Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Auffangeinrichtung für eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine.

Schichtbauverfahren und -Vorrichtungen zur Herstellung von einzelnen Bauteilbereichen oder vollständigen Bauteilen sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind additive bzw. generative Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping- Verfahren) bekannt, bei denen das Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungs maschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut wird. Vorwiegend metallische Bauteile können beispielsweise durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelzverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst schichtweise mindestens ein pulverförmiger Bauteil werkstoff im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgetragen, um eine Pulverschicht zu bilden. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff lokal verfestigt, indem dem Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone Energie mittels wenigstens eines Energiestrahls zugeführt wird, wo durch der Bauteilwerkstoff schmilzt bzw. sintert und eine Bauteilschicht bildet. Der Energie strahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteil schicht gesteuert. Die Schichtinformationen werden üblicherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils erzeugt und in einzelne Bauteilschichten unterteilt. Nach dem Verfestigen des ge schmolzenen Bauteilwerkstoffs wird die Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils wiederholt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil kann dabei grundsätzlich auf einer Bauplattform oder auf einem bereits erzeug ten Teil des Bauteils oder Bauteilbereichs hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Ferti gung liegen insbesondere in der Möglichkeit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können. Schichtbauverfahren sind besonders für gut Schmelz- und schweißbare metallische Werkstoffe geeignet. Viele Hochtemperaturwerkstoffe wie Nickel- oder Kobaltbasislegierungen oder inter metallische Verbindungen wie beispielsweise Titanaluminide sind jedoch nur bedingt oder schwer schweißbar. Für diese Werkstoffe ist die Vorheizung des Materials und des bereits herge stellten Bereichs des Bauteils auf Temperaturen in der Nähe des Schmelz- oder Sinterpunktes des jeweiligen Werkstoffs ein vielversprechender Ansatz. Heutige Schichtbauvorrichtungen, bei spielsweise sogenannte SLM-Anlagen (Selective Laser Melting Maschinen), weisen zu diesem Zweck häufig eine induktive Temperiereinrichtung auf, welche wenigstens einen Induktor (Spu le) umfasst, über den der Werkstoff bzw. der bereits hergestellte Bereich des Bauteils lokal in der Aufbau und Fügezone auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden kann. Dabei befindet sich der Induktor in unmittelbarer Nähe der Aufbau und Fügezone, um ausreichende Wirbelströ me induzieren zu können.

