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Title:
DEVICE AND METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURING UNDER PROTECTIVE GAS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/002523
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for the additive manufacturing of workpieces under protective gas, which device is provided with a manufacturing chamber designed as a pressure chamber, said manufacturing chamber being fluidically connected to a pressure container via a gas extraction line, which is provided with a vacuum pump, and via a gas return line. After the manufacturing of a first workpiece, the protective gas present in the manufacturing chamber is evacuated, temporarily stored in the pressure container and, prior to the manufacturing of a second workpiece, is introduced into the manufacturing chamber.

Inventors:
KAMPFFMEYER DIRK (DE)
HILDEBRANDT BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/064850
Publication Date:
January 06, 2022
Filing Date:
June 02, 2021
Export Citation:
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Assignee:
MESSER GROUP GMBH (DE)
International Classes:
B22F10/20; B22F10/28; B22F10/30; B22F10/32; B22F10/77; B22F12/00; B29C64/153; B29C64/371; B33Y10/00; B33Y30/00
Domestic Patent References:
WO2019001900A12019-01-03
Foreign References:
DE102018127598A12019-05-16
DE102017110649A12018-11-22
DE102016201812A12017-08-10
US20190001413A12019-01-03
EP3628420A12020-04-01
EP3006139A12016-04-13
EP3277452B12019-01-23
DE102018206322A12019-10-24
Attorney, Agent or Firm:
MÜNZEL, Joachim (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur additiven Fertigung von Werkstücken unter Schutzgas, mit einer Fertigungskammer (2), in der ein Werkstück (3) unter Schutzgas durch selektives Sintern oder Schmelzen eines pulverförmigen Ausgangsmaterials durch Einbringen von Energie herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungskammer (2) als Druckkammer ausgebildet ist und über eine mit einer Vakuumpumpe (8) ausgerüstete Gasabzugsleitung (6) sowie über eine Gasrückleitung (12) mit einem Druckbehälter (7) strömungsverbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungskammer (2) mit einer Zuleitung (15) für ein Spülgas ausgerüstet ist und von der Gasabzugsleitung (6), stromab zur Vakuumpumpe (8), eine Evakuierungsleitung (9) zum Evakuieren von Restatmosphäre aus der Fertigungskammer (2) abzweigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasabzugsleitung (6) und/oder der Gasrückleitung (12) eine Filtereinrichtung (19) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasrückleitung (12) und/oder der Gasabzugsleitung (6) eine Einrichtung (20) zur Gasnachreinigung angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungskammer (2) mit einer Gasstromeinrichtung zum Durchleiten eines Schutzgasstroms durch die Fertigungskammer (2) ausgerüstet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (7) mit einer Quelle (18) für ein Schutzgas strömungsverbunden ist.

7. Verfahren zur additiven Fertigung von Werkstücken unter Schutzgas, bei dem einer Fertigungskammer (2) ein Schutzgas zugeführt und in der Fertigungskammer (2) ein Werkstück (3) durch selektives Sintern oder Schmelzen eines pulverförmigen Ausgangsmaterials durch Einbringen von Energie hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fierstellung eines ersten Werkstücks (3) das in der Fertigungskammer (2) vorliegende Schutzgas mittels einer Vakuumpumpe (8) evakuiert und in einem Druckbehälter (7) zwischengespeichert wird, die Fertigungskammer (2) mit einem Spülgas geflutet und das erste Werkstück (3) entnommen wird, vor Beginn der Fertigung eines zweiten Werkstücks in der Fertigungskammer (2) vorhandenes Spülgas mittels einer Vakuumpumpe (8) zumindest weitgehend evakuiert und anschließend die Fertigungskammer (2) mit Schutzgas aus dem Druckbehälter (7) geflutet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Fertigungskammer (2) bei der Evakuierung des Schutzgases und/oder des Spülgases auf einen Wert von unter 10 hPa, bevorzugt unter 1 hPa gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas während der Entfernung und/oder der Zuführung an die Fertigungskammer (2) einer Reinigungsstufe (19, 20) unterzogen wird.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung unter Schutzgas

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von Werkstücken unter Schutzgas mit einer Fertigungskammer, in der ein Werkstück unter Schutzgas durch selektives Sintern oder Schmelzen eines pulverförmigen Ausgangsmaterials durch Einbringen von Energie herstellbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein entsprechendes Verfahren.

