Verfahren zur additiven Herstellung mit selektivem Entfernen von Basismaterial

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additi ^¬ ven bzw. schichtweisen Herstellung eines Bauteils sowie eine Vorrichtung für die additive Herstellung des Bauteils und ei ^¬ ne entsprechende Anlage.

Das Bauteil kann weiterhin aus einer hochtemperaturbeständi ^¬ gen Legierung bestehen oder diese umfassen.

Das Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strö- mungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gasturbine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Ni ^¬ ckelbasis- oder Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein.

Generative oder additive Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laser ^¬ schmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Ebenso gehört das Laserauftrag- schweißen (LMD) zu den additiven Verfahren.

Additive oder generative Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufacturing" ) haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bautei- le, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Pro ^¬ zessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Ferti ^¬ gungsschritt eines Bauteils direkt auf Basis einer entspre- chenden CAD-Datei erfolgen kann.

Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen mittels konventioneller sub- traktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können. Ein Problem, welches häufig in der pulverbettbasierten additiven Herstellung auftritt, ist die Schwierigkeit, ein pul- verförmiges Basismaterial zuverlässig wieder aus einzelnen Bereichen, Kavitäten oder Hohlräumen, welche das Bauteil aufgrund seiner vorbestimmten Geometrie haben, zu entfernen.

Weiterhin kann es sinnvoll sein, im Wege einer Qualitätskontrolle oder Überwachung des Beschichtungs- oder Aufbauergeb ^¬ nisses während der additiven Herstellung, einzelne, insbesondere bereits mit Pulver beschichtete Bereich auf eine Her- Stellungsoberfläche im Bauraum, insbesondere während des ad ^¬ ditiven Aufbaus, ganz oder teilweise von Pulver oder Basismaterial zu befreien. Insbesondere ist es wünschenswert, die Oberflächengüte von Seitenflächen des Bauteils zu verbessern. Wenn diese Seitenflächen nicht im direkten Kontakt mit Pulver stehen, kann, beispielsweise mit einem Laser oder einem anderen Werkzeug, die Oberfläche in einem Zwischenschritt bear ^¬ beitet und deren Qualität verbessert werden.

Im Stand der Technik dürften bereits Verfahren beschrieben sein, mit welchen insbesondere nach der additiven Herstellung, beispielsweise nachdem eine Schutzgasatmosphäre für den eigentlichen Aufbau wieder entfernt wurde, der Bauraum, in dem sich das Bauteil befindet, von überschüssigem Pulver zu befreien, insbesondere durch entsprechende Absaugvorrichtun- gen.

Ein Verfahren zur additiven Herstellung mit einer Pulversaugeinrichtung ist beispielsweise bekannt aus DE 10 2013 206 205 AI .

Die beschriebenen, bekannten Verfahren erlauben es jedoch nicht, bereits auf eine Herstellungsoberfläche aufgetragenes Pulver während des additiven Aufbaus einzelner Schichten, insbesondere zwischen oder während der Verfestigung einzelner Schichten, Bereiche der Herstellungsoberfläche wieder von Pulver zu befreien. Dies kann jedoch insbesondere dann vorteilhaft oder sogar unentbehrlich sein, wenn das Bauteil eine komplexe Geometrie aufweist, und schwerzugängliche Hohlräume für die Funktionalität des Bauteils von Pulver befreit werden müssen. Pulverförmiges Basismaterial kann sonst, d.h. nach dem fertigen Aufbau des Bauteils, möglicherweise gar nicht mehr entfernt werden, insbesondere wenn die Hohlräume voll- ständig geschlossen sind. Eine nachfolgende Wärmebehandlung würde dieses Pulver dann zumindest sintern, womit die Funkti ^¬ onalität des entsprechenden Hohlraums wesentlich einge ^¬ schränkt oder zerstört würde. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welche das selektive Entfernen, insbesondere Ab ^¬ saugen, von Basismaterial während der additiven Herstellung, d.h. während oder zwischen dem additiven Aufbau einzelner Schichten für ein Bauteil, erlauben.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa ^¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge ^¬ genstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven, insbesondere schichtweisen Herstellung eines Bauteils, umfassend das selektive Entfernen, insbesondere Ab ^¬ saugen, eines Basismaterials für das Bauteil während des ad ^¬ ditiven Aufbauens des Bauteils.