In heutigen Schichtbauvorrichtungen, beispielsweise in sogenannten SLM-Anlagen (Selective Laser Melting Maschinen), werden Prozessnebenprodukte über eine Schutzgasströmung abge führt, damit nachteilige Effekte hinsichtlich Fügequalität und Oberflächenbeschaffenheit des hergestellten Bauteils minimiert werden. Dennoch ist es bislang nicht zu vermeiden, dass sich Prozessnebenprodukte wie Schmauch, Ruß, Spratzer, Werkstoffpulver und dergleichen unter an derem auf dem Induktor oder den Induktoren solcher Temperiereinrichtungen ablagem. Gelangen diese Prozessnebenprodukte dann wieder in die Fügezone, so verschlechtern sie das Prozesser gebnis, verursachen Fehler und vermindern z. B. die mechanischen Eigenschaften des hergestell ten Bauteils.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besseren Schutz vor unerwünschten Prozessne benprodukten im Bereich der Aufbau- und Fügezone bei Schichtbauverfahren zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Auffangeinrichtung mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 1, durch ein Schichtbauverfahren gemäß Patentanspruch 8 sowie durch eine Schichtbauvorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angege ben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltun gen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Auffangeinrichtung für eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils. Ein verbesserter Schutz vor unerwünschten Prozessnebenprodukten im Bereich der Aufbau- und Fügezone bei Schichtbauverfahren ist erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass die Auffangeinrichtung we- nigstens ein Auffangmittel zum Auffangen und Lagern von Prozessnebenprodukten eines mittels der Schichtbauvorrichtung durchgeführten Schichtbauverfahrens und wenigstens ein Haltemittel zum Festlegen der Auffangeinrichtung an einem Induktor einer induktiven Temperiereinrichtung der Schichtbauvorrichtung umfasst. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Auffangein richtung auf bzw. an einem oder mehreren Induktoren einer induktiven Temperiereinrichtung der Schichtbauvorrichtung festlegbar ist und Auffangmittel zum Auffangen von insbesondere herab- fallenden Prozessnebenprodukten, die während eines Schichtbauverfahrens entstehen, umfasst. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass sich Prozessnebenprodukte unmittelbar auf dem In duktor ablagem und im weiteren Verlauf des Schichtbauverfahrens unkontrolliert in die Aufbau- und Fügezone fallen, wo sie zu einer Verschlechterung des Prozessergebnisses führen würden. Stattdessen werden Prozessnebenprodukte durch das Auffangmittel aufgefangen und dort gela gert, so dass zuverlässig verhindert wird, dass sie wieder zurück in die Aufbau- und Fügezone oder auf andere Prozesselemente fallen. Zusätzlich bleibt die Wirkungsweise des Induktors un beeinträchtigt, so dass eine zuverlässige Temperierung über das gesamte Schichtbauverfahren gewährleistet werden kann. Dies trägt ebenfalls zur Steigerung der Bauteilqualität bei. Durch das Festlegen der Auffangeinrichtung am Induktor kann die Auffangeinrichtung zusätzlich abhängig von einer aktuellen Scanposition eines Energiestrahls auf einem Baufeld der zugeordneten Schichtbauvorrichtung, das heißt mit der aktuellen Scanposition, mit oder ohne zeitlichen Ver satz mitgeführt werden. Die erfindungsgemäße Auffangeinrichtung dient dabei nicht zum globa len Auffangen von Verunreinigungen, wie es beispielsweise der Boden der Prozesskammer in klusive Baufeld unwillkürlich macht. Stattdessen fängt die erfindungsgemäße Auffangeinrich- tung, wenn sie an einem Induktor einer Schichtbauvorrichtung festgelegt ist, räumlich begrenzt bzw. lokal Verunreinigungen und Prozessnebenprodukte während eines Schichtbauverfahrens auf. Das lokale Auffangen kann dabei gezielt in der Nähe der Entstehung üblicher Prozessneben produkte durchgeführt werden. Insbesondere fängt die erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung sogenannte„Spratzer“ auf, die typischerweise innerhalb einer bestimmten Distanz um eine Scan position des Energiestrahls auf das Baufeld bzw. den Prozesskammerboden um das Baufeld her- um fallen, das heißt im statistischen Mittel innerhalb eines definierten Radiusbereichs niederge- hen. Generell sind„ein/eine“ im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als„mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können„ein/eine“ auch als„nur ein/nur eine“ verstanden werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Auf- fangmittel eine Tasche mit einer Eintrittsöffnung umfasst, wobei die Eintrittsöffnung vorzugs- weise auf einer vom Haltemittel abgewandten Seite der Auffangeinrichtung angeordnet ist. Hier durch können Prozessnebenprodukte besonders zuverlässig aufgefangen und bis zu einer Entlee- rung der Tasche aufbewahrt werden, so dass ein Eindringen in die Aufbau- und Fügezone zuver lässig unterbunden wird. Die Tasche kann dabei grundsätzlich aus einem flexiblen oder einem unflexiblen Material gebildet sein.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Tasche sich ausgehend von einer Eintrittsöff nung verjüngt. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Tasche trichterartig ausgebildet ist. Hierdurch können insbesondere kleinkörnige Prozessnebenprodukte zuverlässig über die großflächige Eintrittsöffhung aufgefangen und beispielsweise schwerkraftunterstützt in Richtung des verjüngten Endbereichs der Tasche transportiert werden, wodurch eine zuverlässige Aufbe wahrung sichergestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass ein Innen raum der Tasche im Querschnitt frei von Ecken ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise durch eine runde bzw. unrunde Gestaltung der Tasche erreicht werden. Durch eine eckenfreie Ausges taltung wird sichergestellt, dass die Tasche problemlos befüllbar und auch wieder entleerbar ist, ohne dass sich Partikel in Ecken festsetzen. Die Tasche kann weiterhin grundsätzlich ein beliebi ges Volumen zur Aufbewahrung der Prozessnebenprodukte und/oder eine beliebige Ausdehnung aufweisen. Vorzugsweise besitzt die Tasche ein Volumen, das zur Aufnahme aller während eines Schichtbauvorgangs in sie gelangenden bzw. in sie verbrachten Prozessnebenprodukte ausgebil det ist. Das erforderliche Volumen kann beispielsweise berechnet und/oder anhand von Erfah rungswerten ermittelt werden. Dadurch kann ein Überlaufen der Tasche während des Schicht bauvorgangs und eventuell eine Verunreinigung des Baufelds oder anderer prozessrelevanter E- lemente innerhalb der Prozesskammer infolge des Überlaufens verhindert werden. Nach Ab schluss des Schichtbauvorgangs kann die Tasche entleert werden, sodass die Auffangeinrichtung bei einem weiteren Schichtbauvorgang bestimmungsgemäß funktionieren kann. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass eine Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung der Tasche zumin dest im Wesentlichen einer Orthogonalprojektion eines zugeordneten Induktors auf ein Baufeld der Schichtbauvorrichtung entspricht. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass sich die Ein- trittsöffhung der Tasche im montierten Zustand der Auffangeinrichtung möglichst vollständig, das heißt mit Abweichungen von maximal ±10 %, über die gesamte Breite des zugeordneten In duktors erstreckt, um dessen Oberseite vollständig oder zumindest annähernd vollständig zu ü- berdecken. Grundsätzlich kann es zwar vorgesehen sein, dass die Eintrittsöffnung der Tasche wesentlich größer als die Breite des zugeordneten Induktors ist, in der Regel führt dies aber im Betrieb zu einer unerwünschten Behinderung des zum Verfestigen verwendeten Energiestrahls.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auffangein richtung wenigstens einen fluidisch mit dem Auffangmittel gekoppelten Sauganschluss für eine Saugeinrichtung zum Absaugen von Prozessnebenprodukten aus dem wenigstens einen Auf fangmittel umfasst. Hierdurch ist es möglich, aufgefangene Prozessnebenprodukte kontinuierlich oder diskontinuierlich abzusaugen, um ein Überlaufen zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Auffangeinrichtung wenigstens einen Strömungskanal zum Führen eines Fluidstroms umfasst. Dies ermöglicht es einerseits, aufgefangene Prozessnebenprodukte abzu führen, andererseits kann bei entsprechender Ausgestaltung des Strömungskanals ein Schutzgas strom im Bereich des Induktors erzeugt werden, durch den Prozessnebenprodukte über der Auf bau- und Fügezone abgeführt werden. Schließlich kann ein Schutzgasstrom auch zur thermischen Isolierung des Auffangmittels verwendet werden, um ein Anbacken von Prozessnebenprodukten zu verhindern.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Auffangeinrichtung wenigstens ein Isolations mittel umfasst, mittels welchem das Auffangmittel gegenüber dem Haltemittel thermisch isoliert ist. Damit kann ein„Anbacken“ von Prozessnebenprodukten und sonstigen Verunreinigungen in dem Auffangmittel zuverlässig verhindert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auffangein richtung wenigstens ein Reinigungsmittel zum Reinigen des wenigstens einen Auffangmittels von Prozessnebenprodukten umfasst. Dies erleichtert das Entfernen aufgefangener Prozessne benprodukte und das Reinigen des Auffangmittels. Das Reinigungsmittel ist nicht auf eine be- stimmte Ausführung beschränkt und kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, das Auffangmit tel abzusaugen, auszubürsten, auszustrahlen usw.