In der heutigen Produktion zeichnet sich ein zunehmender Trend zu additiven Fertigungsverfahren (auch als „generative Fertigungsverfahren“ bezeichnet) ab. Als solche werden hier allgemein Fertigungsverfahren bezeichnet, bei denen ein dreidimensionales Werkstück schichtweise aus einem Werkstoff aus Metall oder Kunststoff durch Einwirkung von Energie hergestellt wird.

Bei den pulverbasierten additiven Fertigungsverfahren wird ein pulverförmiger Werkstoff in einer dünnen Schicht auf eine Arbeitsfläche aufgebracht. Mittels eines Energiestrahls, insbesondere eines Laserstahls oder eines Elektronenstrahls, wird das Material nach einer rechnergestützten Vorlage punktgenau aufgeschmolzen oder aufgesintert. Das aufgeschmolzene bzw. aufgesinterte Material bildet beim Wiedererstarren eine feste Kontur (hier auch „Werkstückkontur“ genannt) aus, die mit zuvor und/oder nachfolgend auf gleiche Weise hergestellten Konturen zu einem Werkstück zusammengefügt wird. Auf diese Weise können insbesondere Formkörper aufgebaut werden, die eine teilweise hochkomplexe dreidimensionale Struktur aufweisen. Pulverbasierte generative Fertigungsverfahren sind beispielsweise Elektronenstrahlschmelzen (EBM), selektives Laserstrahlschmelzen (SLM) oder selektives Lasersintern (SLS).

Um das Werkstück und den Werkstoff vor negativen Einflüssen der Umgebungsatmosphäre zu schützen, finden pulverbasierte generative Fertigungsverfahren sowohl bei metallischen als auch kunststoffförmigen Materialien meist im Vakuum oder unter Schutzgas statt. Im letzteren Fall erfolgt die Fertigung in einer gasdichten Kammer, hier als „Fertigungskammer“, oft auch als „Bauraum“ bezeichnet, die vor und/oder während der Fertigung mit Schutzgas geflutet wird. Beispielsweise wird in der EP 3628420 A1 ein Verfahren zur additiven Fertigung beschrieben, bei dem als Schutzgase verschiedene Mischungen aus Argon und Helium zum Einsatz kommen.

In der EP 3006 139 A1 wird ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines metallischen Werkstücks durch additive Fertigung vorgeschlagen, bei dem nacheinander Schichten eines pulverförmigen metallischen Werkstoffs bereitgestellt und mit einem Laserstrahl beaufschlagt werden, wobei jeweils ein Prozessgas zugeführt wird. Das Prozessgas dient dazu, die chemischen oder physikalischen Eigenschaften des geschmolzenen Metalls einer jeden Schicht gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise kommen dabei verschiedene Argon und Helium enthaltende Prozessgase zum Einsatz. Ein Prozessgas, das neben einem Inertgas auch Wasserstoff in einer Menge zwischen 0,01 Vol.-% und 50 Vol.-% enthält, schützt die Metallschmelze während der Laserstrahlbehandlung durch Abbinden von im Metallpulver vorhandenem Sauerstoff.

Die EP 3277452 B1 schlägt vor, bei einem Verfahren zur additiven Fertigung unter Schutzgas regelmäßig einen Teil der Gasatmosphäre als Gasstrom aus der Fertigungskammer abzuziehen. Ein oder mehrere Parameter des abgezogenen Gasstroms werden bestimmt und jeweils mit einem Sollwert verglichen. Wird dabei eine bestimmte Abweichung überschritten, wird das Gas verworfen und durch frisch zugeführtes Gas ersetzt oder ergänzt.

Die DE 102018206322 A1 beschreibt eine Anlage und ein Verfahren zur additiven Fertigung, bei dem die Konturen des herzustellenden Werkstücks während der Fertigung von einem gerichteten Schutzgasstrom umspült werden. Das bevorzugt sauerstofffreie Schutzgas wird dabei kontinuierlich aus der Fertigungskammer abgesaugt und nach einer Filterung erneut der Fertigungskammer zugeführt.

