively irradiating the material with at least one energy beam. The layer construction device can, for example, basically be designed as a selective laser sintering and / or laser melting device and have one or more lasers as the radiation source (s). To generate a laser beam as an energy beam, for example, a CO2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like can be provided. It is also possible that the device is designed as an electron beam sintering and / or melting device, that is to say has one or more electron sources as radiation source (s) for generating an electron beam as an energy beam. Any combinations of electromagnetic radiation and particle radiation are also conceivable. Depending on the material used and the radiation strategy, melting and / or sintering of the material can occur during irradiation, so that in the context of the present invention the term “welding” also means “sintering” and vice versa can be understood. Preferably, the energy beam (s) are coupled or let into the process chamber via one or more areas of the process chamber wall and / or process chamber ceiling (e.g. coupling window) that are transparent to energy beams and cross the cavity of the process chamber on its way to the construction site, where it or . they effect the selective solidification of the material locally.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungs- leiteinrichtung wenigstens ein Leitflächensegment zum Begrenzen einer Ausbreitung des in die Prozesskammer eingeleiteten Schutzgases umfasst. Mit Hilfe des wenigstens einen Leitflächen segments kann die typische Ausbreitung eines ungeführten Schutzgasstroms einseitig, zweiseitig, dreiseitig oder mehrseitig begrenzt und/oder der Schutzgasstrom geleitet werden. Damit kann ein Abtransport von Verunreinigungen noch zielgenauer und effektiver erfolgen. Das wenigstens ei- ne Leitflächensegment stellt auf konstruktiv einfache Weise eine geometrisch optimal an den je- weiligen Anwendungsfall anpassbare Druckseite bereit, mittels welcher der Schutzgasstrom be- grenzt und/oder in eine gewünschte Richtung gelenkt werden kann. Das Leitflächensegment kann in einfachster Ausgestaltung als„Leitblech“ oder Leitplatte ausgebildet sein, wobei das Leitflä chensegment grundsätzlich aus metallischen und/oder nicht-metallischen Materialien oder Ver bundwerkstoffen ausgebildet sein kann. Weiterhin kann das Leitflächensegment in Abhängigkeit der gewünschten Strömungsführung gerade oder gekrümmt ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Leitflächensegment als von dem Kanal bzw. seiner Austrittsöffhung separa tes Bauteil der Strömungsleiteinrichtung ausgebildet. Dadurch kann ein Abstand zwischen dem Leitflächensegment und der Austrittsöffnung variabel eingestellt werden. Dies stellt einen erheb lichen Gewinn an Llexibilität durch die Koordinierbarkeit der relativen Bewegungen von Aus trittsöffhung und Leitflächensegment innerhalb der Prozesskammer dar. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the flow guide device comprises at least one guide surface segment for limiting a spread of the protective gas introduced into the process chamber. With the aid of the at least one guide surface segment, the typical spread of an unguided protective gas flow can be limited on one, two, three or more sides and / or the protective gas flow can be directed. This means that contaminants can be removed more precisely and effectively. The at least one guide surface segment provides, in a structurally simple manner, a pressure side which is geometrically optimally adaptable to the respective application and by means of which the protective gas flow can be limited and / or directed in a desired direction. In its simplest configuration, the guide surface segment can be designed as a “guide plate” or guide plate, wherein the guide surface segment can in principle be formed from metallic and / or non-metallic materials or composite materials. Furthermore, the guide surface segment can be straight or curved depending on the desired flow guidance. The at least one guide surface segment is preferably designed as a component of the flow guide device that is separate from the channel or its outlet opening. As a result, a distance between the guide surface segment and the outlet opening can be variably set. This represents a considerable gain in flexibility due to the ability to coordinate the relative movements of the outlet opening and the guide surface segment within the process chamber.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Leitflächensegment zumindest bereichs weise (hoch-)energiestrahltransparent, insbesondere lasertransparent ist. Hierdurch ist es bei spielsweise möglich, einen Strömungsführungskanal auszubilden, durch welchen aufgrund der (hoch-)energiestrahltransparenten Eigenschaft des Leitflächensegments hindurch dennoch eine Verfestigung des Werkstoffs stattfinden kann. Beispielsweise kann das Leitflächensegment teil weise oder vollständig lasertransparent sein, so dass ein Laserstrahl durch das Leitflächenseg ment auf den Werkstoff geleitet werden kann, um diesen selektiv zu verfestigen. Ebenso kann ei- ne elektronenstrahltransparente Ausgestaltung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich be- steht das wenigstens eine Leitflächensegment zumindest bereichsweise aus einem nicht induktionsfähigen Material, insbesondere aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff, aus einer Keramik, aus einem Verbundwerkstoff oder aus einer beliebigen Kombination hieraus. Hier durch kann das Leitflächensegment vorteilhaft in Verbindung mit induktiven Heizeinrichtungen verwendet bzw. in deren Nähe angeordnet werden, ohne dass es zu einer unerwünschten Erwär mung des Leitflächensegments aufgrund induzierter Ströme kommt. Unter einem hochtempera turfesten Kunststoff sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Hochleistungskunststoffe mit hoher Temperaturbeständigkeit zu verstehen, welche eine Dauergebrauchstemperatur von mindestens 150 °C, insbesondere von mindestens 300 °C besitzen. Ein Beispiel für einen solchen Hochleistungskunststoff ist Polyetheretherketon (abgekürzt PEEK), das zur Stoffgruppe der Po lyaryletherketone gehört und eine Schmelztemperatur von etwa 335 °C besitzt. Allerdings kön nen generell auch andere Hochleistungskunststoffe, Kombinationen mehrerer Hochleistungs kunststoffe sowie Verbundwerkstoffe mit einem oder mehreren Hochleistungskunststoffen zur Herstellung des Leitflächensegments verwendet werden. Ebenso können andere geeignete nicht induktionsfähige Materialien verwendet werden wie etwa keramische Werkstoffe. Generell kön nen aber auch nicht-magnetische Metalle oder Metalllegierungen vorgesehen sein. It can be provided that the at least one guide surface segment is at least regionally (high) energy beam transparent, in particular laser transparent. This makes it possible, for example, to form a flow guide channel through which the material can nevertheless solidify due to the (high) energy beam-transparent property of the guide surface segment. For example, the guide surface segment can be partially or completely laser-transparent, so that a laser beam can be guided through the guide surface segment onto the material in order to selectively solidify it. Likewise, ne electron beam transparent embodiment can be provided. Alternatively or additionally, the at least one guide surface segment consists at least in regions of a non-induction material, in particular of a high-temperature-resistant plastic, of a ceramic, of a composite material or of any combination thereof. In this way, the guide surface segment can advantageously be used in connection with inductive heating devices or be arranged in the vicinity thereof, without causing an undesired heating of the guide surface segment due to induced currents. In the context of the present disclosure, a high-temperature-resistant plastic is understood to mean high-performance plastics with high temperature resistance, which have a continuous use temperature of at least 150 ° C., in particular of at least 300 ° C. An example of such a high-performance plastic is polyether ether ketone (abbreviated PEEK), which belongs to the group of polyaryl ether ketones and has a melting temperature of about 335 ° C. However, other high-performance plastics, combinations of several high-performance plastics and composite materials with one or more high-performance plastics can generally also be used to produce the guide surface segment. Other suitable non-induction materials, such as ceramic materials, can also be used. In general, however, non-magnetic metals or metal alloys can also be provided.
Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das wenigstens eine Leitflächensegment eine Längserstreckung von mindestens 50 %, vorzugsweise von mindestens 70% und besonders be vorzugt von mindestens 100%, das heißt von 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57 %,It has been shown to be advantageous if the at least one guide surface segment has a longitudinal extent of at least 50%, preferably at least 70% and particularly preferably at least 100%, that is to say 50%, 51%, 52%, 53%, 54 %, 55%, 56%, 57%,
58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %,58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%,
73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87 %,73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%,
88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 %, 100 % oder mehr einer Baufeldseite und/oder eines Baufelddurchmessers des Baufelds besitzt. Hierdurch kann der Anteil der Strecke zwischen der Austrittsöffnung des als lokale Gaszuführung fungierenden Ka nals der Strömungsleiteinrichtung und der Eintrittsöffhung der Gasauslasseinrichtung, entlang welcher die Strömungsleiteinrichtung den Schutzgasstrom zumindest abschnittsweise leitet, op timal eingestellt und gegebenenfalls in einem Korridor über die gesamte Länge des Baufelds (100 %) verwirklicht werden. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Leitflächensegment und der die Austrittsöffnung umfassende Endbereich des Kanals der Strömungsleiteinrichtung relativ zueinander bewegbar sind. Hierdurch kann die Austrittsöffnung beispielsweise entlang des Leitflächensegments bewegt werden, wobei das Leitflächensegment permanent den Schutzgasstrom begrenzt und führt. 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 100% or more of a construction site side and / or a construction site diameter of the construction site . As a result, the proportion of the distance between the outlet opening of the channel of the flow guide device, which acts as a local gas supply, and the inlet opening of the gas outlet device, along which the flow guide device guides the protective gas flow at least in sections, can be optimally adjusted and, if necessary, in a corridor over the entire length of the construction site (100 %) can be realized. As an alternative or in addition, it is provided that the at least one guide surface segment and the end region of the channel of the flow guide device which comprises the outlet opening can be moved relative to one another. This allows the outlet opening for example, are moved along the guide surface segment, the guide surface segment permanently limiting and guiding the inert gas flow.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Strömungsleiteinrichtung wenigstens zwei Leitflächen- segmente umfasst, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind und/oder welche eine Austrittsöffnung des Kanals der Strömungsleiteinrichtung für das Schutzgas bezogen auf das Baufeld begrenzen. Hierdurch kann der Schutzgasstrom zwei- oder mehrseitig begrenzt und ge führt werden. Indem die wenigstens zwei Leitflächensegmente relativ zueinander feststehend o- der relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, kann wahlweise eine konstante oder eine ver änderbare Begrenzung bzw. Strömungsführung des Schutzgasstroms realisiert werden. Bei- spielsweise können zwei oder mehr Leitflächensegmente relativ zueinander translatorisch be- wegbar, beispielsweise verschiebbar und/oder ineinander teleskopierbar sein, um eine variable Geometrie eines durch die Leitflächensegmente geformten bzw. begrenzten Strömungskanals zu erlauben. Dies ermöglicht eine optimierte Strömungsführung bei unterschiedlich dimensionierten Bauteilschichten. Alternativ oder zusätzlich können zwei oder mehr Leitflächensegmente relativ zueinander rotatorisch bewegbar, beispielsweise verkippbar bzw. verschwenkbar sein, um eine Begrenzung bzw. Umlenkung des Schutzgasstroms zu realisieren. Further advantages result from the fact that the flow guide device comprises at least two guide surface segments which are arranged opposite one another and / or which limit an outlet opening of the channel of the flow guide device for the protective gas in relation to the construction site. As a result, the inert gas flow can be limited on two or more sides and be conducted. By arranging the at least two guide surface segments to be fixed relative to one another or movable relative to one another, either a constant or a changeable limitation or flow guidance of the protective gas flow can be realized. For example, two or more guide surface segments can be moved translationally relative to one another, for example displaceable and / or telescopic into one another, in order to allow a variable geometry of a flow channel formed or limited by the guide surface segments. This enables optimized flow control with differently dimensioned component layers. Alternatively or additionally, two or more guide surface segments can be rotated relative to one another, for example tilted or pivoted, in order to realize a limitation or deflection of the protective gas flow.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Leitflächensegment in einem Winkel zwischen 60° und 120°, also beispielsweise in einem Win- kel von 60°, 61°, 62°, 63°, 64°, 65°, 66°, 67°, 68°, 69°, 70°, 71°, 72°, 73°, 74°, 75°, 76°, 77°, 78°, 79°, 80°, 81°, 82°, 83°, 84°, 85°, 86°, 87°, 88°, 89°, 90°, 91°, 92°, 93°, 94°, 95°, 96°, 97°, 98°, 99°, 100°, 10P, 102°, 103°, 104°, 105°, 106°, 107°, 108°, 109°, 110°, 111°, 112°, 113°,In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that at least one guide surface segment at an angle between 60 ° and 120 °, that is to say for example at an angle of 60 °, 61 °, 62 °, 63 °, 64 °, 65 °, 66 °, 67 °, 68 °, 69 °, 70 °, 71 °, 72 °, 73 °, 74 °, 75 °, 76 °, 77 °, 78 °, 79 °, 80 °, 81 °, 82 ° , 83 °, 84 °, 85 °, 86 °, 87 °, 88 °, 89 °, 90 °, 91 °, 92 °, 93 °, 94 °, 95 °, 96 °, 97 °, 98 °, 99 °, 100 °, 10P, 102 °, 103 °, 104 °, 105 °, 106 °, 107 °, 108 °, 109 °, 110 °, 111 °, 112 °, 113 °,
114°, 115°, 116°, 117°, 118°, 119° oder 120°, zum Baufeld angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Leitflächensegment senkrecht (90°) zum Baufeld bzw. zu einer Ebene, welche das Bau- feld umfasst, angeordnet, wobei Schrägstellungen von bis zu ±30° vorgesehen sein können. Hierdurch kann die Ausbreitung des im Wesentlichen parallel zum Baufeld strömenden Schutz gases ein- oder mehrseitig begrenzt und gerichtet bzw. gegebenenfalls umgelenkt werden. Bei spielsweise kann der Schutzgasstrom quer zur Hauptströmungsrichtung, das heißt senkrecht mit einer Abweichung von bis zu ±30° begrenzt bzw. geleitet werden. Dies erlaubt eine ein- oder mehrseitige Begrenzung der Ausbreitung des Schutzgasstroms und einen zielgenaueren und ef fektiveren Abtransport von Verunreinigungen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bezogen auf das Baufeld ein höchster Punkt wenigstens eines Leitflächensegments im Betrieb der Schicht bauvorrichtung einen größeren Abstand zum Baufeld besitzt als ein höchster Punkt einer Aus- trittsöffhung des Kanals der Strömungsleiteinrichtung. Mit anderen Worten überragt das Leitflä chensegment - rechtwinklig vom Baufeld aus gemessen - zumindest bereichsweise die Aus- trittsöffhung. Hierdurch werden ein Überströmen des Leitflächensegments und damit eine Ver schlechterung seiner Leitwirkung vorteilhaft verhindert. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass sich wenigstens ein Leitflächensegment bezogen auf das Baufeld ganz oder bereichsweise um mindestens 1 cm, das heißt beispielsweise um 1,0 cm, 1,1 cm, 1,2 cm, 1,3 cm, 1,4 cm, 1,5 cm, 1,6 cm, 1,7 cm, 1,8 cm, 1,9 cm, 2,0 cm, 2,1 cm, 2,2 cm, 2,3 cm, 2,4 cm, 2,5 cm, 2,6 cm, 2,7 cm, 2,8 cm, 2,9 cm, 3,0 cm, 3,1 cm, 3,2 cm, 3,3 cm, 3,4 cm, 3,5 cm, 3,6 cm, 3,7 cm, 3,8 cm, 3,9 cm, 4,0 cm, 4,1 cm, 4,2 cm, 4,3 cm, 4,4 cm, 4,5 cm, 4,6 cm, 4,7 cm, 4,8 cm, 4,9 cm, 5,0 cm,114 °, 115 °, 116 °, 117 °, 118 °, 119 ° or 120 °, is arranged to the construction site. In other words, the guide surface segment is arranged perpendicular (90 °) to the construction field or to a plane which encompasses the construction field, with inclinations of up to ± 30 ° being possible. As a result, the spread of the protective gas flowing essentially parallel to the construction site can be limited on one or more sides and directed or, if necessary, deflected. For example, the protective gas flow can be limited or directed transversely to the main flow direction, that is to say perpendicularly, with a deviation of up to ± 30 °. This allows the spreading of the protective gas flow on one or more sides and a more precise and effective removal of impurities. It can further be provided that based on the construction site has a highest point of at least one guide surface segment during operation of the layer construction device a greater distance from the construction site than a highest point of an outlet opening of the channel of the flow guidance device. In other words, the control surface segment - measured at right angles from the construction site - projects over the outlet opening at least in some areas. As a result, overflow of the guide surface segment and thus a deterioration in its conductivity are advantageously prevented. For example, it can be provided that at least one guide surface segment, in whole or in part, based on the construction site, is at least 1 cm, that is to say for example by 1.0 cm, 1.1 cm, 1.2 cm, 1.3 cm, 1.4 cm, 1.5 cm, 1.6 cm, 1.7 cm, 1.8 cm, 1.9 cm, 2.0 cm, 2.1 cm, 2.2 cm, 2.3 cm, 2.4 cm, 2.5 cm, 2.6 cm, 2.7 cm, 2.8 cm, 2.9 cm, 3.0 cm, 3.1 cm, 3.2 cm, 3.3 cm, 3.4 cm, 3.5 cm, 3.6 cm, 3.7 cm, 3.8 cm, 3.9 cm, 4.0 cm, 4.1 cm, 4.2 cm, 4.3 cm, 4.4 cm, 4.5 cm, 4.6 cm, 4.7 cm, 4.8 cm, 4.9 cm, 5.0 cm,
10 cm, 15 cm, 20 cm oder mehr, über den höchsten Punkt der Auslassöffnung erstreckt. Mit an deren Worten überragt das Leitflächensegment die Auslassöffnung in Richtung vom Baufeld weg nach oben, wodurch ein„Überlaufen“ der Schutzgasströmung und damit eine verschlechterte Schutzgasströmungsführung zuverlässig verhindert werden. 10 cm, 15 cm, 20 cm or more, extends over the highest point of the outlet opening. In other words, the guide surface segment projects above the outlet opening in the direction away from the construction field, as a result of which an “overflow” of the protective gas flow and thus a deteriorated protective gas flow guidance are reliably prevented.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass bezogen auf das Baufeld ein tiefster Punkt we nigstens eines Leitflächensegments im Betrieb der Schichtbauvorrichtung einen geringeren Ab stand zum Baufeld besitzt als ein tiefster Punkt einer Austrittsöffnung des Kanals der Strömungs leiteinrichtung. Hierdurch werden ein Unterströmen des Leitflächensegments und damit eine Verschlechterung seiner Leitwirkung und eine etwaige Verwirbelung des Werkstoffs vorteilhaft verhindert. Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Leitflächensegment in einem Abstand von mindestens 0,5 cm und/oder von höchstens 5 cm, das heißt beispielsweise von 0,5 cm, 0,6 cm, 0,7 cm, 0,8 cm, 0,9 cm, 1,0 cm, 1,1 cm, 1,2 cm, 1,3 cm, 1,4 cm, 1,5 cm, 1,6 cm, 1,7 cm, 1,8 cm, 1,9 cm, 2,0 cm, 2,1 cm, 2,2 cm, 2,3 cm, 2,4 cm, 2,5 cm, 2,6 cm, 2,7 cm, 2,8 cm, 2,9 cm, 3,0 cm, 3,1 cm, 3,2 cm, 3,3 cm, 3,4 cm, 3,5 cm, 3,6 cm, 3,7 cm, 3,8 cm, 3,9 cm, 4,0 cm, 4,1 cm, 4,2 cm, 4,3 cm, 4,4 cm, 4,5 cm, 4,6 cm, 4,7 cm, 4,8 cm, 4,9 cm oder 5,0 cm über dem Werkstoff bzw. Baufeld angeordnet oder anordenbar ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Leitflächen segment einen ausreichenden Abstand zum Werkstoff aufweist und diesen auch bei einer Bewe gung über den Werkstoff nicht aufwirbelt oder anderweitig stört. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass im Bereich des Werkstoffs entstehende Verunreinigungen, beispielsweise Rauch- oder Spratzerbildungen, zuverlässig von der Schutzgasströmung erfasst und abtransportiert werden können. As an alternative or in addition, it is provided that, based on the construction site, a lowest point we at least one guide surface segment in operation of the layer construction device has a smaller distance from the construction site than a lowest point of an outlet opening of the channel of the flow guide device. This advantageously prevents an underflow of the guide surface segment and thus a deterioration in its conductivity and any swirling of the material. It can be provided that at least one guide surface segment at a distance of at least 0.5 cm and / or at most 5 cm, that is to say for example of 0.5 cm, 0.6 cm, 0.7 cm, 0.8 cm, 0.9 cm, 1.0 cm, 1.1 cm, 1.2 cm, 1.3 cm, 1.4 cm, 1.5 cm, 1.6 cm, 1.7 cm, 1.8 cm, 1.9 cm, 2.0 cm, 2.1 cm, 2.2 cm, 2.3 cm, 2.4 cm, 2.5 cm, 2.6 cm, 2.7 cm, 2.8 cm, 2.9 cm, 3.0 cm, 3.1 cm, 3.2 cm, 3.3 cm, 3.4 cm, 3.5 cm, 3.6 cm, 3.7 cm, 3.8 cm, 3.9 cm, 4.0 cm, 4.1 cm, 4.2 cm, 4.3 cm, 4.4 cm, 4.5 cm, 4.6 cm, 4.7 cm, 4.8 cm, 4.9 cm or 5.0 cm above the material or construction field or can be arranged. This ensures that the guide surface segment is at a sufficient distance from the material and does not disturb or otherwise disturb it even when it is moved over the material. At the same time, it is ensured that contaminants arising in the area of the material, for example smoke or Spatter formation, can be reliably detected by the inert gas flow and removed.