In einer Ausgestaltung kann das Basismaterial zwischen dem additiven Aufbau einzelner Bauteilschichten oder während des additiven Aufbaus einer einzelnen Bauteilschicht oder einer entsprechenden Beschichtung selektiv entfernt werden.

Der genannte additive Aufbau umfasst vorzugsweise weiterhin die Beschichtung einer Herstellungsoberfläche mit einem Ba ^¬ sismaterial und das anschließende Verfestigen der entstände- nen Schicht durch Bestrahlung oder Exponierung mit einem Energiestrahl, beispielsweise einem Laser- oder Elektronenstrahl . Bei dem beschriebenen Verfahren wird das Basismaterial während einer Bewegung, vorzugsweise einer Horizontalbewegung, einer Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung aus einem vorbestimmten Bereich einer Herstellungsoberfläche entfernt. Mit anderen Worten kann das Basismaterial gemäß dem beschriebenen Verfahren vorzugsweise an oder in der Herstellungsoberfläche oder in jedem beliebigen anderen, bereits mit Basismaterial beschichteten Bereich in einem Bauraum, entfernt werden. Der genannte Bereich der Herstellungsoberfläche ist vorzugs ^¬ weise ein (lateraler) Teilbereich derselben, d.h. beispielsweise in Aufsicht auf die Herstellungsoberfläche betrachtet.

Die genannte Herstellungsoberfläche ist zweckmäßigerweise ei- ne durch eine Basismaterialschicht gebildete Oberfläche im

Bauraum, und entsprechend durch ein Pulverbett definiert. Die Herstellungsoberfläche kann weiterhin einen Bereich im Pulverbett des Basismaterials bezeichnen, ebenso einen Bereich, welcher sich beispielsweise lateral neben bereits verfestig- ten Bauteilschichten befindet. Demgemäß kann auch Pulver unterhalb der Herstellungsoberfläche - beispielsweise zwischen Belichtungs- oder Verfestigungsschritten einzelner Schichten - entfernt werden. Das beschriebene Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn, beispielsweise wie oben angedeutet, der Rand oder eine senkrechte Seitenfläche des Bauteils nachbearbeitet werden soll - beispielsweise durch Abtragen oder erneutes Umschmel- zen mit dem Laser. Eine derartige Nacharbeit wird durch das beschriebene Verfahren überhaupt erst ermöglicht. Die raue Oberfläche selektiv mit einem Laser aufgeschmolzener Schichten entsteht beim SLM-Verfahren dadurch, dass Pulverpartikel ins Schmelzbad gezogen werden. Die Herstellungsoberfläche kann alternativ eine Oberfläche eines Bauteilsubstrats oder eines Teils eines bereits additiv aufgebauten Bauteils darstellen, welche mit dem Basismaterial bedeckt ist. Insbesondere dadurch, dass das selektive Entfernen des Basis ^¬ materials aus dem vorbestimmten Bereich während des additiven Aufbaus des eigentlichen Bauteils und während einer Bewegung einer Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung erfolgt, kann besonders vorteilhaft Einfluss auf den additi- ven Aufbauprozess genommen werden. Insbesondere kann das Ba ^¬ sismaterial aus zuvor bereits aufgebauten Räumen des Bauteils schichtweise wieder entfernt werden. Weiterhin kann - beispielsweise im Wege einer Qualitätssicherung oder - Überwachung, ein Beschichtungsergebnis korrigiert und/oder sogar Schweißspritzer schichtweise zusammen mit anderweitig überschüssigem Basismaterial aus dem Bauraum abgesaugt werden .

In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein pulverbett- basiertes additives Herstellungsverfahren.

In einer Ausgestaltung ist das Basismaterial ein Ausgangspul ^¬ ver für das Bauteil. In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen mittels Absaugen durchgeführt.

In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen während eines Beschichtungsvorgangs des Verfahrens durchgeführt. Die- se Ausgestaltung ermöglicht mit Vorteil eine besonders zweck ^¬ mäßige und vor allem Zeit effiziente Absaugung von Pulver, da dies in einem Schritt mit dem Pulverauftrag erfolgt. Weiter ^¬ hin betrifft diese Ausgestaltung einen besonders einfachen Weg, beispielsweise die Pulverentfernung hardwaretechnisch umzusetzen, da ein entsprechender Saugkopf oder eine Düse (siehe unten) an einer Beschichtungsvorrichtung angebracht werden kann.