Zur Entnahme des gedruckten Werkstücks wird die Fertigungskammer geöffnet, wobei das darin enthaltene Schutzgas entweicht. Vor der Fertigung des nächsten Werkstücks muss die Fertigungskammer daher vorbereitet werden, wobei eingedrungene Umgebungsluft entfernt und die Schutzgasatmosphäre erneuert werden muss. Dieses Procedere ist mit einem beträchtlichen Aufwand an Zeit und Arbeit sowie mit einem nicht unerheblichen Verlust an Schutzgas verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist daher, bei einer sequenziellen Herstellung von Werkstücken mittels additiver Fertigung unter Schutzgas in einer Fertigungskammer Verluste an Schutzgas zu reduzieren und die Schutzgasatmosphäre in der Fertigungskammer vor der erneuten Fertigung eines Werkstücks rasch erneuern zu können.

Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von Werkstücken unter Schutzgas, die mit einer Fertigungskammer ausgerüstet ist, in der ein Werkstück unter Schutzgas durch selektives Sintern oder Schmelzen eines pulverförmigen Ausgangsmaterials durch Einbringen von Energie herstellbar ist, ist erfindungsgemäß also dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungskammer als Druckkammer ausgebildet ist und über eine mit einer Vakuumpumpe ausgerüstete Gasabzugsleitung sowie über eine Gasrückleitung mit einem Druckbehälter strömungsverbunden ist.

Die erfindungsgemäß Vorrichtung ermöglicht es, das in der Fertigungskammer nach der Herstellung eines ersten Werkstücks vorhandene Schutzgas durch Evakuieren mittels der Vakuumpumpe zumindest weitgehend zu entfernen, über die Gasabzugsleitung abzuführen und im Druckbehälter zwischenzulagern. Die Vakuumpumpe ist dafür geeignet und bestimmt, den Druck in der Fertigungskammer auf einen vorgegebenen Wert von beispielsweise unter 10 hPa, bevorzugt unter 1 hPa zu reduzieren. Durch die Zuführung der abgepumpten Atmosphäre steigt der Druck im Druckbehälter an, beispielsweise auf einen Wert zwischen 1 und 10 bar(ü), bevorzugt zwischen 2 und 5 bar(ü) an. Die Fertigungskammer wird anschließend über eine Spülgaszuleitung mit einem Spülgas, beispielsweise Umgebungsluft oder ein Inertgas, geflutet und das Werkstück kann entnommen werden. Vor dem Beginn der Fertigung eines nachfolgenden Werkstücks wird die in der Fertigungskammer vorhandene Restatmosphäre über eine Evakuierungsleitung evakuiert, wobei die gleiche oder eine andere Vakuumpumpe wie bei der Befüllung des Druckbehälters zum Einsatz kommen kann. Die evakuierte, zumindest weitgehend aus Spülgas bestehende Restatmosphäre wird in die Umgebungsatmosphäre abgelassen oder einer anderweitigen Verwendung zugeführt.

Anschließend wird das im Druckbehälter zwischengelagerte Schutzgas über die Gasrückleitung der evakuierten Fertigungskammer zugeführt und bildet in dieser sehr rasch erneut eine Schutzgasatmosphäre aus. Aufgrund des Überdrucks im Druckbehälter erübrigt sich bei der Rückführung des Schutzgases in die Fertigungskammer der Einsatz einer Pumpe; jedoch ist eine solche Pumpe in der Gasrückleitung im Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen.

Die für die Evakuierung der Restatmosphäre aus der Fertigungskammer eingesetzte Evakuierungsleitung ist beispielsweise eine separate, mit einer eigenen Vakuumpumpe ausgestattete Leitung, die direkt in die Fertigungskammer einmündet. In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Evakuierungsleitung jedoch um eine Zweigleitung, die stromab zu der für die Evakuierung des Schutzgases verwendeten Vakuumpumpe von der Gasabzugsleitung abführt, sodass die gleiche Vakuumpumpe sowohl für die Evakuierung des Schutzgases als auch die die Entfernung der Restatmosphäre eingesetzt werden kann.