Vorzugsweise sind die Auslassöffnung des Kanals und wenigstens zwei Leitflächensegmente der Strömungsleiteinrichtung derart ausgebildet und zueinander orientiert, dass im Betrieb die beiden Leitflächensegmente auf einander gegenüberliegenden Seiten der Auslassöffnung vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und derart voneinander beabstandet angeordnet sind, dass sie die Auslassöffnung umrahmen bzw. beidseitig begrenzen, wobei die Auslassöffnung vorzugsweise entlang (z. B. in einer Richtung parallel zu) einer Längserstreckung der Leitflächensegmente be- wegbar ist. The outlet opening of the channel and at least two guide surface segments of the flow guide device are preferably designed and oriented to one another such that, in operation, the two guide surface segments on opposite sides of the outlet opening are preferably arranged parallel to one another and spaced apart such that they frame the outlet opening or delimit it on both sides , wherein the outlet opening can preferably be moved along (for example in a direction parallel to) a longitudinal extension of the guide surface segments.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Leitflächensegment der Strömungsleiteinrichtung bezogen auf das Baufeld eine Oberseite bildet und/oder dass wenigstens ein Leitflächensegment der Strömungsleiteinrichtung bezogen auf das Baufeld eine Unterseite bildet. Hierdurch ist es möglich, die Schutzgasströmung nach oben und/oder nach unten hin zu kontrollieren und die Grenzen der Ausdehnung des Gasstroms nach oben, das heißt vom Baufeld weg, und/oder nach unten, das heißt zum Baufeld hin, zu definieren. Weiterhin kann mit Hilfe des Leitflächensegments oder der Leitflächensegmente ein im Quer schnitt überwiegend oder vollständig geschlossener Kanal ausgebildet werden, wodurch ein be- sonders effizienter und störungsfreier Abtransport von Verunreinigungen ermöglicht ist. Um trotzdem den Durchtritt eines zum Verfestigen des Werkstoffs verwendeten Energiestrahls auf das Baufeld sicherzustellen, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens ein Leitflächen segment der Strömungsleiteinrichtung zumindest im Betrieb der Schichtbauvorrichtung eine Durchtrittsöffnung für einen Energiestrahl freigibt. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Sichtachse für den Energiestrahl freigegeben ist, so dass dieser nicht durch die Strömungsleitein richtung behindert wird und von einem Deckenbereich der Vorrichtung durch die Durchtrittsöff nung auf das Baufeld auftreffen und den Werkstoff selektiv verfestigen kann. Generell können auch zwei oder mehr Durchtrittsöffhungen vorgesehen sein, die eine oder mehrere Sichtachsen zwischen dem Baufeld und einem Deckenbereich der Prozesskammer bzw. einem Eintrittsbe reich des Energiestrahls der Strahlenquelle in die Prozesskammer freigeben. Die Durchtrittsöff- nung(en) kann bzw. können dabei in einfachster Ausgestaltung Aussparungen bzw. Löcher im betreffenden Leitflächensegmente sein, durch die sowohl der Energiestrahl als auch Gas durch- treten können, wodurch Staueffekte vorteilhaft vermieden werden. Alternativ kann wenigstens eine Durchtrittsöffhung aus einem für den Energiestrahl transparenten, gasundurchlässigen Mate- rial gebildet sein. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least one guide surface segment of the flow guide device forms an upper side in relation to the construction field and / or that at least one guide surface segment of the flow guide device forms a lower side in relation to the construction field. This makes it possible to control the flow of protective gas upwards and / or downwards and to define the limits of the expansion of the gas flow upwards, that is to say away from the construction site, and / or downwards, that is to say towards the construction site. Furthermore, with the aid of the guide surface segment or the guide surface segments, a channel which is predominantly or completely closed in cross section can be formed, which enables particularly efficient and trouble-free removal of contaminants. In order to nevertheless ensure the passage of an energy beam used to solidify the material onto the construction site, it has proven to be advantageous if at least one guide surface segment of the flow guide device clears a passage opening for an energy beam, at least during operation of the layer construction device. This ensures that a line of sight is released for the energy beam, so that it is not hindered by the direction of flow and can strike the construction field from a ceiling area of the device through the passage opening and can selectively solidify the material. In general, two or more passage openings can also be provided, which release one or more lines of sight between the construction field and a ceiling area of the process chamber or an entry area of the energy beam of the radiation source into the process chamber. The passage opening (s) in the simplest embodiment can be cutouts or holes in the relevant guide surface segments through which both the energy beam and gas pass. can occur, whereby congestion effects are advantageously avoided. Alternatively, at least one passage opening can be formed from a gas-impermeable material that is transparent to the energy beam.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Position der Strömungsleiteinrichtung innerhalb der Prozesskammer relativ zum Baufeld in Abhängigkeit einer Position einer Auftrefffläche des Energiestrahls und/oder in Abhängigkeit einer Lage, Ori entierung bzw. Ausdehnung eines aktuellen Arbeitsbereichs des Energiestrahls innerhalb des Baufelds, z. B. eines Bestrahlungsstreifens oder Schachbrettfeldes oder allgemein einer örtlich begrenzten Bestrahlungszone als Teilbereich einer in einer Schicht zu bestrahlenden Objektquer schnittsfläche, auf das Baufeld einstellbar ist und/oder dass die Strömungsleiteinrichtung zumin dest im wesentlichen simultan mit der Auftrefffläche des Energiestrahls auf dem Baufeld bzw. mit dem Arbeitsbereich relativ zum Baufeld bewegbar ist. Hierdurch können Verunreinigungen, die überwiegend beim Auftreffen des Energiestrahls auf den Werkstoff entstehen, besonders zu verlässig abgeführt werden. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that a position of the flow guide device within the process chamber relative to the construction field as a function of a position of a contact surface of the energy beam and / or as a function of a position, orientation or expansion of a current working area of the energy beam within the construction field , e.g. B. a radiation strip or checkerboard field or generally a localized radiation zone as a partial area of a cross-sectional object to be irradiated in a layer, on the construction field is adjustable and / or that the flow control device at least substantially simultaneously with the impact surface of the energy beam on the construction field or with the work area is movable relative to the construction site. As a result, contaminants, which predominantly arise when the energy beam hits the material, can be removed particularly reliably.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem wenigstens ein Leitflächensegment eine veränderbare Ge ometrie besitzt und/oder dadurch, dass zumindest eine Längserstreckung der Strömungsleitein richtung einstellbar ist. Dies ermöglicht eine besonders flexible Anpassung an unterschiedliche Baufeld- und Bauteilgeometrien. Beispielsweise kann das Leitflächensegment eine biegbare oder krümmbare Leitfläche aufweisen. Ebenso sind Gestaltänderungen durch Scharniere, einen Glie dervorhang oder dergleichen denkbar, um den Schutzgasstrom entlang eines nicht-linearen Strö mungspfads zu lenken. Eine Längserstreckung der Strömungsleiteinrichtung kann beispielsweise dadurch veränderbar sein, dass ein oder mehrere Leitflächensegmente teleskopierbar sind. Further advantages result from the fact that at least one guide surface segment has a changeable geometry and / or by the fact that at least one longitudinal extent of the flow guide device can be set. This enables a particularly flexible adaptation to different construction site and component geometries. For example, the guide surface segment can have a bendable or bendable guide surface. Likewise, shape changes by hinges, a glazing curtain or the like are conceivable in order to direct the protective gas flow along a non-linear flow path. A longitudinal extent of the flow guiding device can be changeable, for example, in that one or more guiding surface segments can be telescoped.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtbau vorrichtung eine weitere Strömungsleiteinrichtung im Bereich einer Oberseite der Prozesskam mer umfasst, mittels welcher ein globaler Schutzgasstrom mit einer im Wesentlichen senkrechten Hauptströmungsrichtung bezogen auf das Baufeld erzeugbar ist. Die Prozesskammer kann damit während des Schichtbauverfahrens mit einer Schutzgasatmosphäre gefüllt werden, wobei die Schutzgasatmosphäre vorzugsweise mit einem Druck zwischen 50 mbar und 1200 mbar, also beispielsweise mit 50 mbar, 100 mbar, 150 mbar, 200 mbar, 250 mbar, 300 mbar, 350 mbar, 400 mbar, 450 mbar, 500 mbar, 550 mbar, 600 mbar, 650 mbar, 700 mbar, 750 mbar, 800 mbar, 850 mbar, 900 mbar, 950 mbar, 1000 mbar, 1050 mbar, 1100 mbar, 1150 mbar oder 1200 mbar in der Prozesskammer bereitgestellt werden kann. Das Schutzgas der Schutzgasatmosphäre kann vor zugsweise die gleiche oder eine ähnliche Zusammensetzung wie der aus der lokalen Strömungs- leiteinrichtung ausgeleitete Schutzgasstrom über das Baufeld aufweisen. Beispielsweise kann sowohl für den Schutzgasstrom als auch für die Schutzgasatmosphäre Argon verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass das aus der lokalen Strömungsleiteinrichtung ausgeleitete Schutz gas nach dem Abführen über die Gasauslasseinrichtung filtriert wird, um abgeführte Schadstoffe zu entfernen, und anschließend als Schutzgas für die globale Schutzgasatmosphäre in der Pro zesskammer verwendet wird. Die Schutzgasatmosphäre in der Prozesskammer kann grundsätz lich in einem gegebenenfalls mit einem Filtersystem versehenen Kreislauf geführt werden, um Verluste zu vermeiden. Aufgrund der ersten, lokalen Strömungsleiteinrichtung kann die Strö mungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom des Schutzgases gegenüber Schichtbauvorrich tungen ohne eine solche lokale Strömungsleiteinrichtung reduziert werden, wodurch Verwirbe lungen des Werkstoffs besonders zuverlässig verhindert werden. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the layer construction device comprises a further flow guiding device in the area of an upper side of the process chamber, by means of which a global protective gas flow with an essentially perpendicular main flow direction can be generated in relation to the construction field. The process chamber can thus be filled with a protective gas atmosphere during the layer construction process, the protective gas atmosphere preferably having a pressure between 50 mbar and 1200 mbar, that is to say for example with 50 mbar, 100 mbar, 150 mbar, 200 mbar, 250 mbar, 300 mbar, 350 mbar , 400 mbar, 450 mbar, 500 mbar, 550 mbar, 600 mbar, 650 mbar, 700 mbar, 750 mbar, 800 mbar, 850 mbar, 900 mbar, 950 mbar, 1000 mbar, 1050 mbar, 1100 mbar, 1150 mbar or 1200 mbar in the process chamber can be provided. The protective gas in the protective gas atmosphere can preferably have the same or a similar composition as the protective gas stream discharged from the local flow control device over the construction site. For example, argon can be used both for the protective gas stream and for the protective gas atmosphere. It can be provided that the protective gas discharged from the local flow control device is filtered after removal via the gas outlet device in order to remove discharged pollutants, and is then used as a protective gas for the global protective gas atmosphere in the process chamber. The protective gas atmosphere in the process chamber can basically be carried out in a circuit that may be provided with a filter system in order to avoid losses. Due to the first, local flow control device, the flow rate or the volume flow of the protective gas can be reduced compared to layer construction devices without such a local flow control device, whereby turbulence of the material can be prevented particularly reliably.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Tragvorrichtung vorgesehen, mittels welcher zumindest der die Austrittsöffnung umfassende Endbereich des Kanals der Strö mungsleiteinrichtung und/oder wenigstens ein Leitflächensegment in wenigstens einer Raum richtung relativ zum Baufeld innerhalb der Prozesskammer bewegbar ist. Dies stellt eine kon struktiv einfache Möglichkeit zur Positionierung der Austrittsöffnung und/oder wenigstens eines Leitflächensegments gegenüber dem Baufeld dar. Die Tragvorrichtung ist vorzugsweise teilweise oder vollständig innerhalb der Prozesskammer angeordnet. Der Endbereich des Kanals und/oder das Leitflächensegment kann bzw. können dabei grundsätzlich unmittelbar oder mittelbar an der Tragvorrichtung festgelegt sein. Vorzugsweise ist die Tragvorrichtung derart ausgebildet, dass sie einem etwaig vorhandenen Beschichter bzw. einer Pulverzuführung zum Aufträgen einer Pulverschicht auf das Baufeld ausweichen kann bzw. dass die Tragvorrichtung und der Beschich ter über dem Baufeld bewegbar sind, ohne sich gegenseitig zu behindern. Hierzu können die Tragvorrichtung und der Beschichter beispielsweise in senkrecht zueinander stehenden Verfahr richtungen auf ähnlichen Höhenniveaus bewegbar sein oder auf unterschiedlichen Höhenniveaus über dem Baufeld bewegbar sein. Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Tragvorrichtung wenigstens zwei jeweils relativ zum Baufeld bewegbare Tragarme umfasst. Die Tragarme können jeweils einen oder mehrere Trans- lationsfreiheitsgrade und/oder einen oder mehrere Rotationsfreiheitsgrade aufweisen. Vorzugs- weise ist der erste Tragarm in genau einer ersten Raumrichtung bewegbar und der zweite Trag arm in der ersten Raumrichtung und in einer zweiten Raumrichtung bewegbar ist, wobei die zweite Raumrichtung senkrecht zur ersten Raumrichtung ist. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass einer der Tragarme in y-Richtung der Prozesskammer bewegbar ist, während der ande- re Tragarm in x-Richtung bewegbar ist, wobei die x- und y-Richtung durch die Seitenkanten des Baufelds definiert werden. Vorzugsweise ist wenigstens ein Leitflächensegment an einen der Tragarme gekoppelt, so dass es sich im Betrieb mit diesem mitbewegt, während der die Aus- trittsöffhung umfassende Endbereich des Kanals der Strömungsleiteinrichtung an den anderen Tragarm gekoppelt ist, so dass sich die Austrittsöffnung im Betrieb mit diesem mitbewegt. Eben so kann das wenigstens eine Leitflächensegment und/oder der die Austrittsöffnung umfassende Endbereich des Kanals eigenständig relativ zum Baufeld bewegbar sein, beispielsweise mittels eines Roboterarms. Vorzugsweise weist die Eintrittsöffhung der Gasauslasseinrichtung eine hori zontale Abmessung auf, die im Wesentlichen einer horizontalen Abmessung einer angrenzenden Baufeldseite entspricht, besonders bevorzugt mindestens die Länge der unmittelbar angrenzen den Baufeldseite hat. Diese Ausgestaltung erweist sich etwa dann als vorteilhaft, wenn das we nigstens eine Leitflächensegment nur in einer einzigen Raumrichtung relativ zum Baufeld be wegbar bzw. verfahrbar ist und diese Raumrichtung im Wesentlichen der Orientierung einer Längserstreckung der Eintrittsöffnung entspricht. Dadurch können die lokale Gasströmung und in ihr mitgeführte bzw. durch sie verdrängte Verunreinigungen der Prozesskammeratmosphäre unabhängig von der Position der Strömungsleiteinrichtung, d. h. des Kanals, seiner Austrittsöff nung und/oder des oder der Leitflächensegmente, relativ zum Baufeld direkt in Richtung bzw. bis hin zur Eintrittsöffnung der Gasauslasseinrichtung transportiert und anschließend aus der Pro zesskammer entfernt werden. In a further advantageous embodiment of the invention, a support device is provided, by means of which at least the end region of the channel of the flow-guiding device comprising the outlet opening and / or at least one guide surface segment can be moved in at least one spatial direction relative to the construction field within the process chamber. This represents a structurally simple possibility for positioning the outlet opening and / or at least one guide surface segment with respect to the construction field. The carrying device is preferably arranged partially or completely within the process chamber. The end region of the channel and / or the guide surface segment can in principle be fixed directly or indirectly to the carrying device. The carrying device is preferably designed in such a way that it can avoid any coater or a powder feeder for applying a layer of powder to the building site or that the carrying device and the coater can be moved over the building site without interfering with one another. For this purpose, the carrying device and the coater can, for example, be movable in mutually perpendicular travel directions at similar height levels or can be moved at different height levels above the construction site. Further advantages result from the fact that the carrying device comprises at least two supporting arms, each movable relative to the construction field. The support arms can each have one or more degrees of freedom of translation and / or one or more degrees of freedom of rotation. The first support arm can preferably be moved in exactly one first spatial direction and the second support arm can be moved in the first spatial direction and in a second spatial direction, the second spatial direction being perpendicular to the first spatial direction. For example, it can be provided that one of the support arms can be moved in the y-direction of the process chamber, while the other support arm can be moved in the x-direction, the x and y directions being defined by the side edges of the construction field. Preferably, at least one guide surface segment is coupled to one of the support arms, so that it moves with it during operation, while the end region of the channel of the flow guiding device comprising the outlet opening is coupled to the other support arm, so that the outlet opening moves with it during operation . In the same way, the at least one guide surface segment and / or the end region of the channel comprising the outlet opening can be moved independently of the construction field, for example by means of a robot arm. The inlet opening of the gas outlet device preferably has a horizontal dimension which essentially corresponds to a horizontal dimension of an adjacent construction site side, particularly preferably has at least the length of the immediately adjacent construction site side. This embodiment proves to be advantageous, for example, when the at least one guide surface segment can be moved or moved only in a single spatial direction relative to the construction site and this spatial direction essentially corresponds to the orientation of a longitudinal extension of the inlet opening. As a result, the local gas flow and impurities in the process chamber atmosphere that are carried along or displaced by it, regardless of the position of the flow guide device, ie the channel, its outlet opening and / or the or the guide surface segments, relative to the construction field directly in the direction of or up to Inlet opening of the gas outlet device is transported and then removed from the process chamber Pro.