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Auffangeinrichtung eine Durchtrittsöffnung für einen Energiestrahl der Schichtbauvorrichtung umfasst. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Auffangeinrichtung während eines Verfestigungsschritts in unmittelbarer Nähe zum Auftreffort des Energiestrahls auf die Pulver- bzw. Bauteilschicht, das heißt dort, wo die meisten Prozessnebenprodukte entstehen, angeordnet werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es vor gesehen, dass die Auffangeinrichtung zumindest überwiegend ringförmig ausgebildet ist. Mit an deren Worten besitzt die Auffangeinrichtung zum lokalen Auffangen eine Form, die einem voll ständig oder möglichst weitgehend geschlossenen Ring entspricht. Ein solcher Ring weist eine zentrale Durchtrittsöffhung für einen Energiestrahl auf und überdeckt zu möglichst großen Antei len einen relevanten Bereich um die aktuelle Scanposition bzw. Prozessstelle, da Spratzer und andere Verunreinigungen grundsätzlich nach allen Seiten hin wegfliegen können, auch wenn es unter bestimmten Bedingungen Vorzugsrichtungen gibt.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zu mindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsma schine, bei welchem zumindest die Schritte a) Aufträgen von mindestens einer Pulverschicht ei nes Werkstoffs im Bereich einer Aufbau- und Fügezone mindestens einer absenkbaren Bauplatt form, wobei der Werkstoff mittels einer induktiven Temperiereinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur temperiert wird, b) schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Versintem des Werkstoffs zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs mit wenigstens einem Energiestrahl, c) Schichtweises Absenken der Bauplattform um eine vordefi nierte Schichtdicke und d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis zur Fertigstellung des Bauteilbe reichs durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Auffang einrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt mittels ihres Haltemittels an einem Induktor der Temperiereinrichtung festgelegt wird und mittels ihres wenigstens einen Auffangmittels Pro zessnebenprodukte des Schichtbauverfahrens aufgefangen werden. Hierdurch wird ein verbesser ter Schutz vor unerwünschten Prozessnebenprodukten im Bereich der Aufbau- und Fügezone er reicht, da Prozessnebenprodukte aufgefangen werden und sich nicht mehr auf dem Induktor bzw. den Induktoren ablagem. Dies führt zu besseren Verfahrensergebnissen und besseren Bauteilqua- litäten. Weitere Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltun gen des zweiten Erfindungsaspekts anzusehen sind. Umgekehrt sind auch vorteilhafte Ausgestal tungen des zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsas pekts anzusehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Auf fangmittel der Auffangeinrichtung permanent oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Inter vallen und/oder bedarfsabhängig von aufgefangenen Prozessnebenprodukten gereinigt wird. Für die Ermittlung eines Bedarfs kann beispielsweise eine sensorische Überwachung, eine Berech nung aufgrund von bestimmten Kenngrößen bzw. Erfahrungswerten, die aktuelle bzw. geplante Bauzeit, der aktuell verwendete Werkstoff, die verwendete Bestrahlungsparameter oder eine be liebige Kombination hieraus verwendet werden. Hierdurch können aufgefangene Prozessneben produkte abgeführt werden, um ein Überlaufen der Auffangeinrichtung zu vermeiden. Das Ab führen kann bedarfsweise beispielsweise permanent, während eines Verfestigungsschritts oder in einer Parkposition des Induktors beim Auftrag einer neuen Pulverschicht erfolgen.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Auffangeinrichtung permanent oder zeitweise mit ei nem Gas, insbesondere einem Schutzgas, beaufschlagt wird. Das Gas, bei welchem es sich auch um ein Gasgemisch handeln kann, kann je nach Bedarf zu verschiedenen Zwecken verwendet werden. Beispielsweise kann es zum Spülen des Haltemittels, zum Erzeugen eines gerichteten Gasstroms zum Entfernen von Prozessnebenprodukten und/oder zum Temperieren bzw. Kühlen der Auffangeinrichtung verwendet werden.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils durch ein additives Schichtbauverfahren. Die Schichtbauvorrichtung umfasst mindestens eine Pulverzuführung zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs auf eine Aufbau- und Fügezone einer bewegbaren Bauplatt form, eine induktive Temperiereinrichtung, mittels welcher der Werkstoff vor und/oder während des Schichtbauverfahrens auf eine vorbestimmte Temperatur zu temperieren ist, und mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls zum schichtweisen und lo kalen Verschmelzen und/oder Versintem des temperierten Werkstoffs zum Ausbilden einer Bau- teilschicht durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs mit dem wenigstens einem Energiestrahl gemäß einer vorbestimmten Bestrahlungsstrategie. Erfindungsgemäß umfasst die Schichtbauvor richtung wenigstens eine Auffangeinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, welche mit tels ihres wenigstens einen Haltemittels an einem Induktor der Temperiereinrichtung festgelegt ist. Hierdurch wird ein verbesserter Schutz vor unerwünschten Prozessnebenprodukten im Be reich der Aufbau- und Fügezone erreicht, da Prozessnebenprodukte aufgefangen werden können und sich nicht mehr auf dem Induktor bzw. den Induktoren ablagem. Dies führt zu besseren Ver fahrensergebnissen und besseren Bauteilqualitäten. Weitere Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfin dungsaspekts anzusehen sind. Umgekehrt sind auch vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Er findungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts an zusehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schichtbauvorrichtung als selektive Laserschmelz- und/oder Lasersintervorrichtung ausgebildet. Hierdurch können Bauteile herge stellt werden, deren mechanischen Eigenschaften zumindest im Wesentlichen denen des Bau teilwerkstoffs entsprechen. Zur Erzeugung eines Laserstrahls kann beispielsweise ein C0 ₂ -Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder dergleichen vorgesehen sein. Ebenso kann vor gesehen sein, dass zwei oder mehr Laserstrahlen verwendet werden. In Abhängigkeit des Bau teilwerkstoffs und der Bestrahlungsstrategie kann es beim Bestrahlen zu einem Aufschmelzen und/oder zu einem Versintem des Pulvers kommen, so dass im Rahmen der vorliegenden Erfin dung unter dem Begriff„Verschweißen“ auch„Versintem“ und umgekehrt verstanden werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auffangeinrichtung eine Tasche mit einer Eintrittsöffnung umfasst, wobei die Eintrittsöffnung im montierten Zustand der Auffangeinrichtung parallel zum Baufeld angeordnet ist und/oder einer Decke und/oder einer Kammerwandung einer Prozesskammer der Schichtbauvorrichtung zugewandt angeordnet ist. Hierdurch kann die statistische Flugbahn bzw. die Auftreffwahrscheinlichkeit typischer Prozess nebenprodukte berücksichtigt und ein Herausfallen bereits aufgefangener Prozessnebenprodukte aus der Tasche zuverlässig verhindert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Auffangmittel der Auffangeinrichtung entlang eines der Pulverschicht abgewandten Bereichs des Induktors er streckt. Unabhängig von der Form des Induktors kann so sichergestellt werden, dass sich keine Prozessnebenprodukte auf seiner Oberfläche ablagem können, sondern aufgefangen werden.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Temperiereinrichtung wenigstens zwei relativ zueinan der bewegbare Induktoren umfasst. Hierdurch ist es möglich, die Magnetfelder der Induktoren gezielt zu überlagern, um bestimmte Bereiche besonders stark zu erwärmen. Die Auffangeinrich- tung bzw. das Auffangmittel kann dabei auf einem Induktor oder auf zwei oder mehreren Induk toren angeordnet sein, wobei in diesem Fall nicht die gesamte Fänge des zweiten oder weiteren Induktors mit einem Auffangmittel versehen sein muss, um eine relative Bewegbarkeit der In duktoren zueinander nicht einzuschränken.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem an jedem Induktor eine Auffangeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel festgelegt ist. Hierdurch können Prozessnebenprodukte besonders zuverlässig aufgefangen werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figu renbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskom binationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figu ren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils ange gebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch se parierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die so mit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der An sprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung, welche an einem Induktor einer Schichtbauvorrichtung festgelegt ist;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung gemäß ei- nem weiteren Ausführungsbeispiel, welche an einem Induktor einer Schichtbauvorrichtung fest gelegt ist; und