In der Fertigungskammer können alle bekannten Verfahren zur additiven Fertigung von Werkstücken aus Kunststoff oder Metall unter Schutzgas durchgeführt werden, insbesondere Elektronenstrahlschmelzen (EBM), selektives Laserstrahlschmelzen (SLM) oder selektives Lasersintern (SLS). Dementsprechend sind in der Fertigungskammer die dazu erforderlichen Einrichtungen vorhanden, wie insbesondere eine Arbeitsplatte, eine Einrichtung zum Zuführen des pulverförmigen Werkstoffs und eine Bestrahlungseinheit zum selektiven Bestrahlen und/oder selektiven Aufschmelzen des Werkstoffs. Als Schutzgas kommt beispielsweise Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Gemisch aus zwei oder mehr dieser Gase zum Einsatz. Zur Entfernung von partikelförmigen Verunreinigungen, wie beispielsweise Staub, Schmauch oder Ruß ist es vorteilhaft, wenn in der Gasabzugsleitung und/oder in der Gasrückleitung eine Filtereinrichtung zur Partikelfilterung angeordnet ist.

Um insbesondere unerwünschte gasförmige Verunreinigungen, wie Sauerstoff oder Wasserdampf, aus dem Schutzgas zu entfernen, ist es besonders vorteilhaft, dass in der Gasrückleitung und/oder in der Gasabzugsleitung eine Einrichtung zur Gasreinigung angeordnet ist. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise eine absorptive Reinigungsstufe umfassen, in der unerwünschte Bestandteile aus dem Schutzgasstrom an geeigneten Absorptionsmaterialen, wie beispielsweise Kieselgel, Chromsalze, Aktivkohle, oder Molsieben absorbiert werden. Beispielseise umfasst die Einrichtung zur Gasreinigung ein Oxysorb ® -Gasnachreinigungssystem zur Entfernung von Sauerstoff aus dem Gasstrom.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungskammer mit einer Gasstromeinrichtung zum kontinuierlichen Durchleiten eines Schutzgasstroms durch die Fertigungskammer während der Fertigung ausgerüstet ist. Dieser Ausgestaltung ermöglicht die kontinuierliche Beaufschlagung der Werkstückkonturen bzw. des Werkstücks mit Schutzgas sowie eine Reinigung des Schutzgases während des Fertigungsprozesses. Eine solche Gasstromeinrichtung mit Gaszuführung, Gasableitung, Umwälzpumpe und ggf. einer Filtereinrichtung kann dabei als separate Anordnung an der Fertigungskammer vorgesehen sein; alternativ oder ergänzend dazu kann während des laufenden Fertigungsprozesses kontinuierlich eine Umwälzung des Schutzgases durch Gasabzugsleitung und Gasrückführleitung erfolgen, da diese während des Fertigungsprozesses nicht für die Zwischenlagerung von Schutzgas benötigt werden und insofern als Gastromeinrichtung fungieren können. Sind Gasabzugsleitung und/oder Gasrückleitung mit Filter- oder Reinigungseinrichtungen ausgestattet, wird dadurch auch eine Reinigung des Schutzgases während des laufenden Fertigungsprozesses ermöglicht.

Um Schutzgasverluste ausgleichen und/oder verunreinigtes Schutzgas austauschen zu können, ist der Druckbehälter vorteilhafterweise mit einer Quelle für das in der Fertigungskammer benötigte Schutzgas strömungsverbunden. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Tank, eine Druckgasflasche oder ein Druckgasflaschenbündel, oder aber um eine Mischeinrichtung, in der vor Ort das gewünschte Schutzgasgemisch hergestellt wird.

Ein Verfahren zur additiven Fertigung von Werkstücken unter Schutzgas, bei dem einer Fertigungskammer Schutzgas zugeführt und in der Fertigungskammer ein Werkstück durch selektives Sintern oder Schmelzen eines pulverförmigen Ausgangsmaterials durch Einbringen von Energie hergestellt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass nach Fierstellung eines ersten Werkstücks das in der Fertigungskammer vorliegende Schutzgas mittels einer Vakuumpumpe evakuiert und in einem Druckbehälter zwischengespeichert wird, die Fertigungskammer anschließend mit einem Spülgas geflutet und das erste Werkstück aus der Fertigungskammer entnommen wird, vor Beginn der Fertigung eines zweiten Werkstücks die in der Fertigungskammer vorhandene, überwiegend aus Spülgas bestehende Restatmosphäre mittels der gleichen oder einer anderen Vakuumpumpe evakuiert und anschließend die Fertigungskammer mit Schutzgas aus dem Druckbehälter geflutet wird.

