Beschreibung

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.

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.

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.

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.

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 %,

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 %,

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.

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 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 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.

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.

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 %,

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 %,

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.

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.

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°,

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,

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.

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.

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.

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 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.

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.

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 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 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, Mg ₂ Si- 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 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 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.

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.

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.

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.

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.

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 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).

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,

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.

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.

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 und teiltransparente Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen

Schichtbauvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht einer Einleiteinrichtung und einer Heizeinrich tung, die an einem Tragarm angeordnet sind;

Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht der Einleiteinrichtung und Strömungsleiteinrich tung, die gemeinsam an dem Tragarm angeordnet sind;

Fig. 4 eine schematische seitliche Schnittansicht der Schichtbauvorrichtung gemäß einer wei teren Ausführungsform;

Fig. 5 eine schematische Aufsicht einer Variante der in Fig. 4 gezeigten Schichtbauvorrich tung;

Fig. 6 eine schematische Perspektivansicht, in Teilen Schnittansicht, der Schichtbauvorrich tung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Fig. 7 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Schichtbauvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zur additiven Fertigung von Fertigungsprodukten;

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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,

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 P _n 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Schichtbauvorrichtung

12 Heizeinrichtung

l2a Induktionsspule

l2b Induktionsspule

14 Einleiteinrichtung

l4a Auslassöffnung

16 Strömungsleiteinrichtung l6a Leitflächensegment

16b Leitflächensegment l6c Leitflächensegment

18 Gehäuse

20 Prozesskammer

22 Einkoppelfenster

24 Pulverbett

28 Tragvorrichtung

28a Tragarm

28b Tragarm

28c Tragarm

30, 30‘, 30“ Gasauslasseinrichtung 34 , 34‘ , 34“ Gaszuführkanal 36 Kanal

40 Bauteil

42 Kammerwandung

44 Baubehälter

46 Wandung

48 Arbeitsebene

50 Träger

52 Grundplatte

54 Bauplattform

56 Werkstoff 58 Vorratsbehälter

60 Beschichter

62 Überlaufbehälter

64 Belichtungsvorrichtung

66 Laser

68 Laserstrahl

70 Umlenkvorrichtung

72 Fokussiervorrichtung

74 Steuereinheit

I Baufeld

IV Grenzen der Ausdehnung eines Gasstroms x, y horizontale Richtung

z vertikale Richtung

L Auftrefffläche eines Energiestrahls

S Baufeldseite

H Hauptströmungsrichtung

Ph Höchster Punkt der Strömungsleiteinrichtung

Pn Niedrigster Punkt der Strömungsleiteinrichtung