Fig. 3 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Schichtbauvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zur additiven Fertigung von Fertigungsprodukten.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung 10, welche über ein Haltemittel 12 an einem Induktor 14 einer als selektive Laserschmelz- und/oder Lasersintervorrichtung ausgebildeten Schichtbauvorrichtung 100 (s. Fig. 3) festgelegt ist. Bei dem Induktor 14 handelt es sich vorliegend um eine Spule einer Temperiereinrichtung (nicht ge zeigt). Der Induktor 14 dient zum lokalen Temperieren eines Werkstoffpulvers bzw. eines bereits gefertigten Bauteilbereichs eines additiv herzustellenden Bauteils 15 (s. Fig. 2) und befindet sich in unmittelbarer Nähe einer Aufbau und Fügezone II (s. Fig. 2) der Schichtbauvorrichtung 100.

Die Auffangeinrichtung 10 umfasst im vorliegenden Beispiel ein oberhalb des Induktors 14 an geordnetes Auffangmittel 16, das als Tasche ausgebildet ist und in welchem während des Schichtbauprozesses entstehende Prozessnebenprodukte wie Schmauch, Ruß, Spratzer, Werk stoffpulver und dergleichen aufgefangen werden. Damit können sich diese Prozessnebenprodukte nicht auf dem Induktor 14 ablagem und nicht zurück in die Fügezone II fallen, wo sie das Pro zessergebnis verschlechtern, Fehler verursachen und die Eigenschaften des hergestellten Bauteils 15 vermindern könnten. Man erkennt, dass sich das Auffangmittel 16 ausgehend von einer Ein- trittsöffhung 18 verjüngt und dass eine Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 18 etwas breiter ist als der darunterliegende Induktor 14, um diesen zuverlässig abzuschirmen.