In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen während einer Rückbewegung, beispielsweise in Rückwärtsrichtung, der Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung durchgeführt. Diese Ausgestaltung ermöglicht ebenfalls die Ausnut- zung der oben genannten Vorteile.

In einer Ausgestaltung wird das selektive Entfernen nach einem Belichtungsvorgang des Verfahrens durchgeführt. Diese Ausgestaltung kann insbesondere für die oben beschriebene me- chanische Nacharbeit von Seitenflächen des Bauteils zweckmä ^¬ ßig sein.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Bauplattform, auf welcher das Bauteil zweckmäßigerweise additiv aufgebaut wird, während des Entfernens beziehungsweise des Absaugens, abgesenkt. Dies erlaubt mit Vorteil, dass die Beschichtungs ^¬ vorrichtung, beispielsweise eine Klinge, ein Schieber oder eine Bürste, nicht mit einer zuvor aufgebauten Bauteilschicht oder eines Teils des Bauteils kollidiert und Schäden verur- sacht.

In einer Ausgestaltung werden Seitenwände des Bauteils bzw. eines bereits verfestigten Teils desselben, welche an den vorbestimmten Bereich angrenzen und von pulverförmigen Basis- material freigelegt wurden, nach dem selektiven Entfernen mechanisch nachbearbeitet werden. Dies ermöglicht, wie oben be ^¬ schrieben, die Verbesserung der Oberflächengüte des Bauteils, und damit möglicherweise ebenfalls die Bauteilfunktion. In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein pulverbett- basiertes Verfahren, beispielsweise ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen, und das Basismaterial ein pulverförmi- ges Basismaterial, wobei das selektive Entfernen mittels Ab ^¬ saugen des Pulvers durchgeführt wird.

In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein Stereolithogra- phie-Verfahren und das Basismaterial ein flüssiges Basismate ^¬ rial. Gemäß dieser Ausgestaltung, kann das Basismaterial ebenfalls abgesaugt und/oder abgepumpt werden.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Einbringen mindestens eines vorgefertigten Bauteilelements nach dem se ^¬ lektiven Entfernen derart in einen additiven Aufbau bzw. in einen Bereich über der Herstellungsoberfläche, dass das Bau ^¬ teilelement einen durch abgesaugtes Pulver und eine verfes ^¬ tigte Struktur des Bauteils definierten Hohlraum unmittelbar in oder entlang einer Aufbaurichtung begrenzt. Mit anderen Worten kann das Bauteilelement, welches beispielsweise ein (additiv) vorgefertigtes Teil des Bauteils, vorzugsweise aus demselben Material wie das zukünftige Bauteil bestehend, ist, als Brücke einen Hohlraum für das Bauteil begrenzen. Auf die- se Weise kann mit Vorteil auf die Herstellung aufwendiger

Stützstrukturen, welche bei pulverbettbasierten Verfahren bei größeren Überhängen oder Hinterschneidungen notwendig sind, verzichtet werden. In dem Fall, dass der beschriebene Hohl ^¬ raum gemäß der vorbestimmten Geometrie des Bauteils vollstän- dig geschlossen ist, ermöglicht diese Ausgestaltung überhaupt erst die additive Fertigung, da andernfalls durch das be ^¬ schriebene Verfahren keine Möglichkeit besteht, das vorhande ^¬ ne Pulver - ohne eine nachträgliche spanende Bearbeitung - wieder aus dem Hohlraum zu entfernen.

Eine solche spanende Bearbeitung kann jedoch vor einer obligatorischen Wärmebehandlung nach dem additiven Aufbau (Lösungsglühen) aufgrund der während des Aufbaus entstehenden Spannungsverhältnisse im Bauteil kritisch sein und häufig zur Rissbildung oder sogar zur Zerstörung und Ausschuss des Bauteils führen. Nach einer entsprechenden Wärmebehandlung wäre weiterhin das Pulver im Raum schon gesintert, was eine nachträgliche Ent ^¬ fernung der gesinnten Struktur aus dem Hohlraum ebenfalls entscheidend erschwert oder unmöglich macht.