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtbau vorrichtung eine Heizvorrichtung umfasst, mittels welcher das Baufeld zumindest bereichsweise temperierbar ist. Hierdurch können mit Hilfe der Schichtbauvorrichtung auch schwer schmelzba re Werkstoffe wie beispielsweise hochwarmfeste Nickelbasissuperlegierungen, Mg2Si- Legierungen und intermetallische Verbindungen wie Titanaluminide schweißtechnisch verarbei- tet werden, da diese Werkstoffe mit Hilfe der Heizvorrichtung vorgewärmt und auf Temperatu- ren in der Nähe ihres Schmelzpunktes vortemperiert werden können. Weiterhin kann bereits ver festigter Werkstoff mit Hilfe der Heizvorrichtung wärmebehandelt und/oder kontrolliert abge- kühlt werden. Die Heizvorrichtung kann grundsätzlich eine oder mehrere Strahlungsheizungen (IR, Mikrowelle etc) und/oder eine oder mehrere induktive Temperiereinrichtungen umfassen, um elektrisch leitfähige Bereiche in der Prozesskammer der Schichtbauvorrichtung mit Hilfe von einem oder mehreren Induktionselementen durch erzeugte Wirbelstromverluste zu erwärmen. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the layer construction device comprises a heating device, by means of which the construction field can be tempered at least in some areas. As a result, even materials that are difficult to melt, such as, for example, highly heat-resistant nickel-base superalloys, Mg 2 Si alloys and intermetallic compounds such as titanium aluminides, can be processed using the layer construction device. be used, as these materials can be preheated with the help of the heating device and preheated to temperatures close to their melting point. Furthermore, already solidified material can be heat-treated and / or cooled in a controlled manner with the aid of the heating device. The heating device can in principle comprise one or more radiant heaters (IR, microwave, etc.) and / or one or more inductive temperature control devices in order to heat electrically conductive areas in the process chamber of the layer construction device with the help of one or more induction elements due to eddy current losses.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizvorrich tung zumindest eine erste Induktionsspule und eine zweite Induktionsspule umfasst, wobei die erste Induktionsspule am ersten Tragarm und die zweite Induktionsspule am zweiten Tragarm festgelegt ist. Hierdurch können die Magnetfelder der Induktionsspulen gezielt überlagert wer den, um eine bedarfsgerechte Temperierung eines aus gewählten Bereichs des Baufelds durchzu führen. Die Induktionsspulen können unabhängig voneinander bewegt werden. Vorzugsweise ist die zweite Induktionsspule kleiner als die erste Induktionsspule ausgebildet und nur innerhalb ei nes durch die erste Induktionsspule begrenzten Bereichs bewegbar. Die mindestens zwei Indukti onsspulen können in weiterer Ausgestaltung translatorisch und/oder rotatorisch zueinander be wegbar sein, wodurch ihre relative Positionierung zueinander besonders präzise und bedarfsge recht eingestellt werden kann. Dies erlaubt eine entsprechend präzise Erwärmung des Werkstoffs bzw. der Bauteilschicht, indem die Magnetfelder der Induktionsspulen gezielt in gewünschten Bereichen überlagert werden können. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the heating device comprises at least a first induction coil and a second induction coil, the first induction coil being fixed on the first support arm and the second induction coil on the second support arm. As a result, the magnetic fields of the induction coils can be selectively superimposed in order to carry out a temperature-controlled adjustment of a selected area of the construction field. The induction coils can be moved independently of one another. The second induction coil is preferably made smaller than the first induction coil and can only be moved within an area delimited by the first induction coil. In a further embodiment, the at least two induction coils can be movable relative to one another in a translatory and / or rotary manner, as a result of which their relative positioning with respect to one another can be set particularly precisely and as required. This permits a correspondingly precise heating of the material or the component layer, in that the magnetic fields of the induction coils can be deliberately superimposed in the desired areas.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Antrieb der Heizeinrichtung synergetisch auch für den Antrieb der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung genutzt. Dies bietet sich an, da ein Heizbereich der Heizeinrichtung und ein Beströmungszielbe- reich der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung einander zumindest unmittel bar benachbart, d. h. aneinander angrenzend, in der Prozesskammer angeordnet sind. Vorzugs weise bilden sie zumindest in einer Orthogonalprojektion des Heizbereichs und des Beströ- mungszielbereichs auf eine Ebene des Baufelds eine Schnittmenge. Mit anderen Worten kann unter bestimmten Bedingungen ein Zielarbeitsbereich, zu dem die Heizeinrichtung in horizonta ler Richtung bewegt wird, auch gleichzeitig ein Zielarbeitsbereich der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung sein und umgekehrt. Unter der Schnittmenge wird insbesondere eine Teilfläche des Baufelds verstanden. Unter dem Heizbereich wird insbesondere ein Volumen von verfestigtem oder unverfestigtem Werkstoff verstanden, das direkt oder indirekt durch die Heizeinrichtung beheizt wird. Dabei wird berücksichtigt, dass beispielsweise bei Verwendung einer induktiven Heizeinrichtung eine jeweils oberste Schicht des unverfestigten Werkstoffs auf dem Baufeld weitgehend indirekt (durch Wärmeleitung) beheizt werden kann, indem sich Wär me von einem direkt beheizten, unterhalb der obersten Werkstoffschicht liegenden Festkörper oder bereits zuvor verfestigten Bereich in die Umgebung, d. h. in den umliegenden Werkstoff, ausbreitet. Aus der Nutzung dieses Prinzips zur Beheizung einer oder weniger Werkstoffschich ten, die zwischen einem Bauteil oder einer Bauplattform und der Prozesskammeratmosphäre liegt/liegen, ist ersichtlich, dass der indirekt beheizte Bereich, der per Definition oberhalb einer vorbestimmten Mindesttemperatur liegt, eine sehr geringe räumliche Erstreckung aufweisen kann, die z. B. wenige oder wenige Dutzend Mikrometer (zumindest in einer vertikalen Richtung senkrecht zum Baufeld) beträgt. Dies bedeutet auch, dass sich der indirekt beheizte, lokal be grenzte Bereich unterhalb der Oberfläche des Werkstoffs (die Oberfläche einschließend) bereits bei einer geringen horizontalen Verlagerung des darunter angeordneten direkt beheizten Bereichs in entsprechendem Maß mitbewegt. Der Beströmungszielbereich wird als Teilvolumen der Pro zesskammer verstanden, das unmittelbar oberhalb des Baufelds an das Baufeld anschließt. Vor zugsweise umfasst der Beströmungszielbereich eine Oberfläche der obersten Schicht des Werk stoffs, auf die ein Gasstrom auftrifft, bzw. an der ein Gasstrom entlang strömt, bzw. über die ein Gasstrom strömt. Dabei wird berücksichtigt, dass ein mittels der außerhalb des Werkstoffs ange ordneten Einleiteinrichtung in die Prozesskammer eingeleiteter Gasstrom in der Regel im We sentlichen keine Tiefenwirkung in den Werkstoff hinein entfaltet, d. h. im Wesentlichen nicht unter die Oberfläche der obersten Werkstoffschicht dringt. Eine Position bzw. Bewegung der Heizeinrichtung und des von dieser erzeugten Heizbereichs bestimmt also eine Position bzw. Bewegung des durch die Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung definierten Beströmungszielbereichs. Vorzugsweise erfolgt eine Steuerung bzw. Regelung der Position bzw. Bewegung der Heizeinrichtung und/oder der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleitein richtung derart, dass Schnittmengen des Beströmungszielbereichs mit dem Baufeld und des Heizbereichs mit dem Baufeld zumindest während eines Schrittes der Bearbeitung des Werk stoffs (z. B. in Form selektiver Verfestigung) eine möglichst große Schnittmenge miteinander bilden. Wird beispielsweise als Heizeinrichtung die vorstehend genannte„Kreuzspule“ verwendet, wel- che zwei Induktoren umfasst, die relativ zueinander bewegbar sind, um die einzelnen Induktions- felder überlagern zu können, benötigt die Einleiteinrichtung für die Austrittsöffnung, d. h. den Gaseinlass, der einen lokal begrenzten Prozessgasstrom erzeugt, einen eigenen Antrieb bzw. Tragarm oder muss zumindest derart beweglich sein, dass sie mit dem Überlagerungsbereich der beiden Induktoren, das heißt dem intensivsten Heizbereich der Heizeinrichtung, verfährt bzw. bewegbar ist. In a further advantageous embodiment of the invention, a drive of the heating device is also used synergistically for driving the flow guide device and / or the introduction device. This is advisable because a heating area of the heating device and a flow target area of the flow guide device and / or the introduction device are arranged at least immediately adjacent to one another, ie adjacent to one another, in the process chamber. They preferably form an intersection at least in an orthogonal projection of the heating area and the flow target area onto one level of the construction field. In other words, under certain conditions, a target work area to which the heating device is moved in the horizontal direction can also be a target work area of the flow guide device and / or the introduction device and vice versa. In particular, under the intersection understood a partial area of the construction site. The heating area is understood in particular to mean a volume of solidified or unconsolidated material which is heated directly or indirectly by the heating device. It is taken into account that, for example, when using an inductive heating device, an uppermost layer of the unconsolidated material on the construction site can be heated largely indirectly (by heat conduction) by heat from a directly heated solid body lying below the uppermost material layer or solidified beforehand Area in the environment, ie in the surrounding material. From the use of this principle for heating one or fewer material layers that lie / lie between a component or a construction platform and the process chamber atmosphere, it can be seen that the indirectly heated area, which by definition is above a predetermined minimum temperature, has a very small spatial extent may have the z. B. a few or a few dozen micrometers (at least in a vertical direction perpendicular to the construction field). This also means that the indirectly heated, locally limited area below the surface of the material (including the surface) moves with a corresponding amount even with a slight horizontal displacement of the directly heated area located below. The flow target area is understood as a partial volume of the process chamber that connects to the construction field immediately above the construction field. Preferably, the flow target area comprises a surface of the uppermost layer of the material on which a gas stream strikes, or along which a gas stream flows, or over which a gas stream flows. It is taken into account here that a gas flow introduced into the process chamber by means of the introduction device arranged outside the material generally does not essentially have a depth effect into the material, that is to say essentially does not penetrate below the surface of the uppermost material layer. A position or movement of the heating device and the heating area generated by it thus determines a position or movement of the flow target area defined by the flow guide device and / or the introduction device. The position or movement of the heating device and / or the flow guide device and / or the inlet device is preferably controlled or regulated in such a way that intersections of the flow target area with the construction field and the heating area with the construction field occur at least during one step of processing the material ( e.g. in the form of selective consolidation) form as large an intersection as possible. If, for example, the above-mentioned “cross coil” is used as the heating device, which comprises two inductors that can be moved relative to one another in order to be able to overlay the individual induction fields, the introduction device requires for the outlet opening, ie the gas inlet, which limits one locally Process gas stream generated, its own drive or support arm or at least must be movable in such a way that it can be moved or moved with the overlapping area of the two inductors, that is to say the most intensive heating area of the heating device.
Bei dieser Ausgestaltung der Heizeinrichtung kann es dann vorgesehen sein, dass die Einleitein richtung und/oder die Strömungsleiteinrichtung mittelbar oder unmittelbar an den Induktionsspu- len bzw. jeweils mittelbar oder unmittelbar an einer Induktionsspule bzw. gemeinsam an einem jeweils zugeordneten Tragarm der Tragvorrichtung befestigt sind. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Einleiteinrichtung und/oder die Strömungsleiteinrichtung mit Hilfe eines oder mehrerer separater Tragarme zumindest gemeinsam mit der oder den jeweils zugeordneten Induktionsspu- len bewegbar sind. Ein gemeinsames Verfahren mit den Induktionsspulen erfüllt die Ziele der ge führten Beströmung in Abhängigkeit des Heizbereichs insbesondere hinsichtlich der Vermeidung unerwünschter Verschmutzungen im Aufbau- und Fügebereich uneingeschränkt. In this embodiment of the heating device, it can then be provided that the inlet device and / or the flow guide device are attached indirectly or directly to the induction coils or respectively indirectly or directly to an induction coil or jointly to an associated support arm of the support device. It can also be provided that the introduction device and / or the flow guide device can be moved at least together with the induction coils or the respectively assigned induction coils with the aid of one or more separate support arms. A common process with the induction coils fully fulfills the objectives of the guided flow depending on the heating area, in particular with regard to the avoidance of undesirable contamination in the assembly and joining area.
Ein weiterer unabhängiger Erfindungsgedanke liegt in einer Koppelung der Bewegbarkeit der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung an einen gewählten Betriebsmodus der Beströmung und/oder der Beheizung. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer entsprechend aus- gebildeten Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit der Schichtbauvorrichtung gesteuert bzw. gere- gelt werden. Beispielsweise kann eine erste,„aktive" Betriebsstellung vorgesehen sein, in wel- cher die lokale Gaseinströmung und das Leiten des lokalen Gasstroms erfolgt. Diese Betriebspo- sition der Heizeinrichtung sowie der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung oberhalb des Baufelds ist geeignet zum Beheizen bzw. Beströmen und kann wie vorstehend be- schrieben jeweils eine Bewegbarkeit in allen Freiheitsgraden oder eingeschränkt auf für die je- weilige Anwendung sinnvolle Freiheitsgrade vorsehen. In einer zweiten,„inaktiven" Betriebs- Stellung erfolgt demgegenüber keine lokale Gaseinströmung bzw. kein Leiten des lokalen Gas- stroms. Diese Betriebsposition umfasst vorzugsweise ein Bewegen der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung in einen Bereich außerhalb der Verfahrbewegung eines Beschich ters der Schichtbauvorrichtung, um das Aufträgen einer neuen Pulverschicht nicht zu behindern. Beispielsweise kann hierbei ein Verfahren bzw. Bewegen der Heizeinrichtung und/oder der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung in eine seitliche Parkposition und/oder ein Bewegen oder Verschwenken nach oben (z-Richtung) in den freien Raum der Prozesskam mer vorgesehen sein. Insbesondere das Bewegen nach oben bietet den Vorteil hoher Betriebssi- cherheit, da in einem deckennahen bzw. baufeldfemen Bereich der Prozesskammer typischerwei- se weder der Beschichter noch andere Komponenten bewegt werden und somit kein zusätzlicher Koordinationsbedarf entsteht. Die„inaktive" Betriebsposition kann z. B. auch während des Rüs- tens, Reinigens, Flutens etc. der Schichtbauvorrichtung bzw. in Prozessnebenzeiten gewählt wer den. Auch diese Steuerung bzw. Regelung der Betriebsstellungen der Heizeinrichtung und/oder der Strömungsleiteinrichtung und/oder der Einleiteinrichtung stellt generell einen eigenen Erfin dungsaspekt dar, der unabhängig von den anderen Erfindungsaspekten realisierbar ist. A further independent inventive concept lies in coupling the mobility of the flow guide device and / or the introduction device to a selected operating mode of the flow and / or the heating. This can be controlled or regulated, for example, with the aid of a suitably designed control device or control unit of the layer construction device. For example, a first, “active” operating position can be provided, in which the local gas inflow and the conduction of the local gas flow take place. This operating position of the heating device and the flow guiding device and / or the introducing device above the construction field is suitable for heating or Flow and, as described above, can provide mobility in all degrees of freedom or limited to degrees of freedom that are appropriate for the respective application. In a second, "inactive" operating position, on the other hand, there is no local gas inflow or no conduction of the local gas. current. This operating position preferably includes moving the flow guiding device and / or the introducing device into an area outside the travel movement of a coater of the layer building device, in order not to hinder the application of a new powder layer. For example, a method or moving the heating device and / or the flow guiding device and / or the introducing device into a lateral parking position and / or moving or pivoting upward (z-direction) into the free space of the process chamber can be provided. Moving upwards in particular offers the advantage of high operational reliability, since in a region of the process chamber that is close to the ceiling or away from the construction area, typically neither the coater nor other components are moved, and there is therefore no need for additional coordination. The “inactive” operating position can also be selected, for example, during the set-up, cleaning, flooding, etc. of the layer construction device or during non-process times. This control or regulation of the operating positions of the heating device and / or the flow control device and / or the introduction device generally represents its own aspect of the invention, which can be implemented independently of the other aspects of the invention.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass der die Austrittsöffhung umfassende Endbereich des Kanals der Strömungsleiteinrichtung und/oder wenigstens ein Leitflächensegment an der Heiz vorrichtung festgelegt ist und/oder dass der die Austrittsöffhung umfassende Endbereich des Ka nals der Strömungsleiteinrichtung und/oder wenigstens ein Leitflächensegment in Abhängigkeit einer Bewegung der Heizvorrichtung bewegbar ist. Da die Heizeinrichtung zur Temperierung ei nes zu verfestigenden, eines in einem Verfestigungsprozess befindlichen und/oder eines bereits verfestigten Bereichs des herzustellenden Bauteils dient, ist eine gemeinsame Anordnung bzw. Bewegbarkeit vorteilhaft, da hierdurch sichergestellt wird, dass das Schutzgas stets über einen für die Bauteilqualität besonders relevanten Bereich des Werkstoffs geleitet wird. Damit werden etwaige Störstoffe besonders zuverlässig entfernt, so dass eine besonders hohe Bauteilqualität gewährleistet ist. Further advantages result from the fact that the end region of the channel of the flow guide device comprising the outlet opening and / or at least one guide surface segment is fixed on the heating device and / or that the end region of the channel of the flow guide device comprising the outlet opening and / or at least one guide surface segment is dependent a movement of the heating device is movable. Since the heating device is used for tempering an area to be solidified, an area in the solidification process and / or an already solidified area of the component to be manufactured, a common arrangement or mobility is advantageous, since this ensures that the protective gas is always available for component quality particularly relevant area of the material. Any contaminants are removed particularly reliably, so that a particularly high component quality is guaranteed.