Erfindungsgemäß erfolgt also eine sequenzielle Fertigung von Werkstücken in einer Fertigungskammer unter Schutzgas. Das Schutzgas wird nach jeder Fertigung eines Werkstücks durch Evakuierung der Fertigungskammer aus dieser zumindest weitgehend entfernt, im Druckbehälter zwischengelagert und anschließend erneut zur Fierstellung einer Schutzgasatmosphäre in der Fertigungskammer eingesetzt. Auf diese Weise kann das Schutzgas für eine Mehrzahl von nacheinander in der Fertigungskammer durchgeführten Fertigungsprozessen eingesetzt werden.

Um bei der Fertigung eines nachfolgenden Werkstücks eine möglichst reine Schutzgasatmosphäre in der Fertigungskammer hersteilen zu können, ist es erforderlich, die in der Fertigungskammer nach der Entnahme des vorangegangenen Werkstücks vorhandene Restatmosphäre zu evakuieren, bevor das Schutzgas aus dem Druckbehälter erneut zugeführt werden kann. Dies erfolgt erfindungsgemäß über eine dazu bestimmte Evakuierungsleitung mittels der gleichen oder einer weiteren Vakuumpumpe. Die bei einer Evakuierung mittels der Vakuumpumpe (oder der jeweiligen Vakuumpumpen) erzeugte Druckreduktion in der Fertigungskammer hängt insbesondere von den Anforderungen an die Reinheit des Schutzgases ab. Bevorzugt wird der Druck in der Fertigungskammer bei der Evakuierung des Schutzgases und/oder bei der Evakuierung der Restatmosphäre auf einen Wert von unter 10 hPa, bevorzugt von unter 1 hPa gebracht.

Zweckmäßigerweise wird das Schutzgas während der Entfernung aus der Fertigungskammer und/oder während der Zuführung an die Fertigungskammer einer Reinigungsstufe unterzogen. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen in der Gasabzugsleitung und/oder in der Gasrückleitung angeordneten Partikelfilter oder um eine Einrichtung zur adsorptiven Gasreinigung, die gleichfalls in der Gasabzugsleitung und/oder in der Gasrückleitung angeordnet ist.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Die einzige Zeichnung (Fig. 1) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst eine Fertigungskammer 2, in der ein Werkstück 3 mittels additiver Fertigung hergestellt wird. Die Fertigungskammer 2 ist als gasdichte Druckkammer mit einer Tür 4 zum Entnehmen des Werkstücks 3 ausgebildet und ermöglicht die Fierstellung des Werkstücks 3 unter Schutzgas. In an sich bekannter Weise erfolgt die Fierstellung des Werkstücks 3 in der Fertigungskammer 2 beispielsweise mittels eines pulverbasierten generativen Fertigungsverfahrens, etwa dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM), dem selektiven Laserstrahlschmelzen (SLM) oder dem selektives Lasersintern (SLS). Dabei wird auf einer Fertigungsplatte 5 eine Lage eines pulverförmigen Werkstoffs aus Kunststoff oder Metall ganz oder teilweise mittels einer Energiestrahlung aufgeschmolzen. Das aufgeschmolzene Material bildet beim Wiedererstarren eine feste Kontur, die mit zuvor und/oder nachfolgend auf gleiche Weise hergestellten Konturen zu dem Werkstück 3 zusammengefügt wird. Während des Fertigungsprozesses ist die Fertigungskammer mit einem Schutzgas, beispielsweise Argon, Flelium, Stickstoff, Kohlendioxid oder einem Gemisch aus zwei oder mehr dieser Gase, gefüllt. Die Fertigungskammer 2 ist über eine Gasabzugsleitung 6 mit einem Druckbehälter 7 strömungsverbunden. In der Gasabzugsleitung 6 ist eine Vakuumpumpe 8 angeordnet, mittels der die in der Fertigungskammer 2 vorhandene Atmosphäre weitestgehend in Richtung des Druckbehälters 7 abgepumpt werden kann. Bei der Vakuumpumpe 8 handelt es sich beispielsweise um eine Membran- oder Drehschieberpumpe, die eine Evakuierung der Fertigungskammer 2 auf einen Druck von beispielsweise unter 1 hPa erlaubt. Weiterhin zweigt von der Gasabzugsleitung 6, stromab zur Vakuumpumpe 8, eine Evakuierungsleitung 9 ab. Ein Ventil 10 in der Evakuierungsleitung 9 und ein Ventil 11 in der Gasabzugsleitung 6, stromab zur Abzweigung der Evakuierungsleitung 9, ermöglichen die Sperrung des jeweiligen Strömungswegs.