Um das Auffangmittel 16 der Auffangeinrichtung 10 permanent oder zeitweise von aufgefange nen Prozessnebenprodukten zu reinigen, ist es vorgesehen, dass die Auffangeinrichtung 10 per manent oder zeitweise mit einem Schutzgas beaufschlagt wird. Dies ist in Fig. 1 mit den Pfeilen I symbolisiert. Die Taschen 16 werden hierzu über einen Sauganschluss (nicht gezeigt) und gege benenfalls über einen Nebenkreislauf an ein globales Kreislaufsystem der Schichtbauvorrichtung für eine Schutzgasbeaufschlagung angeschlossen. Alternativ kann ein separater Gaskreislauf vor gesehen sein. Wie man in Fig. 1 sieht, kann der mit den Pfeilen I gekennzeichnete Gasstrom auch zur Ausbildung einer gerichteten laminaren Strömung zwischen benachbarten Abschnitten des Auffangmittels 16 verwendet werden, um aufsteigende Prozessnebenprodukte direkt aus dem Be- reich der Aufbau- und Fügezone II abzuführen. Zur Reinigung kann die Tasche 16 permanent, während eines Schweiß Vorgangs oder in einer Parkposition des Induktors 14 beim Auftrag einer neuen Pulverschicht gereinigt, z. B abgesaugt, gebürstet, gestrahlt etc. werden.