Eine besonders präzise Ausrichtung der Hauptströmungsrichtung des Schutzgases wird in weite rer Ausgestaltung dadurch erreicht, dass der die Austrittsöffnung umfassende Endbereich des Kanals der Strömungsleiteinrichtung eine Düse umfasst. Die Düse kann auf ihrer Länge eine konstante Öffhungsquerschnittsfläche haben, alternativ kann sich die Öffnungsquerschnittsfläche erweitern, verjüngen oder komplexe Geometrien aufweisen. A particularly precise alignment of the main flow direction of the protective gas is achieved in a further embodiment in that the end region of the channel of the flow guiding device comprising the outlet opening comprises a nozzle. The length of the nozzle can have a constant opening cross-sectional area, alternatively the opening cross-sectional area can widen, taper or have complex geometries.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungsleiteinrich tung dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Schichtbauvorrichtung die Hauptströmungsrichtung des Schutzgases derart auf die wenigstens eine Eintrittsöffnung der Gasauslasseinrichtung zu richten, dass die Hauptströmungsrichtung eine betragsmäßige Neigung von höchstens 30°, beispielsweise von 30°, 29°, 28°, 27°, 26°, 25°, 24°, 23°, 22°, 21°, 20°, 19°, 18°, 17°, 16°, 15°, 14°, 13°, 12°, 11°, 10°, 9°, 8°, 7°, 6°, 5°, 4°, 3°, 2°, 1° oder 0° relativ zu einer Ebene parallel zum Baufeld, be- vorzugt relativ zu einer Horizontalen, aufweist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Hauptströmungsrichtung des Schutzgasstroms bzw. eine die Austrittsöffhung und die Eintritts- Öffnung verbindende virtuelle Linie zumindest annähernd parallel zum Baufeld bzw. horizontal ausgerichtet ist, um das Schutzgas zusammen mit eventuell mitgeführten Verunreinigungen ent sprechend umlenkungs- und verwirbelungsarm über das Baufeld zu leiten und aus der Prozess- kammer abzuführen. Neben einem besonders zuverlässigen Abtransport von Störteilchen, uner wünschten Prozessgasen etc. wird damit auch eine unerwünschte Aufwirbelung des Werkstoffs besonders zuverlässig verhindert, da der Schutzgasstrom nicht auf eine Wand, d. h. auf einen Strömungswiderstand, gelenkt bzw. umgelenkt wird. Hierdurch kann die Bauteilqualität entspre chend steigen. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Strömungsleiteinrichtung dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Schichtbauvorrichtung die Hauptströmungsrichtung des Schutzgases derart auf die wenigstens eine Eintrittsöffnung der Gasauslasseinrichtung zu richten, dass die Hauptströmungsrichtung parallel oder koaxial zu einer Normalen eines Öffnungsquer schnitts der Eintrittsöffhung der Gasauslasseinrichtung angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Fläche bzw. Ebene der Austrittsöffnung und die Fläche bzw. Ebene der Ein trittsöffhung einander im Betrieb der Schichtbauvorrichtung zumindest im Wesentlichen parallel gegenüber liegen. Dies erlaubt ein besonders verwirbelungsarmes Einbringen und Absaugen bzw. Abführen/ Ausleiten des Schutzgases und gegebenenfalls mitgeführter Verunreinigungen aus der Prozesskammer. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the flow guide device is designed to, during operation of the layer construction device, the main flow direction of the To direct shielding gas onto the at least one inlet opening of the gas outlet device in such a way that the main flow direction has an inclination of at most 30 °, for example 30 °, 29 °, 28 °, 27 °, 26 °, 25 °, 24 °, 23 °, 22 °, 21 °, 20 °, 19 °, 18 °, 17 °, 16 °, 15 °, 14 °, 13 °, 12 °, 11 °, 10 °, 9 °, 8 °, 7 °, 6 °, 5 °, 4 °, 3 °, 2 °, 1 ° or 0 ° relative to a plane parallel to the construction site, preferably relative to a horizontal. In other words, it is provided that the main flow direction of the shielding gas flow or a virtual line connecting the outlet opening and the inlet opening is oriented at least approximately parallel to the construction field or horizontally, so that the shielding gas together with any entrained contaminants is correspondingly low in deflection and turbulence to lead over the construction site and lead away from the process chamber. In addition to a particularly reliable removal of interfering particles, undesired process gases, etc., this also particularly reliably prevents undesirable fluidization of the material, since the protective gas flow is not directed or redirected to a wall, ie to a flow resistance. This can increase the component quality accordingly. Alternatively or additionally, it is provided that the flow guiding device is designed to direct the main flow direction of the protective gas toward the at least one inlet opening of the gas outlet device during operation of the layer construction device such that the main flow direction is arranged parallel or coaxially to a normal of an opening cross section of the inlet opening of the gas outlet device is. In other words, it is provided that the surface or plane of the outlet opening and the surface or plane of the inlet opening are at least substantially parallel to one another during operation of the layer construction device. This allows a particularly low-swirling introduction and extraction or removal / discharge of the protective gas and any entrained contaminants from the process chamber.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Austrittsöff nung des Kanals und/oder die wenigstens eine Eintrittsöffnung der Gasauslasseinrichtung im Be trieb der Schichtbauvorrichtung näher am Baufeld als an einer Prozesskammerdecke angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist es vorgesehen, dass die Austrittsöffhung der Strömungsleiteinrichtung und/oder die Eintrittsöffhung der Gasauslasseinrichtung im Betrieb baufeldnah, also näher am Baufeld als an der Prozesskammerdecke angeordnet ist bzw. sind, vorzugsweise in einer unteren Hälfte der Prozesskammer, weiter bevorzugt im untersten Drittel und besonders bevorzugt im untersten Viertel einer lichten Höhe, d. h. einer maximalen Innenhöhe, der Prozesskammer (ver tikal bzw. senkrecht zum Baufeld betrachtet). In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the outlet opening of the channel and / or the at least one inlet opening of the gas outlet device during operation of the layer construction device is arranged closer to the construction field than to a process chamber ceiling. In other words, it is provided that the outlet opening of the flow guide device and / or the inlet opening of the gas outlet device is or are arranged close to the construction site during operation, i.e. closer to the construction site than to the process chamber ceiling, preferably in a lower half of the process chamber, more preferably in the lowermost third and particularly preferred in lowest quarter of a clear height, ie a maximum inner height, of the process chamber (vertical or perpendicular to the construction site).
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Schichtbauvorrich tung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, bei welchem vor, während und/oder nach einer additi ven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils durch ein additives Schichtbau verfahren mittels der Strömungsleiteinrichtung der die Austrittsöffhung umfassende Endbereich des Kanals der Strömungsleiteinrichtung oberhalb der Ebene des Baufelds angeordnet und derart relativ zur Ebene des Baufelds bewegt wird, dass zumindest ein überwiegender Teil des aus der Austrittsöffnung austretenden Schutzgases entlang einer zum Baufeld parallelen Hauptströ mungsrichtung lokal über einen Teilbereich des Baufelds geleitet wird. Hierdurch kann eine pro zesssicherere additive Herstellung von Bauteilschichten eines Bauteils mit höherer Bauteilquali- tät erreicht werden, da vor, während und/oder nach dem Verfestigen einer Bauteilschicht eine zielgerichtete, lokal begrenzte Abführung von verwirbeltem Werkstoff, Staub, Kondensat,A second aspect of the invention relates to a method for operating a layer construction device according to the first aspect of the invention, in which before, during and / or after an additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method by means of the flow guide device of the end region comprising the outlet opening Channel of the flow control device is arranged above the level of the construction field and is moved relative to the level of the construction field in such a way that at least a predominant part of the protective gas emerging from the outlet opening is directed locally over a partial region of the construction field along a main flow direction parallel to the construction field. In this way, a more process-reliable additive production of component layers of a component with a higher component quality can be achieved, since before, during and / or after the solidification of a component layer, a targeted, locally limited removal of swirled material, dust, condensate,
Rauch, Spratzem und/oder sonstigen Verunreinigungen mittels des lokalen Schutzgasstroms si chergesteht wird. Die Einleitung bzw. Einblasung des Schutzgasstroms erfolgt vorzugsweise in einem vorbestimmten Abstand zur Pulverschicht und zumindest im Wesentlichen parallel zum Baufeld, das heißt in der x-/y-Ebene der Schichtbauvorrichtung (±30° Abweichung aus der x-/y- Ebene, d. h. in z-Richtung möglich), um ein unerwünschtes Aufwirbeln des Werkstoffs zu ver hindern. Dies steht eine konstruktiv einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, um zumindest aus gewählte Bereiche und insbesondere die momentane Verfestigungsstehe oder den momenta nen Arbeitsbereich des zumindest einen Energiestrahls zuverlässig durch eine gerichtete, lokale Schutzgasströmung von Rauch, Kondensat bzw. sonstigen Verunreinigungen freizuhalten. Als Schutzgas kann generell jedes geeignete Gas oder Gasgemisch verwendet werden, das mit den jeweiligen Herstellungsbedingungen kompatibel ist. Beispielsweise kann das Schutzgas Argon und/oder ein anderes Edelgas bzw. Edelgasgemisch (He, Ne, Kr, Xe) umfassen oder sein. Vor zugsweise weist das Schutzgas möglichst geringe Verunreinigungen an Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Wasser(dampf) auf. Unter einer möglichst geringen Verunreinigung werden je weils Gehalte von höchstens 20 ppm, insbesondere von höchstens 10 ppm oder weniger verstan den. Zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Schichtbauvorrichtung eine grundsätzlich optionale Steuervorrichtung umfassen. Die Steuervorrichtung kann eine Prozessor einrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozes- sor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessorein richtung einen Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Pro- zessoreinrichtung die Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist der Ausdruck„ausgebildet zu“ so zu verstehen, dass nicht nur eine allgemeine Eignung vorliegt, sondern dass konkret hard- und/oder softwarebasierte Maßnahmen zur Durchführung der jeweils genannten Schritte eingerichtet und konfiguriert sind. Weitere Merkmale und deren Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung des ersten Erfindungs- aspekts, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Aus- gestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. Smoke, spratzem and / or other contaminants is safely admitted by means of the local protective gas flow. The inert gas stream is preferably introduced or injected at a predetermined distance from the powder layer and at least substantially parallel to the construction site, that is to say in the x / y plane of the layer construction device (± 30 ° deviation from the x / y plane, ie possible in the z direction) to prevent the material from being whirled up unintentionally. This is a structurally simple and inexpensive way to reliably keep at least from selected areas and in particular the current solidification stand or the current working area of the at least one energy beam by a directed, local protective gas flow of smoke, condensate or other contaminants. Any suitable gas or gas mixture that is compatible with the respective production conditions can generally be used as the protective gas. For example, the protective gas can comprise or be argon and / or another noble gas or noble gas mixture (He, Ne, Kr, Xe). The protective gas preferably has as little contamination of oxygen, nitrogen, hydrogen and water (steam) as possible. The lowest possible level of contamination means contents of at most 20 ppm, in particular of at most 10 ppm or less. To carry out the method according to the invention, the layer construction device can comprise a basically optional control device. The control device can have a processor device which is set up to implement an embodiment of the invention Procedure. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and / or at least one microcontroller. Furthermore, the processor device can have a program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when it is executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device. In the context of the present disclosure, the expression “trained to” is to be understood in such a way that not only is it general suitability, but that specifically hardware and / or software-based measures are implemented and configured to carry out the respective steps mentioned. Further features and their advantages result from the description of the first aspect of the invention, advantageous configurations of the first aspect of the invention being regarded as advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Speichermedium mit einem Programmcode, der da zu ausgebildet ist, bei Ausführen durch eine Recheneinrichtung eine Schichtbauvorrichtung ge mäß dem ersten Erfindungsaspekt so zu steuern, dass diese ein Verfahren gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt durchführt. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfindungsaspekts anzusehen sind und umgekehrt. A third aspect of the invention relates to a storage medium with a program code, which is designed to control a layer construction device according to the first aspect of the invention when executed by a computing device so that it carries out a method according to the second aspect of the invention. The features resulting from this and their advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects of the invention, advantageous configurations of the first and second aspects of the invention being regarded as advantageous configurations of the third aspect of the invention and vice versa.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figu renbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskom binationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figu ren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils ange gebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch se parierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die so mit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der An- Sprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt: Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the Figu renbeschreibung. The features and feature combinations mentioned above in the description, as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations, without the frame to leave the invention. Embodiments of the invention are thus also to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, but can be derived from the explained embodiments and can be generated by separated combinations of features. Versions and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all of the features of an originally formulated independent claim. In addition, versions and combinations of features, in particular those explained above, are to be regarded as disclosed, which are based on the information provided in the back references of the Sayings combinations of features set out or differ from them. It shows:
Fig. 1 eine schematische und teiltransparente Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Fig. 1 is a schematic and partially transparent perspective view of an inventive
Schichtbauvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Layer construction device according to a first embodiment;
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht einer Einleiteinrichtung und einer Heizeinrich tung, die an einem Tragarm angeordnet sind; Figure 2 is a schematic perspective view of an introduction device and a Heizeinrich device, which are arranged on a support arm.
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht der Einleiteinrichtung und Strömungsleiteinrich tung, die gemeinsam an dem Tragarm angeordnet sind; Fig. 3 is a schematic perspective view of the introduction device and flow guide device, which are arranged together on the support arm;
Fig. 4 eine schematische seitliche Schnittansicht der Schichtbauvorrichtung gemäß einer wei teren Ausführungsform; Fig. 4 is a schematic side sectional view of the layer construction device according to a further embodiment;
Fig. 5 eine schematische Aufsicht einer Variante der in Fig. 4 gezeigten Schichtbauvorrich tung; Fig. 5 is a schematic plan view of a variant of the layer construction device shown in Fig. 4;
Fig. 6 eine schematische Perspektivansicht, in Teilen Schnittansicht, der Schichtbauvorrich tung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und Fig. 6 is a schematic perspective view, partly in section, of the layer construction device according to a further embodiment; and
Fig. 7 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Schichtbauvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zur additiven Fertigung von Fertigungsprodukten; 7 shows a schematic view, partly in section, of the layer construction device according to the prior art for additive manufacturing of manufacturing products;
Eine in Fig. 7 schematisch und teilweise im Schnitt dargestellte Schichtbauvorrichtung 10 ist ex emplarisch als selektive Fasersinter- oder Faserschmelzvorrichtung gemäß dem Stand der Tech nik ausgebildet und wird im Folgenden erläutert. Zum Aufbauen eines Objekts bzw. Bauteils 40 enthält sie eine Prozesskammer 20 mit einer Kammerwandung 42. In der Prozesskammer 20 ist ein nach oben offener Baubehälter 44 mit einer Wandung 46 angeordnet. Durch die obere Öff nung des Baubehälters 44 ist eine Arbeitsebene 48 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 48, der zum Aufbau des Objekts 40 verwendet werden kann, als Baufeld I bezeichnet wird. In dem Behälter 44 ist ein in einer vertikalen Richtung z bewegba- rer Träger 50 angeordnet, an dem eine Grundplatte 52 angebracht ist, die den Baubehälter 44 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 52 kann eine getrennt von dem Träger 50 gebildete Platte sein, die an dem Träger 50 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 50 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 52 noch eine Bauplattform 54 angebracht sein, auf der das Objekt 40 aufgebaut wird. Das Objekt 40 kann aber auch auf der Grundplatte 52 selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform 54 dient. In Fig. 7 ist das in dem Baubehälter 44 auf der Bauplattform 54 zu bildende Objekt 40 un terhalb der Arbeitsebene 48 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Werkstoff 56, der als Aufbaumaterial dient. Die Lasersintervorrichtung 10 enthält weiter einen Vorratsbehälter 58 für den durch elektromag netische Strahlung verfestigbaren pulverförmigen Werkstoff 56 und einen in einer horizontalen Richtung Y bewegbaren Beschichter 60 zum Aufbringen des Werkstoffs 56 auf das Baufeld I. Der Vorratsbehälter 58 kann alternativ auch unterhalb der Ebene des Baufelds I angeordnet sein (nicht gezeigt). Daraus kann der Werkstoff 56 z. B. durch einen vertikal in z-Richtung bewegba ren Dosierstempel dem Beschichter 60 zugeführt werden. Die Lasersintervorrichtung 10 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 64 mit einem Laser 66, der einen Laserstrahl 68 als Energie strahlbündel erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 70 umgelenkt und durch eine Lokussier- vorrichtung 72 über ein Einkoppelfenster 22, das an der Oberseite der Prozesskammer 20 in de ren Wandung 42 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 48 fokussiert wird. A layer construction device 10 shown schematically and partially in section in FIG. 7 is designed as a selective fiber sintering or fiber melting device according to the prior art and is explained below. To build an object or component 40, it contains a process chamber 20 with a chamber wall 42. In the process chamber 20, a construction container 44 with a wall 46 that is open at the top is arranged. A working level 48 is defined by the upper opening of the building container 44, the area of the working level 48 which lies within the opening and which can be used for the construction of the object 40, being referred to as construction field I. In the container 44 is movable in a vertical direction z rer carrier 50 is arranged, on which a base plate 52 is attached, which closes the building container 44 down and thus forms the bottom. The base plate 52 may be a plate formed separately from the carrier 50 and attached to the carrier 50, or it may be integrally formed with the carrier 50. Depending on the powder and process used, a construction platform 54 on which the object 40 is built can also be attached to the base plate 52. However, the object 40 can also be built on the base plate 52 itself, which then serves as the building platform 54. In FIG. 7, the object 40 to be formed in the building container 44 on the building platform 54 is shown below the working plane 48 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by material 56 that has remained unconsolidated and serves as the building material. The laser sintering device 10 further contains a storage container 58 for the powdery material 56 which can be solidified by electromagnetic radiation and a coater 60 movable in a horizontal direction Y for applying the material 56 to the construction field I. The storage container 58 can alternatively also below the level of the construction field I. be arranged (not shown). From this, the material 56 z. B. by a vertically movable in the z-direction metering die coater 60 are supplied. The laser sintering device 10 further includes an exposure device 64 with a laser 66, which generates a laser beam 68 as an energy beam, which is deflected via a deflection device 70 and through a locating device 72 via a coupling window 22, which is located on the top of the process chamber 20 in de Wall 42 is attached, is focused on the working plane 48.