Druckbehälter 7 und Fertigungskammer 2 sind zudem über eine Gasrückleitung 12 miteinander strömungsverbunden, die mit einem Ventil 13 zur Sperrung der Gasrückleitung 12 ausgerüstet ist. Im Ausführungsbeispiel zweigt die Gasrückleitung 12 abströmseitig zur Vakuumpumpe 8 von der Gasabzugsleitung 6 ab und mündet separat von der Gasabzugsleitung 6 in die Fertigungskammer 2 ein. Alternativ dazu ist auch eine Ausgestaltung möglich, in der die Gasrückleitung 12 jeweils direkt sowohl in den Druckbehälter 7 als auch in die Fertigungsklammer 2, separat von der Gasabzugsleitung 6 einmündet; ebenso vorstellbar ist es, die Gasrückleitung 7 als eine die Vakuumpumpe 8 überbrückende Bypassleitung auszubilden, die stromauf und stromab zu dieser in die Gasabzugsleitung 6 einmündet. Diese alternativen Ausgestaltungen sind indes hier nicht gezeigt.

Weiterhin mündet in die Fertigungskammer 2 eine mit einem Ventil 14 absperrbare Spülgaszuleitung 15 ein. Ferner ist der Druckbehälter 7 über eine mit einem Ventil 16 absperrbare Gaszuleitung 17 an eine Quelle 18 für Schutzgas, beispielsweise eine Druckgasflasche, ein Druckgasbündel oder einen Tank, angeschlossen. In der Quelle 18 wird das für den Fertigungsprozess in der Fertigungskammer 2 benötigte Schutzgas in reiner Form unter Druck gelagert.

Die Ventile 10, 11 , 13, 14, 16 sind bevorzugt motorgetrieben und können mittels einer hier nicht gezeigten Steuereinheit betätigt werden. Im Betrieb der Vorrichtung 1 sei der Druckbehälter 7 zunächst mit Schutzgas unter einem Druck von beispielsweise 2-5 bar(ü) gefüllt. Die Ventile 10, 11, 13, 14, 16 sind geschlossen, und die für die additive Fertigung erforderlichen Materialien werden in der Fertigungskammer 2 bereitgestellt. Nach Schließen der Tür 4 wird die Vakuumpumpe 8 gestartet und das Ventil 10 geöffnet. Dadurch wird die Fertigungskammer 2 über die Evakuierungsleitung 9 evakuiert. Nach erfolgter Evakuierung wird die Vakuumpumpe 8 abgestellt und das Ventil 10 geschlossen. Durch Öffnen des Ventils 13 strömt nun reines Schutzgas aus dem Druckbehälter 7 über die Gasrückleitung 12 in die Fertigungskammer 2 ein und bildet in dieser eine Schutzgasatmosphäre aus. Das Ventil 13 wird anschließend geschlossen. Im Anschluss wird die generative Fertigung des Werkstücks 3 in der Fertigungskammer 2 durchgeführt.

Nach Fertigung des Werkstücks 3 wird die Vakuumpumpe 8 erneut in Gang gesetzt und das Ventil 11 geöffnet. Somit wird die Schutzgasatmosphäre aus der Fertigungskammer 2 zumindest zum größten Teil in den Druckbehälter 7 gepumpt. Zur Vorreinigung des Schutzgases ist in der Gasabzugsleitung 6, stromab zur Evakuierungsleitung 9, eine Filtereinheit 19 angeordnet, mittels der partikelförmige Verunreinigungen, beispielsweise Ruß- und Schmauchpartikel, aus dem durch die Gasabzugsleitung 6 geführten Gasstrom entfernt werden.