In einer Ausgestaltung berechnet eine Software oder ein Datenverarbeitungsprogramm die Menge des für einen folgenden Beschichtungsvorgang benötigten Basismaterials ausgehend von einem Volumen des zuvor entfernten Basismaterials (Absaugung) automatisch oder halbautomatisch.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das laterale Beschichten der Herstellungsoberfläche mit dem Basismaterial durch eine Beschichtungsvorrichtung, , wobei - abhängig von dem zu beschichtenden Volumen des von der Beschichtungsvorrichtung überstrichenen Bereichs der Herstellungsoberfläche - die Beschichtungsgeschwindigkeit für ein optimales oder vor ^¬ teilhaftes Beschichtungsergebnis angepasst wird. Auf diese Art kann insbesondere das Beschichtungsergebnis und somit möglicherweise die spätere Mikrostruktur oder Oberflächenqua ^¬ lität für das eigentliche Bauteil verbessert werden. Weiter ^¬ hin kann das Fließverhalten des pulverförmigen Basismaterials auf diese Art berücksichtigt und/oder einer fehlerhaften Be- schichtung vorgebeugt werden.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Anpassung der Beschichtungsgeschwindigkeit ebenfalls durch die oben beschriebene Software . In einer Ausgestaltung wird die Beschichtungsgeschwindigkeit für große (vorbestimmte) Schichtdicken oder für große mit Ba ^¬ sismaterial zu bedeckende Volumina oder Hohlräume kleiner ge ^¬ wählt als für - im Verhältnis dazu - kleinere Schichtdicken oder kleinere mit Basismaterial zu bedeckende Volumina.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die additive Herstellung des Bauteils, welche ausgebildet ist, das Basismaterial gemäß dem beschriebenen Verfahren selektiv aus dem vorbestimmten Bereich durch Absaugen zu entfernen.

In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Saugkopf oder eine Düse auf, welche an die Beschichtungsvorrichtung für die additive Herstellung gekoppelt und relativ zu der Herstellungsoberfläche bewegbar ist.

In einer Ausgestaltung ist der Saugkopf sowohl lateral ent- lang der Herstellungsoberfläche als auch senkrecht zu der

Herstellungsoberfläche, bewegbar ist, so dass auch Pulver un ^¬ terhalb der Herstellungsoberfläche entfernt werden kann.

Idealerweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass der Saugkopf jeden (lateralen) Punkt oder Bereich auf der Bau- platte bzw. der Herstellungsoberfläche, d.h. beispielsweise in XY-Richtung erreicht. Zusätzlich kann der Saugkopf vorzugsweise in einen Pulverbereich unterhalb der Herstellungs ^¬ oberfläche, d.h. in Z-Richtung abgesenkt werden, um dort Pul ^¬ ver zu entfernen.

In einer Ausgestaltung ist eine Saugleistung der Vorrichtung ausreichend bemessen, Bauteilelemente bis zu einer vorbe ^¬ stimmten oder kritischen Dicke oder einem kritischen Gewicht des jeweiligen Bauteilelements mittels eines Unterdrucks wäh- rend der additiven Herstellung in einen Aufbau über die Herstellungsoberfläche oder im Bauraum zu bewegen. Vorzugsweise kann ein Bauteilelement von einem Bereich, beispielweise in Aufsicht auf eine Herstellungsoberfläche betrachtet, in dem kein Basismaterial gehalten wird, in einen Bereich oberhalb der Herstellungsoberfläche (über einen Hohlraum) bewegt wer ^¬ den. In diesem Sinne kann die Vorrichtung als

Positioniermittel für Bauteilelemente fungieren.

Die genannte Dicke kann beispielsweise eine Schichtdicke ei- ner aufzutragenden Schicht des Basismaterials oder ein Viel ^¬ faches davon betragen. In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass (zuvor) entfernte Basismaterial über eine Schutzgasab ^¬ saugvorrichtung, aus einem Herstellungs- oder Bauraum für die additive Herstellung zu entfernen.

In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Auffangbehälter auf, in welchem abgesaugtes Basismaterial, beispiels ^¬ weise bis zu einer möglichen Entleerung am Ende der Herstellung des Bauteils, gehalten werden kann.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage für die additive Herstellung, umfassend die Beschich- tungsvorrichtung und die Vorrichtung wie oben beschrieben. Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie ^¬ gend auf das Verfahren beziehen, können ferner die Vorrichtung oder die Anlage betreffen oder umgekehrt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht einer Anlage, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Figur 2 zeigt entsprechend der Darstellung der Figur 1 eine alternative Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Figuren 3 bis 6 deuten jeweils in einer Darstellung analog zu den Figuren 1 und 2 erfindungsgemäße Verfahrensschrit- te an.