Wenn die Temperiereinrichtung zwei oder mehr Induktoren 14 aufweist (z. B. Kreuzspulentech nologie), können Taschen auf einem oder auf beiden bzw. allen weiteren Induktoren 14 vorgese hen sein, wobei nicht die gesamte Länge jedes Induktors 14 mit einem Auffangmittel 16 verse hen sein muss, um eine relative Bewegbarkeit von Induktoren 14 zueinander nicht zu behindern.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, welche an einem Induktor 14 der Schichtbauvor richtung 100 festgelegt ist. Im Unterschied zum vorherigen Beispiel weist die Auffangeinrich- tung 10 zwei unterschiedlich geformte Auffangmittel 16 auf. Zusätzlich weist die Auffangein richtung 10 einen Strömungskanal 20 auf, durch welchen ein Schutzgasstrom I geführt wird, um den Bereich der Aufbau- und Fügezone II durch einen gerichteten Fluidstrom frei von Verunrei nigungen zu halten. Darüber hinaus werden die Taschen 16 durch den Schutzgasstrom I ther misch von dem Induktor 14 entkoppelt, um ein Anbacken der Verunreinigungen in den Taschen 16 zu verhindern. Man erkennt zudem, dass die Auffangeinrichtung 10 eine Durchtrittsöffnung 22 für einen Energiestrahl E der Schichtbauvorrichtung 100 umfasst, durch welchen der über ei ne Optik 24 gelenkte Energiestrahl E, bei welchem es sich vorliegend um einen Laserstrahl han delt, auf die Aufbau- und Fügezone II treffen kann, um das Werkstoffpulver selektiv zu Bauteil schichten des additiv auf einer absenkbaren Bauplattform 26 aufzubauenden Bauteils 15 zu ver festigen.