Weiter enthält die Schichtbauvorrichtung 10 eine Steuereinheit 74, über die die einzelnen Be standteile der Vorrichtung 10 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteu ert werden. Die Steuereinheit 74 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computer programm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrich tung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbeson dere in die Steuereinheit 74 geladen werden kann. Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulver schicht zunächst der Träger 50 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke ent spricht. Durch Verfahren des Beschichters 60 über die Arbeitsebene 48 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Werkstoffs 56 aufgebracht. Zu Sicherheit schiebt der Beschichter 60 eine et was größere Menge an Werkstoff 56 vor sich her, als für den Aufbau der Schicht erforderlich ist. Den planmäßigen Überschuss an Werkstoff 56 schiebt der Beschichter 60 in einen Überlaufbe hälter 62. Auf beiden Seiten des Baubehälters 44 ist jeweils ein Überlaufbehälter 62 angeordnet. Das Aufbringen des pulverförmigen Werkstoffs 56 erfolgt zumindest über den gesamten Quer schnitt des herzustellenden Objekts 40, vorzugsweise über das gesamte Baufeld I, also den Be- reich der Arbeitsebene 48, der durch eine Vertikalbewegung des Trägers 100 abgesenkt werden kann. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 40 von dem Laserstrahl 68 mit einem Strahlungseinwirkbereich (nicht gezeigt) abgetastet, der schematisch eine Schnittmen ge des Energiestrahlbündels mit der Arbeitsebene 48 darstellt. Dadurch wird der pulverförmige Werkstoff 56 an Stellen verfestigt, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 40 entspre chen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt 40 fertiggestellt ist und dem Baubehälter 44 entnommen werden kann. Zum Erzeugen eines bevorzugt laminaren Prozessgas stroms in der Prozesskammer 20 enthält die Lasersintervorrichtung 10 ferner einen Gaszuführka- nal 34“, eine Gaseinlassdüse 34‘, eine Gasauslassöffnung 30‘ und einen Gasabführkanal 30“. Der Prozessgasstrom bewegt sich horizontal über das Baufeld I hinweg. Eine Strömungsrichtung des Prozessgasstroms verläuft in Fig. 7 in der gleichen Raumrichtung wie die Beschichtungsrich tung Y, d. h. parallel zu ihr. Der Gaszuführkanal 34“, die Gaseinlassdüse 34‘, die Gasauslassöff nung 30‘ und der Gasabführkanal 30“ können aber auch so beispielsweise um 90° gedreht in der bzw. um die Prozesskammer 20 angeordnet sein, dass die (horizontale) Beschichtungsrichtung Y (entsprechend um 90° gedreht) im Wesentlichen senkrecht zur (horizontalen) Strömungsrichtung des Prozessgasstroms steht. Auch die Gaszufuhr und -abfuhr kann von der Steuereinheit 74 ge steuert sein (nicht dargestellt). Das aus der Prozesskammer 20 abgesaugte Gas kann einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zugeführt werden, und das gefilterte Gas kann über den Gaszuführ kanal 34“ wieder der Prozesskammer 20 zugeführt werden, wodurch ein Umluftsystem mit ei nem geschlossenen Gaskreislauf gebildet wird. Statt lediglich einer Gaseinlassdüse 34‘ und einer Gasauslassöffhung 30‘ können jeweils auch mehrere Düsen bzw. Öffnungen vorgesehen sein. Furthermore, the layer construction device 10 contains a control unit 74, via which the individual components of the device 10 are controlled in a coordinated manner for carrying out the construction process. The control unit 74 may include a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the device on a storage medium from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit 74. In operation, in order to apply a powder layer, the carrier 50 is first lowered by a height which speaks the desired layer thickness. A layer of the powdery material 56 is then applied by moving the coater 60 over the working plane 48. For safety, the coater 60 pushes a somewhat larger amount of material 56 in front of it than is required for the build-up of the layer. The coater 60 pushes the planned excess of material 56 into an overflow container 62. An overflow container 62 is arranged on both sides of the construction container 44. The powdery material 56 is applied at least over the entire cross section of the object 40 to be produced, preferably over the entire construction field I, that is to say the area of the working plane 48, which can be lowered by a vertical movement of the carrier 100. The cross section of the object 40 to be produced is then scanned by the laser beam 68 with a radiation exposure region (not shown) which schematically represents an intersection of the energy beam bundle with the working plane 48. As a result, the powdery material 56 is solidified at locations which correspond to the cross section of the object 40 to be produced. These steps are repeated until the object 40 is finished and can be removed from the building container 44. In order to generate a preferably laminar process gas flow in the process chamber 20, the laser sintering device 10 further contains a gas supply channel 34 ", a gas inlet nozzle 34 ', a gas outlet opening 30' and a gas discharge channel 30". The process gas flow moves horizontally across construction site I. A flow direction of the process gas stream in FIG. 7 runs in the same spatial direction as the coating direction Y, ie parallel to it. The gas supply channel 34 ", the gas inlet nozzle 34 ', the gas outlet opening 30' and the gas discharge channel 30" can, however, also be arranged, for example, rotated through 90 ° in or around the process chamber 20 such that the (horizontal) coating direction Y (corresponding to Rotated 90 °) is essentially perpendicular to the (horizontal) flow direction of the process gas stream. The gas supply and discharge can also be controlled by the control unit 74 (not shown). The gas sucked out of the process chamber 20 can be fed to a filter device (not shown), and the filtered gas can be fed back to the process chamber 20 via the gas feed channel 34 ″, whereby a circulating air system with a closed gas circuit is formed. Instead of only one gas inlet nozzle 34 ′ and one gas outlet opening 30 ′, a plurality of nozzles or openings can also be provided in each case.
Fig. 1 zeigt eine schematische und teiltransparente Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Schichtbauvorrichtung 10. Der allgemeine Aufbau und die allgemeine Funktionsweise der Schichtbauvorrichtung 10 sind aus der Beschreibung des in Fig. 7 gezeigten Beispiels bekannt, werden aber vorliegend in einigen Aspekten variiert. Fig. 1 wird im Folgenden in Zusammen schau mit Fig. 2 und Fig. 3 erläutert werden, wobei Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht einer Einleiteinrichtung 14 und einer Heizeinrichtung 12, die an einem gemeinsamen Tragarm 28a angeordnet sind, zeigt. Fig. 3 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Strömungsleit einrichtung 16, die mit ihrer Einleiteinrichtung 14 gemeinsam an einem Tragarm 28a einer Trag- Vorrichtung 28 der Schichtbauvorrichtung 10 angeordnet sind. Die Schichtbauvorrichtung 10, welche vorliegend ebenfalls exemplarisch als selektive Lasersinter- und/oder Laserschmelzvor richtung ausgebildet ist, dient zur additiven Herstellung des Bauteils 40 oder zumindest eines Bauteilbereichs dieses Bauteils 40 durch ein additives Schichtbauverfahren. Bei dem Bauteil 40 oder Bauteilbereich kann es sich beispielsweise um ein Bauteil 40 eines Flugtriebwerks oder ei ner anderen Strömungsmaschine handeln, wobei grundsätzlich keine Einschränkungen der Bau teilart gegeben sind und auch andere Bauteiltypen auf die im Folgenden beschriebene Weise her gestellt werden können. 1 shows a schematic and partially transparent perspective view of a layer construction device 10 according to the invention. The general structure and the general mode of operation of the layer construction device 10 are known from the description of the example shown in FIG. 7, but are varied in some aspects in the present case. FIG. 1 will be explained below in conjunction with FIG. 2 and FIG. 3, FIG. 2 showing a schematic perspective view of an introduction device 14 and a heating device 12, which are arranged on a common support arm 28a. Fig. 3 shows a schematic perspective view of a flow control device 16, which with its introduction device 14 together on a support arm 28a of a support Device 28 of the layer construction device 10 are arranged. The layer construction device 10, which in the present case is also designed as a selective laser sintering and / or laser melting device, serves for the additive production of the component 40 or at least one component region of this component 40 by means of an additive layer construction method. The component 40 or component area can be, for example, a component 40 of an aircraft engine or another turbomachine, whereby there are basically no restrictions on the type of construction and other component types can also be produced in the manner described below.
Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 18, welches eine Prozesskammer 20 be grenzt. Auf der Oberseite des Gehäuses 18 befindet sich ein lasertransparentes Fenster 22, durch welches ein oder mehrere Faserstrahlen zum selektiven Verfestigen einer Pulverschicht 24 in das Gehäuse 18 eintreten können. Üblicherweise weist die Prozesskammer 20 eine relativ große In nenhöhe auf, was vor allem durch Anforderungen der Faserooptikeinheit bedingt ist. Ein Faser strahl, der aus einer zentral über dem Baufeld I positionierten Optik austritt, trifft umso steiler auf Rand- bzw. exzentrischen Bereichen der Aufbau- und Fügezone des Baufelds I auf, je größer der Abstand zwischen der Ebene des Baufelds I und einem Austrittspunkt aus der zugeordneten Optik ist. Ein steilerer Auftreffwinkel des Faserstrahls vereinheitlicht generell die Abbildungsei genschaften, verringert den Korrekturbedarf und fördert damit die Bauteilpräzision. Ein großes Volumen der Prozesskammer 20 ist aber nachteilig, wenn es um eine Reinhaltung einer Atmo sphäre der Prozesskammer 20 und der darin enthaltenen Elemente geht. Daher kann grundsätz lich eine Schutzgaseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mittels welcher beispielsweise durch die Rückseite des Gehäuses 18 Schutzgas bzw. Prozessgas wie etwa Argon durch eine Schutzgasöffnung 34 in die Prozesskammer 20 geleitet werden kann, um eine definierte Gasat mosphäre in der Prozesskammer 20 zu schaffen. Allerdings wird aus ökonomischen Gründen in der Regel nur ein vergleichsweise geringer Volumenstrom an Prozessgas zugeführt. The layer construction device 10 comprises a housing 18, which limits a process chamber 20 be. On the top of the housing 18 there is a laser-transparent window 22, through which one or more fiber beams can enter the housing 18 for the selective solidification of a powder layer 24. Usually, the process chamber 20 has a relatively large internal height, which is primarily due to the requirements of the fiber optic unit. A fiber beam that emerges from an optics positioned centrally above construction site I hits the edge or eccentric areas of the construction and joining zone of construction site I the steeper the greater the distance between the level of construction site I and an exit point the assigned optics is. A steeper angle of incidence of the fiber beam generally standardizes the imaging properties, reduces the need for correction and thus promotes component precision. A large volume of the process chamber 20 is disadvantageous when it comes to keeping an atmosphere of the process chamber 20 and the elements contained therein. Therefore, a protective gas device (not shown) can be provided, by means of which protective gas or process gas, such as argon, can be passed into the process chamber 20 through a protective gas opening 34, for example, through the back of the housing 18 in order to define a defined gas atmosphere in the process chamber 20 to accomplish. However, for economic reasons, only a comparatively small volume flow of process gas is generally supplied.
Die Pulverschicht 24, die auch als Pulverbett bezeichnet wird, wird mit Hilfe einer aus Gründen der Übersichtlichkeit vorliegend nicht gezeigten Pulverzuführung über den Beschichter 60 auf das Baufeld I aufgebracht, das im Betrieb der Schichtbauvorrichtung 10 oberhalb der bewegbaren Bauplattform 54 (nicht gezeigt) liegt. Die Pulverschicht 24 wird in dieser Aufbau- und Fügezone durch selektives Beaufschlagen mit einem oder mehreren Faserstrahlen schichtweise und lokal verschmolzen und/oder versintert, wodurch das Bauteil 40 bzw. der Bauteilbereich schichtweise gemäß einer vorbestimmten Bestrahlungsstrategie aufgebaut wird. The powder layer 24, which is also referred to as a powder bed, is applied with the aid of a powder feed, not shown here for reasons of clarity, via the coater 60 to the construction field I, which lies above the movable construction platform 54 (not shown) during operation of the layer construction device 10. The powder layer 24 is layer-by-layer and local in this build-up and joining zone by selective exposure to one or more fiber jets fused and / or sintered, whereby the component 40 or the component region is built up in layers according to a predetermined radiation strategy.
Eine besonders prozesssichere additive Herstellung von Bauteilschichten eines Bauteils mit ho- her Qualität wird dadurch ermöglicht, dass die Schichtbauvorrichtung 10 die bereits erwähnte Einleiteinrichtung 14 aufweist, mittels welcher alternativ oder zusätzlich zur„globalen“ Prozess- gasströmung durch die Prozesskammer 20 durch die Schutzgasöffhung 34 ein„lokaler“ Schutz gasstrom, beispielsweise ein im Wesentlichen aus Argon gebildeter Gasstrom, über der Pulver schicht 24 erzeugbar ist, innerhalb welcher das Baufeld I liegt. Die Einleiteinrichtung 14 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel über der Pulverschicht und relativ zur Pulverschicht 24 in der x-/y-Ebene, das heißt in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen translatorisch be wegbar. Sie umfasst hierzu eine Auslassöffhung l4a als Austrittsöffhung, durch welche der Schutzgasstrom im Wesentlichen parallel zur Pulverschicht 24 bzw. zur Ebene des Baufelds I ge richtet austritt. Die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumendurchsatz an Schutzgas kann bedarfsgerecht variiert werden. Beispielsweise kann ein Schutzgasstrom im Bereich zwischen 0,1 l/min und 20 l/min eingestellt werden, also beispielsweise 1 l/min, 5 l/min, 10 l/min oder mehr. Über einen flexiblen Kanal 36 erfolgt eine Zuleitung des Schutzgases, das über die Aus lassöffhung l4a der am Endbereich des Kanals angeordneten Einleiteinrichtung 14 lokal in die Prozesskammer 20 geleitet wird. Diese lokale Einblasung über den Kanal 36 kann grundsätzlich aus dem gleichen Schutzgasreservoir wie die globale Schutzgasbeaufschlagung oder aus einem separaten Schutzgasreservoir mit von der globalen Schutzgasbeaufschlagung unabhängig ein stellbaren Parametern (Geschwindigkeit, Volumenstrom, Schutzgaszusammensetzung, Druckdif ferenz zur Umgebung etc.) erfolgen. Im Verhältnis zum Volumen der Prozesskammer 20 ist da mit ein kleinräumiger und zielgerichteter Abtransport von Verschmutzungen aus der Atmosphäre sowie die Herstellung einer lokal verbesserten Schutzgasatmosphäre direkt über der momentan zu verfestigenden Prozessstelle möglich. A particularly process-reliable additive production of component layers of a component of high quality is made possible in that the layer construction device 10 has the introduction device 14 already mentioned, by means of which an alternative or in addition to the “global” process gas flow through the process chamber 20 through the protective gas opening 34 “Local” protective gas flow, for example a gas flow essentially formed from argon, over which powder layer 24 can be generated, within which construction field I is located. In the exemplary embodiment shown here, the introduction device 14 is translationally movable above the powder layer and relative to the powder layer 24 in the x / y plane, that is to say in two mutually perpendicular spatial directions. For this purpose, it comprises an outlet opening 14a as an outlet opening, through which the protective gas flow exits essentially parallel to the powder layer 24 or to the level of the construction field I. The flow rate or the volume flow of protective gas can be varied as required. For example, a protective gas flow can be set in the range between 0.1 l / min and 20 l / min, for example 1 l / min, 5 l / min, 10 l / min or more. The protective gas is supplied via a flexible channel 36, which is led locally into the process chamber 20 via the outlet opening 14a of the introduction device 14 arranged at the end region of the channel. This local injection via the channel 36 can in principle take place from the same shielding gas reservoir as the global shielding gas loading or from a separate shielding gas reservoir with parameters (speed, volume flow, shielding gas composition, pressure difference to the environment etc.) that can be set independently of the global shielding gas loading. In relation to the volume of the process chamber 20, it is possible to remove contaminants from the atmosphere in a small-scale and targeted manner and to produce a locally improved protective gas atmosphere directly above the process site that is currently to be solidified.
Der Einleiteinrichtung 14 ist eine Strömungsleiteinrichtung 16 zum Leiten des Schutzgasstroms über die Pulverschicht 24 zugeordnet. Die Strömungsleiteinrichtung 16 bildet dabei generell ei nen Strömungskanal mit möglichst kleinflächiger Verbindung zur restlichen Prozesskammer 20 und verhindert so effektiv eine Ausbreitung von an der Bestrahlungsstelle (L, in Fig. 1 bis 3 nicht gezeigt) entstehenden Verunreinigungen in den Raum der Prozesskammer 20. Stattdessen kön- nen die entstehenden Verunreinigungen zielgerichtet abgeführt werden. Die Strömungsleitein richtung 16 umfasst hierzu im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Leitflächensegmente l6a,The introduction device 14 is assigned a flow guide device 16 for guiding the protective gas stream over the powder layer 24. The flow guide device 16 generally forms a flow channel with a connection to the rest of the process chamber 20 that is as small as possible and thus effectively prevents the spread of contaminants occurring at the irradiation point (L, not shown in FIGS. 1 to 3) into the space of the process chamber 20. Instead, - the resulting impurities are removed in a targeted manner. For this purpose, the flow guide device 16 in the exemplary embodiment shown comprises two guide surface segments l6a,
16b, die als longitudinale Leitflächen fungieren und einen Strömungskanal bilden, der nach oben und unten hin offen ist (z-Richtung), so dass ein (Hoch-)Energie- bzw. Laserstrahl 68 ungehin dert von oben auf die Pulverschicht 24 gelenkt werden kann. Die Leitflächensegmente l6a, 16b weisen eine Länge auf, die zumindest im Wesentlichen der Länge einer Baufeldseite S entspricht. Mit anderen Worten erstrecken sich die Leitflächensegmente l6a, 16b über die gesamte Baufeld seite S, so dass in jeder möglichen x-Position des Energiestrahls ein lokaler Schutzgasstrom zum Abführen von Verunreinigungen über die Pulverschicht 24 geführt werden kann. Weiterhin sind die Leitflächensegmente l6a, 16b in einem Abstand (z-Richtung) zwischen 1 cm und 10 cm, bei spielsweise in einem Abstand von 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm oder mehr, zur Pulverschicht 24 angeordnet. Man erkennt, dass die Auslassöffhung l4a der Einleiteinrichtung 14 im gezeigten Ausführungsbeispiel innerhalb des gebildeten Strömungskanals bzw. zwischen Endbereichen der Leitflächensegmente l6a, l6b angeordnet ist. Diese Überlappung stellt sicher, dass kein Unter drück entsteht, durch welchen z. B. Pulver von hinten in den Strömungskanal gesaugt werden könnte, und dass die Schutzgasströmung nicht unkontrolliert aus dem Strömungskanal entwei chen kann. 16b, which act as longitudinal guide surfaces and form a flow channel which is open at the top and bottom (z direction), so that a (high) energy or laser beam 68 can be directed unhindered from above onto the powder layer 24 . The guide surface segments 16a, 16b have a length which corresponds at least substantially to the length of a construction site side S. In other words, the guide surface segments l6a, 16b extend over the entire construction site side S, so that in every possible x position of the energy beam a local protective gas stream can be passed over the powder layer 24 to remove impurities. Furthermore, the guide surface segments 16 a, 16 b are arranged at a distance (z direction) between 1 cm and 10 cm, for example at a distance of 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm or more, from the powder layer 24. It can be seen that the outlet opening 14a of the introduction device 14 in the exemplary embodiment shown is arranged within the flow channel formed or between end regions of the guide surface segments 16a, 16b. This overlap ensures that no negative pressure arises, through which z. B. powder could be sucked into the flow channel from behind, and that the inert gas flow cannot escape uncontrollably from the flow channel.