Die Figuren 7 und 8 deuten jeweils in einer zu den Figuren 1 und 2 ähnlichen Darstellung Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Figur 9 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des erfindungs ^¬ gemäßen Verfahrens . In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei ^¬ chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein . Figur 1 zeigt eine Anlage 100 zur additiven Herstellung eines Bauteils 3. Die Anlage 100 umfasst eine Vorrichtung 10 zur additiven Herstellung des Bauteils 3.

Bei dem vorliegend anhand der Anlage 100 und der Vorrichtung 10 beschriebenen additiven Herstellungsverfahren für das Bauteil 3 handelt es sich vorzugsweise um ein pulverbett- basiertes Herstellungsverfahren, vorzugsweise um selektives Laserschmelzen, alternativ dazu, um Elektronenstrahlschmelzen oder selektives Lasersintern.

Im unteren Bereich der Figur 1 ist ein Pulverbett mit einem pulverförmigen Basismaterial 1 für das Bauteil 3 (vergleiche Figur 3) gezeigt. Das Basismaterial 1 bildet ein Pulverbett mit einer Herstellungsoberfläche HOB. Oberhalb der Herstel- lungsoberfläche HOB ist die Vorrichtung 10 gezeigt. Die Vor ^¬ richtung 10 ist eine Vorrichtung zum selektiven Entfernen, insbesondere Absaugen von Pulver von Bereichen der Herstellungsoberfläche HOB, um einen additiven Herstellungsprozess für das Bauteil 3 zu vereinfachen oder zu verbessern.

Das Bauteil 3 ist vorzugsweise ein hochtemperaturbeständiges Bauteil, vorzugsweise für den Einsatz im Heißgaspfad einer Gasturbine. Dementsprechend ist das Bauteil 3 vorzugsweise aus einer Nickelbasis- oder Superlegierung hergestellt. Dem- entsprechend ist das Basismaterial vorzugsweise ein Pulver aus einer entsprechenden Legierung. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Saugkopf 12. Der Saugkopf 12 weist vorzugsweise einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser zum Absaugen des Basismaterials oder Pulvers auf, um einer zweckmäßigen räumlichen Auflösung eine entsprechende Saug- leistung (für die Pulverentfernung) zur Verfügung zu stellen. Der Saugkopf 12 ist weiterhin vorzugsweise relativ zu der Herstellungsoberfläche HOB beweglich, d.h. in X, Y und Z- Richtung (vergleiche die Koordinatensysteme unten links im Pulverbett) . Die Z-Richtung beschreibt vorzugsweise eine Auf- baurichtung für das Bauteil (vergleiche Figur 3) .

Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin einen Auffangbehälter 11, in welchem das entfernte oder abgesaugtes Pulver bei ^¬ spielsweise während der Bewegung der Vorrichtung 10 aufgefangen und gehalten werden kann. Das Basismaterial oder Pulver 11, kann anders als in Figur gekennzeichnet, durch eine ent ^¬ sprechende Rohrleitung oder Schläuche in den Auffangbehälter 1 geleitet und beispielsweise durch einen Zyklon darin abge ^¬ schieden werden.

Die Vorrichtung 10 weist vorzugsweise weiterhin ein Beschich- tungswerkzeug oder eine Beschichtungsvorrichtung 20 auf. Insbesondere kann die Vorrichtung 10 mit der Beschichtungsvorrichtung 20 gekoppelt oder einstückig durch diese bereitgestellt sein. Die Beschichtungsvorrichtung 20 kann beispielsweise einen Schieber, eine Rakel, eine Klinge und/oder eine Bürste umfassen oder darstellen.

Alternativ oder zusätzlich könnte die Vorrichtung 10 derart mit der Beschichtungsvorrichtung 20 gekoppelt werden, dass die Vorrichtung 10 dennoch beweglich, beispielsweise in X und/oder Y-Richtung beweglich relativ zu der Beschichtungsvorrichtung ist. Demgemäß könnte die Vorrichtung 10 - ähnlich einer Laufkatze - über eine Schiene beispielsweise in X und/oder Y Richtung verfahrbar sein.