Eine in Fig. 3 schematisch und teilweise im Schnitt dargestellte Schichtbauvorrichtung 100 ist exemplarisch als selektive Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildet und wird im Folgenden erläutert. Die Schichtbauvorrichtung 100 wird mit einer erfindungsgemäßen Auffang einrichtung 10, beispielsweise wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, verwendet, wobei die Auffangein richtung 10 und die Induktionsspule(n) 14, an welcher bzw. welchen die Auffangeinrichtung 10 festgelegt ist, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind. Zum Aufbauen eines Objekts bzw. Bauteils 15 enthält sie eine Prozesskammer 40 mit einer Kammerwandung 42. In der Pro zesskammer 40 ist ein nach oben offener Baubehälter 44 mit einer Wandung 46 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 44 ist eine Arbeitsebene 48 definiert, wobei der in nerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 48, der zum Aufbau des Bauteils bzw. Objekts 15 verwendet werden kann, als Aufbau- und Fügezone bzw. als Baufeld II bezeichnet wird. In dem Behälter 44 ist ein in einer vertikalen Richtung z bewegbarer Träger 50 angeordnet, an dem eine Grundplatte 52 angebracht ist, die den Baubehälter 44 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 52 kann eine getrennt von dem Träger 50 gebildete Platte sein, die an dem Träger 50 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 50 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 52 noch eine Bauplatt form 26 angebracht sein, auf der das Objekt 15 aufgebaut wird. Das Objekt 15 kann aber auch auf der Grundplatte 52 selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform 26 dient. Das in dem Baubehälter 44 auf der Bauplattform 26 zu bildende Objekt 15 ist unterhalb der Arbeitsebene 48 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unver- festigt gebliebenem Werkstoff 56, der als Aufbaumaterial dient. Die Schichtbauvorrichtung 100 enthält weiter einen Vorratsbehälter 58 für den durch elektromagnetische Strahlung verfestigba ren pulverförmigen Werkstoff 56 und einen in einer horizontalen Richtung Y bewegbaren Be schichter 60 als Pulverzuführung zum Aufbringen des Werkstoffs 56 auf das Baufeld I. Der Vor ratsbehälter 58 kann alternativ auch unterhalb der Ebene des Baufelds II angeordnet sein (nicht gezeigt). Daraus kann der Werkstoff 56 z. B. durch einen vertikal in z-Richtung bewegbaren Do sierstempel dem Beschichter 60 zugeführt werden. Die Schichtbauvorrichtung 100 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 64 mit einem Laser 66, der einen Laserstrahl E als Energiestrahl bündel erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 70 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrich tung 72 über ein Einkoppelfenster 82, das an der Decke der Prozesskammer 40 in deren Wan dung 42 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 48 fokussiert wird.