Die Strömungsleiteinrichtung 16 definiert eine initiale Richtung sowie eine mit zwei Pfeilen ge kennzeichnete Hauptströmungsrichtung H der lokalen Strömung des Schutzgases knapp oberhalb der x-/y-Ebene der Schichtbauvorrichtung 10, wobei grundsätzlich beliebige Ausrichtungen so wie gebogene bzw. gekrümmte Ausführungen der Strömungsleiteinrichtung 16 möglich sind. Generell sollte die Strömungsleiteinrichtung 16 nach Möglichkeit so ausgebildet bzw. angeord net werden, dass der Schutzgasstrom im Betrieb der Schichtbauvorrichtung 10 nicht abreißt und nicht zu stark verwirbelt wird. Durch diese konstruktiv vergleichsweise einfache Maßnahme wird zumindest die Bestrahlungsstelle als Arbeitsbereich eines Energiestrahls auf dem Baufeld bzw. Belichtungsstelle unter Bezug auf einen Laserstrahl 68 als Energiestrahl zuverlässig durch die ge richtete Schutzgasströmung von Rauch, Kondensat, Spratzem und sonstigen Schadstoffen und Schadgasen dergleichen freigehalten. The flow guide device 16 defines an initial direction and a main flow direction H, indicated by two arrows, of the local flow of the shielding gas just above the x / y plane of the layer construction device 10, any orientations such as curved or curved designs of the flow guide device 16 being possible in principle . In general, the flow guiding device 16 should, if possible, be designed or arranged such that the protective gas flow does not stop during operation of the layer construction device 10 and is not swirled too strongly. By this comparatively simple measure, at least the radiation site as the working area of an energy beam on the construction site or exposure point with reference to a laser beam 68 as an energy beam is reliably kept clear by the directed protective gas flow of smoke, condensate, spratzem and other pollutants and harmful gases and the like.
Das Leitflächensegment l6a ist im vorliegenden Beispiel an einem Tragarm 28a einer Tragvor richtung 28 angeordnet. Wie man in Lig. 2 erkennt, sind auch die Heizeinrichtung 12 sowie die Einleiteinrichtung 14 über jeweilige Tragarme 28b, 28c mittelbar am Tragarm 28a der Tragvor richtung 28 gehalten. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung 12 sowie die Einleiteinrichtung 14 an einem gemeinsamen Tragarm 28b oder unmittelbar am Tragarm 28a gehalten sind. Die Leitflächensegmente l6a, 16b sind in Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Alternativ können die Heizeinrichtung 12 und die Einleiteinrichtung 14 über individuelle bzw. unabhängig voneinander bewegbare Tragarme, Roboterarme oder dergleichen gehalten und bewegt werden. Die Heizeinrichtung 12 ist ihrerseits vorliegend als induktive Hei- zung ausgebildet und umfasst wenigstens eine Induktionsspule l2a. Alternativ können auch zwei oder mehr Induktionsspulen, beispielsweise eine Kreuzspulenanordnung vorgesehen sein. Die Einleiteinrichtung 14 kann ebenfalls mittelbar oder unmittelbar am Tragarm 28b der Heizeinrich tung 12 festgelegt sein, so dass die Heizeinrichtung 12, die Einleiteinrichtung 14 und die Strö mungsleiteinrichtung 16 über die Tragvorrichtung 28 gemeinsam relativ zur Pulverschicht 24 bewegt werden können. Alternativ kann die Tragvorrichtung 28 beispielsweise einen Roboterarm oder dergleichen zum Positionieren der Heizeinrichtung 12, der Einleiteinrichtung 14 und/oder der Strömungsleiteinrichtung 16 umfassen. In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Induktionsspule l2a Halteelemente (nicht gezeigt) umfasst, mittels welchen die Strömungsleiteinrichtung 16 bzw. die Leitflächensegmente l6a, 16b und/oder die Einleiteinrich tung 14 an der Induktionsspule l2a gehalten werden. Beispielsweise können die Leitflächenseg mente l6a, 16b und/oder die Einleiteinrichtung 14 über eine Clipsverbindung an der Heizeinrich tung 12 gehalten werden, was eine besonders schnelle und einfache Montage bzw. Demontage erlaubt. The guide surface segment l6a is arranged in the present example on a support arm 28a of a Tragvor direction 28. As can be seen in Lig. 2, the heating device 12 and the Introducer 14 via respective support arms 28b, 28c held indirectly on the support arm 28a of the support device 28. Alternatively, it can also be provided that the heating device 12 and the introduction device 14 are held on a common support arm 28b or directly on the support arm 28a. The guide surface segments 16a, 16b are not shown in FIG. 2 for reasons of clarity. Alternatively, the heating device 12 and the introduction device 14 can be held and moved by means of individually or independently movable support arms, robot arms or the like. The heating device 12 is in turn presently designed as an inductive heating and comprises at least one induction coil 12a. Alternatively, two or more induction coils, for example a cross-coil arrangement, can also be provided. The introduction device 14 can also be fixed directly or indirectly on the support arm 28b of the heating device 12, so that the heating device 12, the introduction device 14 and the flow control device 16 can be moved together via the support device 28 relative to the powder layer 24. Alternatively, the carrying device 28 can comprise, for example, a robot arm or the like for positioning the heating device 12, the introducing device 14 and / or the flow guiding device 16. In a further embodiment, it can be provided that the induction coil 12a comprises holding elements (not shown), by means of which the flow guide device 16 or the guide surface segments 16a, 16b and / or the introduction device 14 are held on the induction coil 12a. For example, the guide surface segments 16a, 16b and / or the introduction device 14 can be held by means of a clip connection on the heating device 12, which permits particularly quick and easy assembly and disassembly.
Der Tragarm 28a kann entlang der Pulverschicht 24 in y-Richtung translatorisch bewegt werden, während der vorliegend U-förmig ausgebildete Tragarm 28b in x-Richtung entlang des Tragarms 28a bewegt werden kann, um die Induktionsspule l2a zu positionieren und bestimmte Bereiche der Pulverschicht 24 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen. Der bzw. die Laserstrahlen werden dann in der Regel auf den in z-Richtung unter der Induktionsspule l2a liegenden, vor temperierten Bereich der Pulverschicht 24 geleitet, um ihn selektiv zu verfestigen. Man erkennt insbesondere in Fig. 2, dass die Auslassöffhung l4a in z-Richtung etwa auf Höhe der Induktions spule l2a bzw. dicht oberhalb der Induktionsspule l2a angeordnet ist, so dass der Schutzgas strom insbesondere den für die Bauteilqualität besonders relevanten Bereich der Induktionsspule l2a, in welchem das Verfestigen des Pulvers erfolgt, von Verunreinigungen ff eihält. Diesen vergleichsweise kleinen und langsam bewegbaren effektiven Belichtungsbereich, nämlich ein in diesem Ausführungsbeispiel zumindest annähernd rechteckiges Feld, dessen Fläche im Wesentlichen vom Innenumfang der oberhalb davon angeordneten Induktionsspule l2a begrenzt ist, macht sich die Erfindung vorteilhaft zu Nutze. Eine Breite des durch die Strömungsleitein richtung 16 bzw. die Leitflächensegmente l6a, 16b gebildeten Strömungskanals entspricht im Wesentlichen der Breite der Induktionsspule l2a, während die Länge des Strömungskanals im Wesentlichen der Länge der Baufeldseite S entspricht oder gegebenenfalls darüber hinaus geht. The support arm 28a can be moved translationally along the powder layer 24 in the y-direction, while the support arm 28b, which is U-shaped in the present case, can be moved in the x-direction along the support arm 28a in order to position the induction coil 12a and certain areas of the powder layer 24 to heat a predetermined temperature. The laser beam or beams are then generally directed onto the pre-tempered area of the powder layer 24, which is below the induction coil 12a in the z direction, in order to selectively solidify it. It can be seen in particular in FIG. 2 that the outlet opening l4a is arranged in the z-direction approximately at the level of the induction coil l2a or just above the induction coil l2a, so that the protective gas flow in particular the area of the induction coil l2a which is particularly relevant for the component quality, in which the solidification of the powder takes place, contains impurities ff. The invention advantageously makes use of this comparatively small and slowly movable effective exposure area, namely an at least approximately rectangular field in this exemplary embodiment, the area of which is essentially limited by the inner circumference of the induction coil 12a arranged above it. A width of the flow channel formed by the flow guide device 16 or the guide surface segments 16a, 16b essentially corresponds to the width of the induction coil l2a, while the length of the flow channel essentially corresponds to the length of the construction site side S or, if appropriate, goes beyond it.
Die die Induktionsspule l2a flankierenden Leitflächensegmente l6a, l6b und der durch diese ge bildete Strömungskanal erstrecken sich im gezeigten Ausführungsbeispiel in gleicher Richtung wie eine Globalströmung über dem Baufeld, da der Strömungskanal bzw. der durch ihn begrenz te Schutzgasstrom entlang des gesamten Baufelds I stets in eine Einlassöffnung als Eintrittsöff nung einer sich im vorliegenden Beispiel entlang der gesamten Aufbau- und Fügezone I erstre ckenden Gasauslasseinrichtung 30 mündet. Die Gasauslasseinrichtung 30 dient zusätzlich zum Absaugen bzw. Ausleiten der globalen, durch die Schutzgasöffnung 34 in die Prozesskammer 20 eingebrachten Schutzgasströmung. Mit anderen Worten erfolgen eine lokale Einblasung sowie eine lokale (und globale) Absaugung bzw. Ausleitung von Schutzgas an einander gegenüberlie genden Enden des durch die Strömungsleiteinrichtung 16 gebildeten Strömungskanals. Die Ein lassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 kann alternativ z. B. verfahrbar in einem als horizonta ler Schlitz ausgebildeten und mit einer Führungsschiene versehenen Auslass ausgebildet sein, sodass lokale Einblasung, Strömungskanal und lokale Absaugung koordiniert, d. h. in jeweils gleicher Richtung und Geschwindigkeit bewegt werden. Hierdurch kann ein optimales Strö mungsprofil permanent aufrechterhalten werden. Zusätzlich sind praktisch keine störenden Ein flüsse von außen möglich, wodurch insgesamt ein sehr effektiver Abtransport von Verschmut zungen aus der Prozesskammer 20 erzielbar ist. Weiterhin kann es grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Gasauslasseinrichtung 30 eine oder mehrere sich über die gesamte Länge der Auf bau- und Fügezone I erstreckende(n) Einlassöffhung(en) umfasst, durch die während des gesam ten Schichtbauverfahrens abgesaugt bzw. ausgeleitet wird. Eine Bewegung der Strömungsleitein richtung 16 und damit des Strömungskanals ist somit im Wesentlichen limitiert durch die Erstre ckung des Baufelds I bzw. der Aufbau- und Fügezone. Die Gasauslasseinrichtung 30 hat dem gemäß vorzugsweise eine Erstreckung von mindestens der Seitenlänge des rechteckigen Baufelds bzw. der Aufbau- und Fügezone I in y-Richtung. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass eine Einlassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 zusammen mit der Heizeinrichtung 12, der Einleit einrichtung 14 und/oder der Strömungsleiteinrichtung 16 entlang der Aufbau- und Fügezone I (z. B. in y-Richtung) bewegt wird, so dass die Auslassöffnung l4a der Einleiteinrichtung 14 stets auf die Einlassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 gerichtet ist und der Schutzgasstrom zu mindest im Wesentlichen umlenkungsfrei und damit besonders verwirbelungsarm über die Pul verschicht 24 geführt wird, während angrenzende und momentan nicht bearbeitete Bereiche der Pulverschicht 24 nicht entlüftet werden. Hierzu kann die Gasauslasseinrichtung 30 beispielswei se eine Mehrzahl an offen- und schließbaren Klappen, Strömungsleitelementen oder dergleichen umfassen, die in Abhängigkeit einer relativen Stellung der Einleiteinrichtung 14 gegebenenfalls geöffnet oder geschlossen bzw. verstellt werden. Ebenso ist es möglich, dass die Gasauslassein richtung 30 eine Art Jalousie umfasst, welche selektiv eine Einlassöffnung freigibt, die in Ab hängigkeit der Stellung der Einleiteinrichtung 14 entlang der Gasauslasseinrichtung 30 bewegt werden kann. Die Steuerung bzw. Regelung der einzelnen Komponenten der Schichtbauvorrich tung 10 kann beispielsweise über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (nicht gezeigt) erfol gen, welche einen entsprechenden Programmcode ausführt. Der Programmcode kann hierzu mit tels eines Speichermediums bereitgestellt und durch einen Prozessor der Steuer- und/oder Re geleinrichtung prozessiert werden. The guiding surface segments l6a, l6b flanking the induction coil l2a and the flow channel formed thereby extend in the exemplary embodiment shown in the same direction as a global flow over the construction site, since the flow channel or the protective gas flow bounded by him along the entire construction site I always in one Inlet opening as inlet opening of a gas outlet device 30 which extends in the present example along the entire assembly and joining zone I opens. The gas outlet device 30 additionally serves to extract or discharge the global protective gas flow introduced into the process chamber 20 through the protective gas opening 34. In other words, there is a local injection and a local (and global) extraction or discharge of protective gas at opposite ends of the flow channel formed by the flow guide 16. The inlet opening of the gas outlet device 30 can alternatively z. B. movable in a trained as a horizontal slot and provided with a guide rail outlet, so that local injection, flow channel and local suction coordinated, that is moved in the same direction and speed. In this way, an optimal flow profile can be permanently maintained. In addition, practically no disruptive influences from the outside are possible, so that overall a very effective removal of contaminants from the process chamber 20 can be achieved. Furthermore, it can in principle be provided that the gas outlet device 30 comprises one or more inlet opening (s) which extend over the entire length of the construction and joining zone I and through which suction is extracted or discharged during the entire layer construction process. A movement of the direction 16 and thus the flow channel is thus essentially limited by the extent of construction site I or the assembly and joining zone. Accordingly, the gas outlet device 30 preferably has an extension of at least the side length of the rectangular construction field or the assembly and joining zone I in the y direction. Alternatively, it can be provided that an inlet opening of the gas outlet device 30 is moved together with the heating device 12, the inlet device 14 and / or the flow guide device 16 along the assembly and joining zone I (for example in the y direction), so that the outlet opening 14a of the introduction device 14 is always directed towards the inlet opening of the gas outlet device 30 and the protective gas flow is guided over the pul layer 24 at least essentially without deflection and thus with little swirling, while adjacent and currently unprocessed areas of the powder layer 24 are not vented. For this purpose, the gas outlet device 30 can comprise, for example, a plurality of openable and closable flaps, flow guide elements or the like, which are opened or closed or adjusted as a function of a relative position of the introduction device 14. It is also possible that the gas outlet device 30 comprises a type of blind which selectively opens an inlet opening which can be moved along the gas outlet device 30 depending on the position of the inlet device 14. The control or regulation of the individual components of the layer construction device 10 can be carried out, for example, via a control and / or regulating device (not shown) which executes a corresponding program code. For this purpose, the program code can be provided by means of a storage medium and processed by a processor of the control and / or regulating device.
Wie man insbesondere in Fig. 1 und Fig. 3 sieht, bilden die longitudinalen Leitflächensegmente l6a, 16b eine Art„Führungsrinne“, die sich in z-Richtung von einer Höhe knapp über dem Bau feld bzw. der Pulverschicht 24 bis in eine Höhe knapp über der Auslassöffhung l4a der lokalen Einleiteinrichtung 14 erstrecken. Beispielsweise können sich die Leitflächensegmente l6a, 16b bzw. ihr höchster Punkt P|, (s. Fig. 4) bezogen auf die Pulverschicht 24 in z-Richtung 1 cm, 2 cm, 5 cm oder höher über die Auslassöffhung l4a erstrecken. Hierdurch wird neben einer vorteilhaf ten Strömungsführung des Schutzgases auch ein relativ flacher Einfallswinkel eines verfestigen den Energiestrahls (Laser-/Elektronenstrahl) ermöglicht. Optional können die Leitflächenseg mente l6a, 16b nur teilweise seitlich abgeschlossen bzw. durchbrochen gestaltet sein. Damit wird beim Verfahren der Induktionsspule l2a und der Strömungsleiteinrichtung 16 in y-Richtung weniger Gasvolumen in der Prozesskammer 20 bewegt. Das kann nachteilige Verwirbelungen, die ansonsten eventuell zu Pulververblasung auf dem Baufeld I führen können, reduzieren. Die ser günstige Effekt kann noch verstärkt werden, wenn die aufrecht bzw. senkrecht (d. h. in z- Richtung) angeordneten Leitflächensegmente l6a, 16b eine Höhe aufweisen, die nicht über das unbedingt erforderliche Maß zur Strömungsführung in x-Richtung hinaus geht. Gemäß einer wei- teren Ausführungsvariante kann ein Bereich der Leitflächensegmente l6a, 16b, der in z-Richtung im Betrieb oberhalb der Auslassöffhung l4a der Einleiteinrichtung 14 bzw. oberhalb der Ein lassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 liegt, in flacherem Winkel zum Baufeld I angeordnet sein, als ihr darunter liegender Bereich. Mit anderen Worten können die Leitflächensegmente l6a, 16b im Profil abgewinkelt oder gekrümmt aus geführt sein, wobei sich in einer vom Baufeld I abgewandten Richtung (d. h. in z-Richtung zum Fenster 22 hin) ein Querschnitt des Strö mungskanals aufweitet. Diese konstruktive Lösung kann insbesondere bei Verwendung einer op tionalen Deckeneinströmung von Prozessgas vorteilhaft sein, da der dadurch entstehende Trich tereffekt von oben einströmendes Gas in die Führungsrinne bzw. den Strömungskanal lenkt bzw. eventuell leicht bündelt, ohne damit die lokale Strömung im Strömungskanal zu stören. As can be seen in particular in FIGS. 1 and 3, the longitudinal guide surface segments 16a, 16b form a type of “guide trough” which extends in the z direction from a height just above the construction field or the powder layer 24 to a height Extend over the outlet opening 14a of the local introduction device 14. For example, the guide surface segments 16a, 16b or their highest point P | , (see FIG. 4) with respect to the powder layer 24 in the z direction extend 1 cm, 2 cm, 5 cm or higher over the outlet opening 14a. In addition to an advantageous flow of the protective gas, this also enables a relatively flat angle of incidence of a solidifying energy beam (laser / electron beam). Optionally, the guide surface segments 16a, 16b can only be partially closed off at the side or have a perforated design. This means that less gas volume is moved in the process chamber 20 in the y direction when the induction coil 12a and the flow guide device 16 are moved. This can reduce disadvantageous turbulence, which could otherwise lead to powder blowing on site I. This beneficial effect can be enhanced if the upright or vertical (ie in z- Direction) arranged guide surface segments l6a, 16b have a height that does not go beyond the absolutely necessary dimension for flow guidance in the x direction. According to a further embodiment variant, a region of the guide surface segments 16a, 16b, which in operation lies in the z direction above the outlet opening 14a of the inlet device 14 or above the inlet opening of the gas outlet device 30, can be arranged at a flatter angle to the construction site I than their area below. In other words, the guide surface segments l6a, 16b can be angled or curved in profile, with a cross section of the flow channel widening in a direction facing away from the construction site I (ie in the z direction towards the window 22). This constructive solution can be particularly advantageous when using an optional ceiling inflow of process gas, since the resulting trich effect effects gas flowing in from above into the guide trough or the flow channel or possibly bundles it slightly without disturbing the local flow in the flow channel.