Figur 1 zeigt weiterhin eine Bestrahlungsvorrichtung, vorzugsweise eine Einrichtung zum Exponieren des Pulverbetts mit einem Laser- oder Elektronenstrahl gemäß einer für das Bauteil 3 vorgegebenen Geometrie. Diese Geometrie liegt vorzugs ^¬ weise bereits vor dem Herstellungsprozess in Form von

CAM/CAD-, oder anderen Konstruktionsdaten vor. Ebenso ist das Bauteil im Vorfeld bereits in den Konstruktionsdaten in die einzelnen Bauteilschichten unterteilt ("slicing") .

Durch die vertikale gestrichelte Linie in Figur 1 ist ledig ^¬ lich schematisch angedeutet, dass das Pulverbett am Rand ei- nen Überlauf umfassen kann, in welchen, von der Beschich- tungsvorrichtung 20 bewegtes überschüssiges Pulver entleert werden kann.

Figur 1 zeigt vorzugsweise eine Schnittansicht entlang der XZ-Ebene geschnitten (vergleiche Koordinatensystem unten links) .

Figur 2 zeigt eine alternative Ansicht der Vorrichtung 10. Im Gegensatz zu Figur 1 zeigt die Vorrichtung aus Figur 2 eine an eine Schutzgasabsaugvorrichtung 30 gekoppelte Verbindung, über welche das Pulver 1 beispielsweise aus einem Herstel- lungs- oder Bauraum (nicht weiter gekennzeichnet) entfernt werden kann. Dies geschieht vorzugsweise während einer Bewe ^¬ gung der Beschichtungsvorrichtung 20. Die genannte Verbindung (in der Figur nicht explizit gekennzeichnet) kann einen Win ^¬ kel, insbesondere jede zweckmäßige Form aufweisen, die vor ^¬ teilhaft ist, eine fluidische Kommunikation zwischen dem Saugkopf 12 und der Absaugvorrichtung 30 herzustellen. In der Ausgestaltung der Vorrichtung 10 gemäß Figur 2 kann der in Figur 1 dargestellte Auffangbehälter 11 entbehrlich sein .

Figur 2 zeigt eine Schnitt- oder Seitenansicht entlang der YZ-Ebene geschnitten (vergleiche Koordinatensystem unten links) . Figur 3 zeigt eine Situation der Anlage 100, in welcher bereits ein Bauteil 3 teilweise additiv, das heißt schichtweise durch abwechselndes Beschichten der Herstellungsoberfläche HOB und Bestrahlen der entsprechenden Pulverschicht z. B. durch einen Laserstrahl, aufgebaut wurde. Das Bauteil 3 wur ^¬ de, wie in der additiven Fertigung üblich, auf einer absenkbaren Bauplattform 6 aufgebaut.

Es ist weiterhin gezeigt, dass während einer Bewegung der Vorrichtung 10 entlang einer Beschichtungsrichtung BR (vergleiche nach links gerichteter Pfeil) Basismaterial von der Herstellungsoberfläche HOB oberhalb des Bauteils 3 durch Ab ^¬ saugen entfernt wird. Dies kann auch in mehreren Schritten oder Bewegungen der Vorrichtung 10 erfolgen.

Figur 4 zeigt einen Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, welcher anschließend an die in Figur 3 darge ^¬ stellte Situation, vorzugsweise jedoch nachdem ein kompletter Hohlraum 8 oder abgesaugter Bereich AB von Basismaterial 1 befreit wurde (vergleiche Figur 4), ein Bauteilelement 5 vor ^¬ zugsweise von einem Ort hinter dem beschriebenen Überlauf in einen Bereich oberhalb des Bauteils 3 und vorzugsweise des genannten Hohlraums 8 bewegt wird. Insbesondere wird das Bau ^¬ teilelement entlang einer Rückwärtsrichtung RR, welche der Beschichtungsrichtung BR entgegengesetzt ist, bewegt.

Beim Absaugen, zum Beispiel während der Rückbewegung RR der Beschichtungsvorrichtung 20, kann die Bauplattform 6 weiterhin abgesenkt werden. Auf diese Weise berührt das die Vor- richtung 20, z.B. deren Klinge, nicht die zuletzt hergestell ^¬ te Bauteilschicht.