Weiter enthält die Schichtbauvorrichtung 100 eine Steuereinheit 74, über die die einzelnen Be standteile der Schichtbauvorrichtung 100 in koordinierter Weise zum Durchführen des Baupro- zesses gesteuert werden. Die Steuereinheit 74 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit 74 geladen werden kann. Im Betrieb wird zum Aufbringen ei- ner Pulverschicht zunächst der Träger 50 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schicht dicke entspricht. Durch Verfahren des Beschichters 60 über die Arbeitsebene 48 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Werkstoffs 56 aufgebracht. Zu Sicherheit schiebt der Beschichter 60 eine etwas größere Menge an Werkstoff 56 vor sich her, als für den Aufbau der Schicht erforder lich ist. Den planmäßigen Überschuss an Werkstoff 56 schiebt der Beschichter 60 in einen Über laufbehälter 62. Auf beiden Seiten des Baubehälters 44 ist jeweils ein Überlaufbehälter 62 ange ordnet. Das Aufbringen des pulverförmigen Werkstoffs 56 erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 15, vorzugsweise über das gesamte Baufeld II, also den Bereich der Arbeitsebene 48, der durch eine Vertikalbewegung des Trägers 50 abgesenkt werden kann. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 15 von dem Laserstrahl E mit einem Strahlungseinwirkbereich (nicht gezeigt) abgetastet, der schematisch eine Schnittmen ge des Energiestrahlbündels mit der Arbeitsebene 48 darstellt. Dadurch wird der pulverförmige Werkstoff 56 an Stellen verfestigt, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 15 entspre chen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt 15 fertiggestellt ist und dem Baubehälter 44 entnommen werden kann. Zum Erzeugen eines bevorzugt laminaren Prozessgas stroms in der Prozesskammer 40 enthält die Schichtbauvorrichtung 100 ferner grundsätzlich op tionale Bauteile, nämlich einen Gaszuführkanal 34“, eine Gaseinlassdüse 34‘, eine Gasauslass- öffnung 30‘ und einen Gasabführkanal 30“. Der Prozessgasstrom bewegt sich horizontal in einer Ebene D über das Baufeld II hinweg. Eine Strömungsrichtung des Prozessgasstroms verläuft in der gleichen Raumrichtung wie die Beschichtungsrichtung Y, d. h. parallel zu ihr. Der Gaszu führkanal 34“, die Gaseinlassdüse 34‘, die Gasauslassöffnung 30‘ und der Gasabführkanal 30“ können aber auch so beispielsweise um 90° gedreht in der bzw. um die Prozesskammer 40 ange ordnet sein, dass die (horizontale) Beschichtungsrichtung Y (entsprechend um 90° gedreht) im Wesentlichen senkrecht zur (horizontalen) Strömungsrichtung des Prozessgasstroms steht. Auch die Gaszufuhr und -abfuhr kann von der Steuereinheit 74 gesteuert sein (nicht dargestellt). Das aus der Prozesskammer 40 abgesaugte Gas kann einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zuge führt werden, und das gefilterte Gas kann über den Gaszuführkanal 34“ wieder der Prozess kammer 40 zugeführt werden, wodurch ein Umluftsystem mit einem geschlossenen Gaskreislauf gebildet wird. Statt lediglich einer Gaseinlassdüse 34‘ und einer Gasauslassöffhung 30‘ können jeweils auch mehrere Düsen bzw. Öffnungen vorgesehen sein.

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.

Bezugszeichenliste :

10 Auffangeinrichtung

12 Haltemittel

14 Induktor

15 Bauteil

16 Auffangmittel

18 Eintrittsöffnung

20 Strömungskanal

22 Durchtrittsöffnung

24 Optik

26 Bauplattform

30” Gasabfuhrkanal

30’ Gasauslassöffhung

34’ Gaseinlassdüse

34” Gaszuführkanal

40 Prozesskammer

42 Kammerwandung

44 Baubehälter

46 Wandung

48 Arbeitsebene

50 Träger

52 Grundplatte

56 Werkstoff

58 Vorratsbehälter

60 Beschichter

62 Überlaufbehälter

64 Belichtungsvorrichtung

66 Laser

70 Umlenkvorrichtung

72 Fokussiervorrichtung

74 Steuereinheit 82 Einkoppelfenster

100 Schichtbauvorrichtung

I Schutzgasstrom

II Baufeld

E Energiestrahl

D Ebene

x, y horizontale Richtung z vertikale Richtung

Y Beschichtungsrichtung