Bei der beschriebenen lokalen Beströmung des Baufelds I ist der Beströmungszielbereich örtlich veränderlich. Für eine möglichst effektive Freihaltung der Prozesszone und der Auftrefffläche eines Energiestrahls L sowie für einen möglichst schnellen Abtransport von Verunreinigungen der Gasatmosphäre wird der durch die Leitflächensegmente l6a, 16b der Strömungsleiteinrich tung 16 gebildete Strömungskanal zur Führung der Gaseinströmung aus der Einleiteinrichtung 14 gemeinsam mit dem Beströmungszielbereich bzw. einer Prozessstelle folgend, an welcher das Pulverbett 24 selektiv verfestigt wird oder werden soll, bewegt. Der nur lokal wirkende, aus der Auslassöffnung l4a geleitete Gasstrom und der durch die Strömungsleiteinrichtung 16 gebildete Strömungskanal können gemeinsam durch einen einzigen Antrieb oder separat durch zwei An triebe bewegt werden, wobei die beiden Antriebe mechanisch vollständig oder eingeschränkt voneinander unabhängig bewegbar sein können. Dies stellt generell einen eigenen Erfindungsas pekt dar, der insbesondere nicht auf eine bestimmte Hauptströmungsrichtung H des Schutzgas stroms begrenzt ist. Beispielsweise kann, wie in Fig. 1 gezeigt, ein erster Tragarm 28a in einer ersten Raumrichtung (hier exemplarisch y) verfahrbar sein und ein zweiter Tragarm 28b zum ei nen am ersten Tragarm 28a mitgeführt werden, zum anderen unabhängig vom ersten Tragarm 28a in einer zweiten Raumrichtung (hier exemplarisch x) verfahrbar bzw. bewegbar sein. Alter nativ sind aber auch Kombinationen oder alternative Varianten der translatorischen und/oder ei ner rotatorischen Bewegbarkeit der einzelnen Tragarme 28a, 28b möglich. Beispielsweise kann der erste Tragarm 28a in genau einer ersten Raumrichtung (y-Richtung) bewegbar sein und der zweite Tragarm 28b in der ersten Raumrichtung (y-Richtung) und in einer zweiten Raumrichtung (x-Richtung) bewegbar sein, wobei die zweite Raumrichtung (x -Richtung) vorzugsweise senk recht zur ersten Raumrichtung (y-Richtung) ist. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Tragarm 28a, 28b innerhalb einer parallel oberhalb des Baufelds I liegenden Ebene bewegbar sein. Jedem Tragarm 28a, 28b kann generell ein separates Antriebsmittel der Tragvorrichtung 28 zum Bewegen zugeordnet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Tragarme 28a, 28b mittels eines gemeinsamen Antriebsmittels der Tragvorrichtung 28 bewegbar sind. In the case of the described local flow of the construction field I, the flow target area can vary locally. In order to keep the process zone and the impact surface of an energy beam L as effective as possible and for the fastest possible removal of impurities in the gas atmosphere, the flow channel formed by the guide surface segments l6a, 16b of the flow guide device 16 for guiding the gas inflow from the introduction device 14 together with the flow target area or following a process point at which the powder bed 24 is selectively solidified or is to be moved. The only locally acting gas flow led from the outlet opening l4a and the flow channel formed by the flow guide device 16 can be moved together by a single drive or separately by two drives, the two drives being able to be moved mechanically completely or to a limited extent independently of one another. This generally represents a separate aspect of the invention, which in particular is not limited to a specific main flow direction H of the protective gas stream. For example, as shown in FIG. 1, a first support arm 28a can be moved in a first spatial direction (y as an example here) and a second support arm 28b can be carried along on the first support arm 28a, and independently of the first support arm 28a in a second Spatial direction (here x as an example) can be moved or moved. Alternatively, however, combinations or alternative variants of the translational and / or rotatory movability of the individual support arms 28a, 28b are also possible. For example, the first support arm 28a can be movable in exactly one first spatial direction (y direction) and the second support arm 28b can be movable in the first spatial direction (y direction) and in a second spatial direction (x direction), the second spatial direction (x direction) preferably being perpendicular to the first spatial direction (y direction). As an alternative or in addition, at least one support arm 28a, 28b can be movable within a plane lying parallel above construction field I. A separate drive means of the support device 28 for moving can generally be assigned to each support arm 28a, 28b. Alternatively, it can be provided that at least two support arms 28a, 28b can be moved by means of a common drive means of the support device 28.
Generell kann die Bewegbarkeit der Heizeinrichtung 12 und/oder der Einleiteinrichtung 14 und/oder der Strömungsleiteinrichtung 16 z. B. in einer Ebene parallel zum Baufeld I und optio nal auch in z-Richtung stattfinden. Beispielsweise kann wenigstens ein Roboterarm (nicht ge zeigt) verwendet werden, welcher eine freie translatorische und/oder rotatorische Bewegbarkeit in der x-y Ebene und gegebenenfalls eine Bewegbarkeit in z-Richtung erlaubt. Allerdings sind anstelle eines Roboterarms auch alternative Tragvorrichtungen 28 denkbar. In general, the movability of the heating device 12 and / or the introducing device 14 and / or the flow guiding device 16 can, for. B. in a plane parallel to site I and optional also take place in the z direction. For example, at least one robot arm (not shown) can be used, which allows free translational and / or rotational mobility in the x-y plane and, if appropriate, mobility in the z direction. However, alternative support devices 28 are also conceivable instead of a robot arm.
Vorzugsweise wird ein Antrieb der häufig ohnehin benötigten Heizeinrichtung 12 synergetisch auch für den Antrieb der Strömungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 genutzt. Dies bietet sich an, da ein Heizbereich der Heizeinrichtung 12 und ein Beströmungszielbereich der Strömungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 eine Schnittmenge bilden können bzw. zumindest aneinander angrenzen, wobei ein vertikaler Abstand möglichst gering ist, beispielsweise gegen Null gehen kann. Eine Position bzw. Bewegung der Heizeinrichtung 12 und des von dieser erzeugten Heizbereichs bestimmt also eine Position bzw. Bewegung des durch die Strömungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 definierten Beströmungszielbe- reichs. Vorzugsweise erfolgt eine Steuerung bzw. Regelung der Position bzw. Bewegung von Heizeinrichtung 12 und/oder der Strömungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 derart, dass der Beströmungszielbereich und der Heizbereich in einer Orthogonalprojektion auf die Ebene des Baufelds eine möglichst große Schnittmenge miteinander bilden, besonders bevor zugt im Wesentlichen identisch sind. Preferably, a drive of the heating device 12, which is often required anyway, is also used synergistically for driving the flow guide device 16 and / or the introduction device 14. This is advisable since a heating area of the heating device 12 and a flow target area of the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 can form an intersection or at least adjoin one another, wherein a vertical distance is as small as possible, for example towards zero. A position or movement of the heating device 12 and the heating region generated by it thus determines a position or movement of the flow target area defined by the flow guide device 16 and / or the introduction device 14. The position or movement of the heating device 12 and / or the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 is preferably controlled or regulated in such a way that the flow target area and the heating area form the greatest possible intersection with one another in an orthogonal projection onto the level of the construction field, especially preferred are essentially identical.
Wird beispielsweise als Heizeinrichtung 12 eine sogenannte„Kreuzspule“ verwendet, welche zwei Induktoren umfasst, die relativ zueinander bewegbar sind, um die einzelnen Induktionsfel der überlagern zu können, benötigt die Einleiteinrichtung 14 für den lokalen Gaseinlass einen ei- genen Antrieb bzw. Tragarm oder muss zumindest derart beweglich sein, dass sie mit dem Über lagerungsbereich der beiden Induktoren, das heißt dem intensivsten Heizbereich der Heizeinrich tung 12, verfährt bzw. bewegbar ist. If, for example, a so-called “cross-coil” is used as the heating device 12, which comprises two inductors that can be moved relative to one another in order to be able to overlay the individual induction fields, the introduction device 14 requires an egg for the local gas inlet. gene drive or support arm or at least must be movable such that it can be moved or moved with the overlapping area of the two inductors, that is to say the most intensive heating area of the heater 12.
In einem weiteren Erfindungsaspekt, der unabhängig von den anderen Erfindungsaspekten ist, weist die Heizeinrichtung 12, wie beispielsweise in Fig. 5 oder 6 gezeigt, einen größeren Induk tor bzw. eine große Induktionsspule l2a sowie einen kleineren Induktor bzw. eine kleine Induk tionsspule l2b auf, wobei die kleine Induktionsspule l2b - vorzugsweise ausschließlich - inner halb der großen Induktionsspule l2a bzw. oberhalb der Projektionsfläche der großen Induktions spule l2a auf das Baufeld I verfahrbar bzw. bewegbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der Heizein richtung 12 kann es dann vorgesehen sein, dass die Einleiteinrichtung 14 und/oder die Strö mungsleiteinrichtung 16 an den Induktionsspulen l2a, l2b bzw. jeweils an einer Induktionsspule l2a, l2b bzw. gemeinsam am jeweiligen Tragarm 28a, 28b befestigt sind oder zumindest ge meinsam mit der jeweils zugeordneten Induktionsspule l2a, l2b bewegbar sind. Ein Verfahren mit den Induktionsspulen l2a, l2b erfüllt die oben definierten Ziele der geführten Beströmung in Abhängigkeit des Heizbereichs vorteilhafter Weise uneingeschränkt. In a further aspect of the invention, which is independent of the other aspects of the invention, the heating device 12, as shown for example in FIG. 5 or 6, has a larger inductor or a large induction coil l2a and a smaller inductor or a small induction coil l2b , wherein the small induction coil l2b - preferably exclusively - within the large induction coil l2a or above the projection surface of the large induction coil l2a on the construction area I can be moved or moved. In this embodiment of the heating device 12, it can then be provided that the introducing device 14 and / or the flow guiding device 16 are fastened to the induction coils l2a, l2b or respectively to an induction coil l2a, l2b or jointly to the respective support arm 28a, 28b or at least can be moved together with the respectively assigned induction coil l2a, l2b. A method with the induction coils l2a, l2b advantageously fulfills the above-defined goals of the guided flow depending on the heating area without restrictions.
Ein weiterer unabhängiger Erfmdungsgedanke hegt in einer Koppelung der Bewegbarkeit der Strömungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 an einen gewählten Betriebsmo dus der Beströmung und/oder der Beheizung. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer entspre chend ausgebildeten Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit 74 der Schichtbauvorrichtung 10 ge steuert bzw. geregelt werden. Beispielsweise kann eine erste,„aktive" Betriebsstellung vorgese hen sein, in welcher die lokale Gaseinströmung und das Leiten des lokalen Gasstroms erfolgt wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt. Diese Betriebsposition der Heizeinrichtung 12 sowie der Strö mungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 oberhalb des Baufelds I ist geeignet zum Beheizen bzw. Beströmen und kann jeweils eine Bewegbarkeit in allen Freiheitsgraden oder eingeschränkt auf für die jeweilige Anwendung sinnvolle Freiheits grade vorsehen. In einer zwei ten,„inaktiven" Betriebsstellung erfolgt demgegenüber keine lokale Gaseinströmung bzw. kein Leiten des lokalen Gasstroms. Diese Betriebsposition umfasst vorzugsweise ein Bewegen der Strömungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 in einen Bereich außerhalb der Verfahrbewegung des Beschichters 60, um das Aufträgen einer neuen Pulverschicht nicht zu be hindern. Beispielsweise kann hierbei ein Verfahren der Heizeinrichtung 12 und/oder der Strö- mungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 in eine seitliche Parkposition und/oder ein Bewegen oder Verschwenken nach oben (z-Richtung) in den freien Raum der Pro- zesskammer 20 vorgesehen sein. Die„inaktive" Betriebsposition kann z. B. auch während des Rüstens, Reinigens, Flutens etc. der Schichtbauvorrichtung 10 bzw. in Prozessnebenzeiten ge wählt werden. Auch diese Steuerung bzw. Regelung der Betriebsstellungen der Heizeinrichtung 12 und/oder der Strömungsleiteinrichtung 16 und/oder der Einleiteinrichtung 14 stellt generell einen eigenen Erfindungsaspekt dar, der unabhängig von den anderen Erfindungsaspekten reali sierbar ist. Another independent idea of the invention is in a coupling of the mobility of the flow guide device 16 and / or the introduction device 14 to a selected operating mode of the flow and / or the heating. This can be controlled or regulated, for example, with the aid of a correspondingly designed control device or control unit 74 of the layer construction device 10. For example, a first, “active” operating position can be provided, in which the local gas inflow and the conduction of the local gas flow take place, as shown, for example, in FIG. 1. This operating position of the heating device 12 and the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 above Construction site I is suitable for heating or flow and can provide mobility in all degrees of freedom or restricted to degrees of freedom appropriate for the respective application. In contrast, in a second, "inactive" operating position there is no local gas inflow or local conduction Gas flow. This operating position preferably comprises moving the flow guiding device 16 and / or the introducing device 14 into an area outside the traversing movement of the coater 60, in order not to prevent the application of a new powder layer. For example, a method of the heating device 12 and / or the flow Mungsleiteinrichtung 16 and / or the introducer 14 in a lateral parking position and / or moving or pivoting upward (z-direction) in the free space of the process chamber 20 may be provided. The “inactive” operating position can also be selected, for example, during the set-up, cleaning, flooding, etc. of the layer construction device 10 or during non-process times. This control or regulation of the operating positions of the heating device 12 and / or the flow control device 16 and / or the introduction device 14 generally represents a separate aspect of the invention that can be implemented independently of the other aspects of the invention.
Fig. 4 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht der Schichtbauvorrichtung 10 gemäß ei- nem weiteren Ausführungsbeispiel und wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 5 erläu- tert werden. Fig. 5 zeigt dabei eine schematische Aufsicht einer Variante der Schichtbauvorrich tung 10. Der grundsätzliche Aufbau der Schichtbauvorrichtung 10 entspricht demjenigen des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu diesem Ausführungsbeispiel ist die Strömungsleiteinrichtung 16 vorliegend teleskopierbar ausgebildet und umfasst - in Anzahl und Anordnung exemplarisch - drei gegeneinander in X-Richtung verschiebbare Leitflächensegmen te l6a-c. Man erkennt, dass die Leitflächensegmente l6a-c zu diesem Zweck über individuelle Tragarme 28c-28e am ersten Tragarm 28a gelagert und in Abhängigkeit der x-Position der Ein leiteinrichtung 14 relativ zum Baufeld I bewegbar sind. In Fig. 4 erkennt man auch, dass die Hauptströmungsrichtung H des aus der Auslassöffnung l4a strömenden Schutzgas- bzw. Pro zessgasstroms nicht exakt parallel zur Pulverschicht 24 ausgerichtet ist, sondern in einem flachen Winkel von etwa 20° zur Ebene des Baufelds I, das heißt leicht auf die Pulverschicht 24 gerich tet, aus der Auslassöffnung l4a des Kanals 36 bzw. seiner Einleiteinrichtung 14 austritt. Durch den vergleichsweise großen Abstand von der Auslassöffnung l4a zur Gasauslasseinrichtung 30, durch welche der lokale Schutzgasstrom wieder aus der Prozesskammer 20 ausgeleitet bzw. ab gesaugt wird, weitet sich der Schutzgasstrom nach dem Verlassen der Auslassöffnung l4a zu nehmend auf und wird nach oben, das heißt in z-Richtung von der Pulverschicht 24 weg, abge- lenkt. Die Grenzen des sich aufweitenden Schutzgasstroms sind mit dem Bezugszeichen IV dar gestellt. Der Winkel der Hauptströmungsrichtung H in Richtung der Pulverschicht 24 ist in Ab hängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Entfernung zur Gasauslasseinrichtung 30 derart gewählt, dass sich der Schutzgasstrom im Wesentlichen nicht in z-Richtung über die Gas auslasseinrichtung 30 aufweitet, sondern sich höchstens bis zum oberen Rand der Absaugöffhung der Gasauslasseinrichtung 30 erstreckt. Weiterhin erkennt man in Fig. 4, dass die Leitflächen- segmente l6a-c unterschiedlich groß sind, wobei das der Auslassöffhung l4a nächstliegende Leitflächensegment l6a in z-Richtung am niedrigsten und das entfernteste Leitflächensegment l6c in z-Richtung am höchsten ist. Damit ist sichergestellt, dass ein höchster Punkt P|, der Strö- mungsleiteinrichtung 16 nicht nur in z-Richtung oberhalb der Auslassöffhung l4a, sondern auch oberhalb des maximal aufgeweiteten Schutzgasstroms (IV) liegt. Weiterhin erkennt man, dass bezogen auf das Baufeld I ein tiefster Punkt Pn aller Leitflächensegmente l6a-c näher an der Pul verschicht 24 angeordnet ist als ein tiefster Punkt bzw. die Unterkante der Auslassöffhung l4a des Kanals 36. Somit wird in jedem Betriebszustand eine zuverlässige Strömungsführung ge währleistet. FIG. 4 shows a schematic side sectional view of the layer construction device 10 according to a further exemplary embodiment and will be explained in the following in conjunction with FIG. 5. 5 shows a schematic plan view of a variant of the layer construction device 10. The basic structure of the layer construction device 10 corresponds to that of the exemplary embodiment shown in FIG. 1. In contrast to this exemplary embodiment, the flow guide device 16 is designed to be telescopic and comprises — in number and arrangement as an example — three guide surface segments te l6a-c that can be displaced in the X direction. It can be seen that for this purpose the guide surface segments l6a-c are mounted on the first support arm 28a via individual support arms 28c-28e and can be moved relative to the construction field I as a function of the x position of the introduction device 14. 4 also shows that the main flow direction H of the protective gas or process gas stream flowing out of the outlet opening l4a is not aligned exactly parallel to the powder layer 24, but at a flat angle of approximately 20 ° to the level of the construction site I, that is to say easily directed onto the powder layer 24, emerges from the outlet opening 14a of the channel 36 or its introduction device 14. Due to the comparatively large distance from the outlet opening 14a to the gas outlet device 30, through which the local shielding gas stream is again discharged or sucked out of the process chamber 20, the shielding gas stream widens after leaving the outlet opening 14a and becomes upward, that is to say deflected away from the powder layer 24 in the z direction. The limits of the expanding protective gas flow are represented by the reference symbol IV. The angle of the main flow direction H in the direction of the powder layer 24 is selected as a function of the flow velocity and / or the distance to the gas outlet device 30 such that the protective gas flow does not expand substantially in the z direction via the gas outlet device 30, but at most up to upper edge of the suction opening of the gas outlet device 30. 4 that the guide surface segments l6a-c are of different sizes, the guide surface segment l6a closest to the outlet opening l4a being lowest in the z direction and the most distant guide surface segment l6c being highest in the z direction. This ensures that a highest point P | , the flow control device 16 lies not only in the z direction above the outlet opening 14a, but also above the maximum widened protective gas flow (IV). Furthermore, it can be seen that, based on the construction site I, a deepest point P n of all the guide surface segments 16a-c is arranged closer to the pul layer 24 than a deepest point or the lower edge of the outlet opening 14a of the channel 36 Flow guidance guaranteed.