Da weiterhin, abhängig von der Saugleistung der Vorrichtung 10, nur Pulver aus einer bestimmten Tiefe des Pulverbetts ab- gesaugt werden kann, kann der Saugkopf 12 oder eine entspre ^¬ chende Düse desselben entlang der Z-Richtung beweglich sein und dementsprechend Pulver 1 auch unterhalb der Herstellungs ^¬ oberfläche HOB absaugen. Das Bauteilelement 5 kann aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie der Rest des Bauteils 3 bestehen. Das Bau ^¬ teilelement 5 kann beispielsweise mittels desselben Verfah- rens vorgefertigt sein.

In Figur 5 ist eine Situation gezeigt, in der das Bauteilele ^¬ ment 5 bereits von der Vorrichtung 10 durch einen von dem Saugkopf 12 angewendeten Unterdruck an das Bauteil 3 auf das Bauteil 3 bewegt wurde, derart, dass der Hohlraum 8 vollstän ^¬ dig abgedeckt wird.

Dazu sollte eine Dicke des Bauteilelements 5 nicht zu dick gewählt werden, um auch das Gewicht des Bauteilelements in vertretbaren Grenzen zu halten und es zuverlässig noch durch den Saugkopf 12 ansaugen und bewegen zu können.

Die Dicke D des Bauteilelements 5 kann beispielsweise einem Vielfachen einer Bauteilschichtdicke oder einer entsprechen- den Dicke einer Schicht des Basismaterials entsprechen. Übli ^¬ che Basismaterial-Schichtdicken liegen im Bereich von 20 bis 50 ym. Die Dicke D kann beispielsweise einige Millimeter be ^¬ tragen . Es sei darauf hingewiesen, dass das Ansaugen des Bauteilele ^¬ ments 5 und das Entfernen des Basismaterials 1 von der Her ^¬ stellungsoberfläche HOB für das beschriebene Verfahren einen gekoppelten Vorteil (Synergie) bietet, da nur auf diese Weise ohne eine übermäßig komplizierte Anlagentechnik, geschlossene Hohlräume in additiv gefertigten Bauteilen von Pulver befreit und damit zweckmäßig hergestellt werden können.

Entsprechend kann der Hohlraum 8, welcher neben dem Bauteilelement 5 auch noch von der bis dato aufgebauten Struktur des Bauteils 3 definiert ist, vollständig geschlossen sein (ver ^¬ gleiche Figur 6) . Im Wege der weiteren additiven Fertigung wird nun vorzugsweise eine durch das Bauteilelement 5 gebildete Herstellungs ^¬ oberfläche mit neuem Basismaterial beschichtet (eine Be- schichtung mit neuem Basismaterial ist in den Figuren 3 bis 6 nicht explizit gekennzeichnet) , wodurch der Struktur des Bau ^¬ teils mit zunehmend aufgebauten Schichten mehr Stabilität verliehen werden kann, und so eine Brücke über dem Hohlraum 8 auch nicht Gefahr läuft, zu brechen. Figur 7 zeigt eine Situation, in der eine Herstellungsoberfläche, insbesondere Bereiche an zuletzt verfestigten Stellen des Bauteils 3 von der Vorrichtung (in Figur 7 nicht explizit gekennzeichnet) - wie oben beschrieben - von Basismaterial 1 befreit wurden. Diese Bereiche sind mit AB (abgesaugter Be- reich) gekennzeichnet. Es kann insbesondere zweckmäßig sein, Randbereiche des Bauteils 3 während der additiven Herstellung von Pulver zu befreien, um die Randbereiche mechanisch oder mit dem Laser zu bearbeiten, ohne dass das anliegende Pulver den Prozess beeinflusst.

Figur 8 deutet schematisch an, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung, beispielsweise abhängig vom Fließverhalten des Pulvers in bestimmten Bereichen der Herstellungsoberfläche die Beschichtungsgeschwindigkeit im Gegensatz zu anderen VI- Bereichen verändert werden kann, um ein sauberes bzw. zuverlässigeres Auffüllen, Auftragen oder Beschichten zu gewährleisten .