Nach der Evakuierung der Fertigungskammer 2 wird das Ventil 11 geschlossen, die Vakuumpumpe 8 abgestellt und das Ventil 16 in der Spülgaszuleitung 15 geöffnet. Dadurch strömt ein Spülgas, beispielsweise Luft aus der Umgebungsatmosphäre in die Fertigungskammer 2 ein. Nach Fierstellung eines Druckausgleichs mit der Umgebung wird die Tür 4 geöffnet und das Werkstück 3 entnommen. Anschließend wird die Fertigungskammer 2 für die Fierstellung eines weiteren Werkstücks vorbereitet. Nach Schließen der Tür 4 und des Ventils 16 sowie der erneuten Evakuierung der Fertigungskammer 2 über die Evakuierungsleitung 9 mittels der Vakuumpumpe 8 erfolgt eine erneute Befüllung der Fertigungskammer 2 mit Schutzgas. Dazu wird das Ventil 13 geöffnet, wodurch Schutzgas aus dem Druckbehälter 7 über die Gasrückleitung 12 in die evakuierte Fertigungskammer 2 einströmt und dort rasch zur Ausbildung einer Schutzgasatmosphäre führt. Um eine möglichst hohe Reinheit des wiederverwerteten Schutzgases zu erzielen, insbesondere zur Entfernung von Sauerstoff, Wasserdampf oder anderen gasförmigen Verunreinigungen, ist in der Gasrückleitung 12 eine Einrichtung 20 zur Gasreinigung angeordnet. Beispielsweise handelt es sich dabei um ein Einrichtung, in dem eine absorptive Abtrennung des im Gasstrom enthaltenen Sauerstoffs erfolgt.

Da während des laufenden Betriebs ein gewisser Anteil an Schutzgas verlorengeht, beispielsweise bei der Entnahme des Werkstücks 3 aus der Fertigungskammer 2, und/oder das Schutzgas zu stark verunreinigt wird, ist es von Zeit zu Zeit erforderlich, das im Druckbehälter 7 befindliche Schutzgas zu ergänzen oder zu ersetzen. Dies erfolgt durch Einleiten von Schutzgas aus der Quelle 18.

Im Übrigen auch denkbar, dass das Schutzgas während des Fertigungsprozesses im Kreislauf geführt wird, wobei kontinuierlich Schutzgas auf das Werkstück 3 geblasen und gleichzeitig eine entsprechende Menge an Schutzgas aus der Fertigungskammer 2 abgezogen wird. Flierzu kann beispielsweise eine separate, hier nicht gezeigte Gasstromeinrichtung zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise in der WO 2019/001900 A1 beschrieben wird. Auch in diesem Falle ist die Fertigungskammer 2 nach Beendigung der Fertigung des Werkstücks 3 mit Schutzgas gefüllt. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel kann eine solche Gasstromeinrichtung jedoch auch dadurch realisiert werden, dass während des Fertigungsprozesses die Ventile 11 , 13 geöffnet bleiben und mittels der Vakuumpumpe 8 das Schutzgas beständig umgewälzt wird, wobei es in der Filtereinheit 19 sowie der Einrichtung 20 gereinigt wird.

Mit der Vorrichtung 1 wird eine Kreislaufführung des Schutzgases erzielt, die bei sequenzieller Fertigung von Werkstücken 3 eine mehrfache Verwendung des Schutzgases in der Fertigungskammer 2 in insbesondere nacheinander erfolgenden Fertigungsvorgängen ermöglicht. Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Fertigungskammer

3 Teil

4 Tür

5 Fertigungsplatte

6 Gasabzugsleitung

7 Druckbehälter

8 Vakuumpumpe

9 Evakuierungsleitung

10 Ventil

11 Ventil

12 Gasrückleitung

13 Ventil

14 Ventil

15 Spülgaszuleitung

16 Ventil

17 Gaszuleitung

18 Quelle (für Schutzgas)

19 Filtereinheit

20 Einrichtung zur Gasreinigung