Im Unterschied zum in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 5 die Heizeinrich tung 12 eine große Induktionsspule l2a und eine innerhalb der großen Induktionsspule l2a be wegbare kleine Induktionsspule l2b umfasst, deren Felder zum Vorheizen der Pulverschicht 24 gezielt überlagert werden können, um besonders hohe Temperaturen zu erzeugen. In Fig. 4 und 5 ist exemplarisch die Auftrefffläche L eines Energiestrahls, beispielsweise eines Laserstrahls auf der Pulverschicht 24 gezeigt, die regelmäßig innerhalb der großen und der kleinen Induktions spule l2a, l2b Baufelds I liegt. Man erkennt insbesondere in Fig. 5 zudem die Bedeutung der zumindest im Arbeitsbereich des Lasers nach oben (d. h. zur Gehäusedecke der Prozesskammer 20) und unten (d. h. zum Baufeld I) hin offenen Strömungsleiteinrichtung 16, wodurch sicherge stellt ist, dass der Laserstrahl 68 ungehindert durch das Lenster 22 in der Prozesskammerdecke auf die temperierte Pulverschicht 24 gerichtet werden kann, um diese selektiv zu verfestigen. In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the heating device 12 in FIG. 5 comprises a large induction coil l2a and a small induction coil l2b which can be moved within the large induction coil l2a and whose fields can be deliberately superimposed for preheating the powder layer 24, to generate particularly high temperatures. 4 and 5, the impact surface L of an energy beam, for example a laser beam on the powder layer 24 is shown as an example, which lies regularly within the large and the small induction coil l2a, l2b construction field I. In particular, FIG. 5 also shows the importance of the flow guide device 16, which is open at least in the working area of the laser upwards (ie towards the housing ceiling of the process chamber 20) and downwards (ie towards the construction field I), thereby ensuring that the laser beam 68 is unhindered the lenster 22 in the process chamber ceiling can be directed onto the tempered powder layer 24 in order to selectively solidify it.
Fig. 6 zeigt eine schematische Perspektivansicht, in Teilen Schnittansicht, der Schichtbauvor richtung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum vorhergehenden Beispiel umfasst die Strömungsleiteinrichtung 16 drei in Größe, Gestalt und Anordnung anders artig ausgeprägte Leitflächensegmente l6a-c. Davon ist das Leitflächensegment 16b als horizon tale Deckfläche ausgebildet, die die Strömungsleiteinrichtung 16 im Betrieb nach oben hin zu mindest partiell abschließt. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der aus dem Kanal 36 und der Einleiteinrichtung 14 in die Prozesskammer 20 geleitete Schutzgasstrom zu stark aufweitet und stets zuverlässig in Richtung der Gasauslasseinrichtung 30 geleitet wird. Das Leitflächen segment 16b ist an einer senkrechten Lührung in z-Richtung verschiebbar gelagert. Vorzugsweise wird eine Position des Leitflächensegments 16b in z-Richtung, d. h. ihr jeweiliger Abstand zum Baufeld I, in Abhängigkeit einer aktuellen Distanz der Einleiteinrichtung 14 bzw. der Auslass- Öffnung l4a von der Einlassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 (in x-Richtung) eingestellt. Beispielsweise kann bei einer geringen Distanz der Auslassöffhung l4a von der Einlassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 eine niedrige Position des Leitflächensegments l6b gewählt wer den, da der Strömungskegel (in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen IV gekennzeichnet) des lokalen Prozessgasstroms sich nur in geringem Maße aufweitet, bevor er die Einlassöffnung der Gasaus- lasseinrichtung 30 erreicht, und damit im Wesentlichen nur entlang der Unterseite des Leitflä chensegments 16b strömt. Demgegenüber kann bei einer großen Distanz der Auslassöffhung l4a von der Einlassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 eine hohe Position des Leitflächensegments 16b gewählt werden. Das Leitflächensegment l6c ist unterhalb der Einleiteinrichtung 14 ange ordnet und stellt sicher, dass der Schutzgasstrom bereichsweise nach unten begrenzt wird und über die kleine Induktionsspule l2b strömt. Hierdurch wird einerseits ein Aufwirbeln der Pulver schicht 24 verhindert und andererseits eine besonders zuverlässige Abführung von im Bereich der kleinen Induktionsspule l2b entstehenden Verunreinigungen sichergestellt. Fig. 6 shows a schematic perspective view, in parts sectional view, of the layer construction device 10 according to a further embodiment. In contrast to the previous example, the flow guide device 16 comprises three guide surface segments 16a-c, which are different in size, shape and arrangement. Of this, the guide surface segment 16b is designed as a horizontal cover surface, which at least partially closes off the flow guide device 16 during operation. This can prevent the shielding gas stream guided from the channel 36 and the introduction device 14 into the process chamber 20 from widening too much and always being reliably directed in the direction of the gas outlet device 30. The guide surface segment 16b is slidably mounted on a vertical guide in the z direction. Preferably a position of the guide surface segment 16b in the z direction, ie its respective distance from the construction field I, is set as a function of a current distance of the introduction device 14 or the outlet opening 14a from the inlet opening of the gas outlet device 30 (in the x direction). For example, at a short distance of the outlet opening 14a from the inlet opening of the gas outlet device 30, a low position of the guide surface segment 16b can be chosen, since the flow cone (identified by the reference symbol IV in FIG. 4) of the local process gas flow only widens to a small extent before it reaches the inlet opening of the gas outlet device 30, and thus essentially only flows along the underside of the guide surface segment 16b. In contrast, when the outlet opening 14a is at a large distance from the inlet opening of the gas outlet device 30, a high position of the guide surface segment 16b can be selected. The guide surface segment l6c is arranged below the introduction device 14 and ensures that the protective gas flow is limited in some areas downwards and flows over the small induction coil l2b. This on the one hand prevents the powder layer 24 from being whirled up, and on the other hand ensures particularly reliable removal of impurities occurring in the region of the small induction coil 12b.
Die Ausgestaltung der Strömungsleiteinrichtung 16 kann dabei bedarfsgemäß variiert werden, wobei lediglich sichergestellt werden sollte, dass eine weitgehend störungsfreie Verfestigung der Pulverschicht 24 möglich bleibt. Hierzu kann grundsätzlich in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Strömungsleiteinrichtung 16 ganz oder teilweise aus ei nem (hoch-)energiestrahltransparenten Material besteht, wodurch auch teil- oder vollumfänglich geschlossene Strömungskanäle realisierbar sind, durch welche der Energiestrahl dennoch zum Verfestigen auf die Pulverschicht 24 geleitet werden kann. The configuration of the flow guiding device 16 can be varied as required, it should only be ensured that a largely trouble-free consolidation of the powder layer 24 remains possible. For this purpose, it can be provided in a further embodiment of the invention that the flow guiding device 16 consists entirely or partially of a (highly) energy-beam-transparent material, so that partially or completely closed flow channels can also be realized, through which the energy jet nevertheless solidifies onto the Powder layer 24 can be passed.
Als weitere Alternative kann die Strömungsleiteinrichtung 16 einstückig ausgebildet werden und sich als Rudiment nur bereichsweise zwischen der Einleit- bzw. Einleiteinrichtung 14 und der Gasauslasseinrichtung 30 erstrecken, um beim relativen Verfahren der kleinen Induktionsspule l2b zur großen Induktionsspule l2a eine Kollision der Strömungsleiteinrichtung 16 mit anderen Komponenten in der Prozesskammer 20 auszuschließen. Die Einleiteinrichtung 14 kann dabei an einer Wand der Strömungsleiteinrichtung 16 festgelegt sein, während die Strömungsleiteinrich tung 16 ihrerseits über die Induktionsspule l2b am Tragarm 28 festgelegt sein kann. Damit kön nen die Einleiteinrichtung 14, die Strömungsleiteinrichtung 16 und die Induktionsspule l2b ei- nerseits stets gemeinsam relativ zur Induktionsspule l2a in x-Richtung und andererseits gemein sam mit der Induktionsspule l2a in y-Richtung über die Pulverschicht 24 bewegt werden. Auch diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass zumindest die Belichtungsstelle zuverlässig durch eine gerichtete Strömung von Rauch/Kondensat/Spratzem etc. freigehalten wird und dass die ini tiale Leitwirkung der Strömungsleiteinrichtung 16 zu beiden Seiten hin gewährleistet ist, so dass auch in diesem Fall eine Ausrichtung des Schutzgasstroms von der Auslassöffhung l4a zur Ein lassöffnung der Gasauslasseinrichtung 30 erfolgt. As a further alternative, the flow guide device 16 can be formed in one piece and extend as a rudiment only in regions between the introduction or introduction device 14 and the gas outlet device 30, in order for the flow guide device 16 to collide with other components when the small induction coil l2b is relative to the large induction coil l2a exclude in the process chamber 20. The introduction device 14 can be fixed to a wall of the flow guide device 16, while the flow guide device 16 in turn can be fixed on the support arm 28 via the induction coil l2b. The inlet device 14, the flow guide device 16 and the induction coil 12b can thus be on the one hand always moved together relative to the induction coil l2a in the x direction and on the other hand together with the induction coil l2a in the y direction over the powder layer 24. This embodiment also offers the advantage that at least the exposure point is reliably kept clear by a directed flow of smoke / condensate / spratzem etc. and that the initial guiding effect of the flow guiding device 16 is ensured on both sides, so that alignment is also ensured in this case of the protective gas flow from the outlet opening 14a to an inlet opening of the gas outlet device 30.
Zur Vermeidung einer unerwünschten Erwärmung kann die Strömungsleiteinrichtung 16 generell vorzugsweise aus einem nicht-metallischen bzw. nicht-elektrisch leitfähigen und temperatursta bilen Material wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK) gefertigt sein, damit sich die Strömungsleiteinrichtung 16 einerseits nicht selbst induktiv aufheizt und andererseits den beim Verfestigen der Pulverschicht 24 entstehenden Temperaturen beschädigungsfrei widersteht. In order to avoid undesirable heating, the flow guide device 16 can generally preferably be made of a non-metallic or non-electrically conductive and temperature-stable material such as polyether ether ketone (PEEK), so that the flow guide device 16 does not itself heat up inductively on the one hand and the one during solidification on the other hand the powder layer 24 withstands temperatures arising without damage.
Zusammenfassend ermöglicht die erfindungsgemäße Schichtbauvorrichtung 10 und insbesondere die erfindungsgemäße Strömungsleiteinrichtung 16 unterschiedliche Grade der Begrenzung eines Strömungskanals durch ein oder mehrere Leitflächensegmente l6a-c. Die Strömungsleiteinrich tung 16 kann den Schutzgasstrom grundsätzlich nur in einer Richtung leiten. Alternativ kann die Strömungsleiteinrichtung 16 eine Art Führungsrinne ausbilden, wie dies vorstehend durch die zwei longitudinalen Leitflächensegmente l6a, l6b gezeigt wurde, die sich in z-Richtung von ei ner Höhe knapp über dem Pulverbett 24 bis in eine Höhe knapp über einem Auslass der lokalen Einblasung erstrecken (z. B. 1, 2, 3, 4, 5 cm oder mehr darüber). Vorzugsweise erstreckt sich die Strömungsleiteinrichtung 16 und damit die durch diese gebildete Führungsrinne zumindest im Wesentlichen entlang einer Induktionsspule l2a oder entlang einer gesamten Baufeldseite S.In summary, the layer construction device 10 according to the invention and in particular the flow guide device 16 according to the invention enables different degrees of delimitation of a flow channel by one or more guide surface segments 16a-c. The flow guide device 16 can in principle conduct the inert gas flow only in one direction. Alternatively, the flow guide device 16 can form a type of guide groove, as was shown above by the two longitudinal guide surface segments 16a, 16b, which extend in the z direction from a height just above the powder bed 24 to a height just above an outlet of the local injection extend (e.g. 1, 2, 3, 4, 5 cm or more above). The flow guide device 16 and thus the guide channel formed thereby preferably extends at least substantially along an induction coil 12a or along an entire construction site side S.
Dies ermöglicht einen relativ flachen Einfallwinkel eines verfestigenden Energiestrahls (Laser- /Elektronenstrahl). Eine nur teilweise seitlich abgeschlossene Gestaltung besitzt zudem Vorteile bei Verwendung einer gegebenenfalls gebündelten globalen Schutzgaseinströmung, da ein Trich tereffekt realisierbar ist, der einströmendes Gas in die Führungsrinne lenkt bzw. evtl leicht bün delt. Die lokale Schutzgasströmung im durch die Strömungsleiteinrichtung 16 gebildeten Strö mungskanal wird damit nicht gestört. Außerdem wird beim Verfahren der Strömungsleiteinrich tung 16 weniger Gasvolumen in der Prozesskammer 20 bewegt, wenn die aufrecht stehenden Leitflächensegmente l6a-c vergleichsweise flach dimensioniert sind. Auch dies reduziert nachteilige Verwirbelungen, die evtl zu Pulververblasung auf dem Baufeld I führen könnten. This enables a relatively flat angle of incidence of a solidifying energy beam (laser / electron beam). A partially closed design also has advantages when using a possibly bundled global inert gas inflow, since a funnel effect can be realized that directs the inflowing gas into the guide trough or possibly bundles it slightly. The local protective gas flow in the flow channel formed by the flow guide device 16 is not disturbed. In addition, less gas volume is moved in the process chamber 20 when the flow guide device 16 is moved when the upright ones Guide surface segments l6a-c are dimensioned comparatively flat. This also reduces disadvantageous turbulence, which could possibly lead to powder blowing on site I.
Alternativ kann die Strömungsleiteinrichtung 16 grundsätzlich zumindest bereichsweise einen nach oben oder vollumfänglich geschlossenen Tunnel mit großflächiger, vorzugsweise allseitiger Begrenzung des Strömungskanals durch Leitflächensegmente l6a-c bilden. Die Strömungsleit einrichtung 16 kann in diesem Fall eine oder mehrere Ausnehmungen bzw. Aussparungen oder hochenergiestrahlstransparente Bereiche an der Oberseite („Fenster") aufweisen, damit ein oder mehrere (Hoch)energie- bzw. Laserstrahlen ungehindert auf das Baufeld treffen können. Vor- zugsweise ist in diesem Fall eine Position der Ausnehmung bzw. Aussparung relativ zur Position einer kleinen Induktionsspule l2b über der Aufbau- und Fügezone I fest. Eine Erstreckung bzw. Geometrie der Ausnehmung bzw. Aussparung kann jedoch auch variabel aus gebildet sein. Hier durch ist eine klar definierte Strömungsführung des Schutzgasstroms möglich, wodurch ein be sonders effektiver Abtransport von Verunreinigungen sichergestellt wird. As an alternative, the flow guide device 16 can in principle form a tunnel, which is closed at the top or in its entirety, with a large-area, preferably all-round delimitation of the flow channel by guide surface segments 16a-c. In this case, the flow guiding device 16 can have one or more recesses or cutouts or regions on the upper side (“windows”) that are transparent to high-energy beams, so that one or more (high) energy or laser beams can strike the construction field unhindered in this case a position of the recess or recess is fixed relative to the position of a small induction coil l2b above the assembly and joining zone I. However, an extension or geometry of the recess or recess can also be of variable design Defined flow of the protective gas flow possible, which ensures a particularly effective removal of contaminants.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedin gungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, System fehlem, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzuse hen. The parameter values specified in the documents for the definition of process and measurement conditions for the characterization of specific properties of the subject matter of the invention are also to be considered within the scope of deviations - for example, due to measurement errors, system errors, DIN tolerances and the like - as included in the scope of the invention hen.
Bezugszeichenliste : Reference symbol list:
10 Schichtbauvorrichtung10 layer construction device
12 Heizeinrichtung 12 heating device
l2a Induktionsspule l2a induction coil
l2b Induktionsspule l2b induction coil
14 Einleiteinrichtung 14 introduction device
l4a Auslassöffnung l4a outlet opening
16 Strömungsleiteinrichtung l6a Leitflächensegment 16 Flow control device 16a guide surface segment
16b Leitflächensegment l6c Leitflächensegment 16b guide surface segment l6c guide surface segment
18 Gehäuse 18 housing
20 Prozesskammer 20 process chamber
22 Einkoppelfenster 22 coupling window
24 Pulverbett 24 powder bed
28 Tragvorrichtung 28 carrying device
28a Tragarm 28a support arm
28b Tragarm 28b support arm
28c Tragarm 28c support arm
30, 30‘, 30“ Gasauslasseinrichtung 34 , 34‘ , 34“ Gaszuführkanal 36 Kanal 30, 30 ', 30 "gas outlet device 34, 34', 34" gas supply channel 36 channel
40 Bauteil 40 component
42 Kammerwandung 42 chamber wall
44 Baubehälter 44 building containers
46 Wandung 46 wall
48 Arbeitsebene 48 working level
50 Träger 50 carriers
52 Grundplatte 52 base plate
54 Bauplattform 54 construction platform
56 Werkstoff 58 Vorratsbehälter 56 material 58 storage containers
60 Beschichter 60 coaters
62 Überlaufbehälter 62 overflow tank
64 Belichtungsvorrichtung 64 exposure device
66 Laser 66 lasers
68 Laserstrahl 68 laser beam
70 Umlenkvorrichtung 70 deflection device
72 Fokussiervorrichtung 72 focusing device
74 Steuereinheit 74 control unit
I Baufeld I construction site
IV Grenzen der Ausdehnung eines Gasstroms x, y horizontale Richtung IV limits of expansion of a gas flow x, y horizontal direction
z vertikale Richtung z vertical direction
L Auftrefffläche eines Energiestrahls L impact surface of an energy beam
S Baufeldseite S site side
H Hauptströmungsrichtung H main flow direction
Ph Höchster Punkt der Strömungsleiteinrichtung Ph Highest point of the flow control device
Pn Niedrigster Punkt der Strömungsleiteinrichtung Pn Lowest point of the flow control device
Claims
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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