Mit anderen Worten kann das beschriebene Verfahren das late- rale Beschichten der Herstellungsoberfläche HOB mit Basisma ^¬ terial 1 durch die Beschichtungsvorrichtung 20 umfassen, wobei - abhängig von dem zu bedeckenden Volumen des von der Beschichtungsvorrichtung überstrichenen, lateralen Bereichs der Herstellungsoberfläche HOB - die Beschichtungsgeschwindigkeit (vgl. VI, V2) für ein optimales Beschichtungsergebnis ange- passt wird. Beispielsweise kann für große Schichtdicken oder für große mit Basismaterial 1 zu bedeckende Volumina die Beschichtungs ^¬ geschwindigkeit V2 kleiner gewählt werden als für im Verhält ^¬ nis dazu kleineren Schichtdicken oder kleineren mit Basisma- terial 1 zu bedeckende Volumina, um ein besseres Beschich- tungsergebnis zu erzielen.

Die Beschichtungsgeschwindigkeit kann auch automatisch oder semiautomatisch über eine Software (vergleiche Verfahrens- schritte B in Figur 9) angepasst bzw. herabgesetzt werden.

Insbesondere kann oder sollte ab einem bestimmten abgesaugten Volumen standardmäßig mehrfach beschichtet werden. Ein soge ^¬ nannter „boost factor" in der Software kann die Pulvermenge, die in einem Beschichtungsschritt zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise automatisch anpassen.

Nach dem Auftragen einer neuen Schicht in einem zuvor von Pulver befreitem Bereich, kann vorzugsweise überprüft werden, ob wieder ein gleichmäßiges Pulverbett vorliegt. Dies kann optisch oder durch andere geeignete Mittel erfolgen. Bei ei ^¬ nem negativen Ergebnis kann der Beschichtungsvorgang (vor dem Scannen oder Belichten) wiederholt werden.

Figur 9 zeigt schematisch und möglicherweise unvollständig erfindungsgemäße Verfahrensschritte anhand eines Flussdiag ^¬ ramms .

Das Flussdiagramm umfasst einen Verfahrensschritt a) , welcher einen Beschichtungsschritt, beispielsweise der oben beschrie- benen Herstellungsoberfläche HOB, bezeichnet. Bei diesem

Schritt kann es sich um eine konventionelle oder im Stand der Technik übliche Technik zum Beschichten einer Bauteiloberfläche handeln. Der Verfahrensschritt b) beschreibt ein Belichtung-, Bestrah ^¬ lung-, oder Exponierung mit einem Energiestrahl, beispielsweise einem Laserstrahl, um das Bauteil gemäß seiner vorbe- stimmten Geometrie entsprechend additiv aufzubauen (siehe oben) .

In einem folgenden Verfahrensschritt (nicht explizit in Figur 9 gekennzeichnet) kann eine Datenverarbeitungseinrichtung der Anlage 100 und/oder der Vorrichtung 10, beispielsweise über ein entsprechendes Programm oder eine Software, die Menge des für einen folgenden Beschichtungsvorgang benötigten Basismaterials 1, ausgehend von dem Volumen des zuvor entfernten Ba- sismaterials , 1 automatisch berechnen. Das abgesaugte Volumen erhöht dabei die Pulvermenge, die im folgenden Schritt aufge ^¬ tragen werden muss, es sei denn, das Volumen wurde in einem Zwischenschritt durch das Einlegen eines Bauteilelements - wie oben beschrieben - abgeschlossen. Dieser Aspekt kann durch die beschriebene Software automatisch angepasst werden, beispielsweise indem ein „Verfahrweg" , entlang dem ein Kolben einer Pulverzuführung beispielsweise entlang der Z-Richtung nach oben verfahren wird, jedes Mal über einen entsprechenden Parameter in der Software vergrößert wird. Auch bei anderen Auftragsmechanismen kann die aufgetragene Pulvermenge ent ^¬ sprechend angepasst werden.

Der Verfahrensschritt c) bezeichnet vorzugsweise das selekti ^¬ ve Entfernen des Basismaterials aus vorbestimmten Bereichen der Herstellungsoberfläche, insbesondere zum Befreien von Be ^¬ reichen des Bauteils, welche kein Pulver enthalten sollen, wie oben beschrieben, durch Absaugen.

Als mögliche folgende Verfahrensschritte sind kumulativ oder alternativ die Schritte dl) d2) und d3) in Figur 9 gezeigt.

Schritt dl) deutet einen weiteren Belichtungsschritt (Laser scanning) zum Verfestigen des Basismaterial an (vgl. Schritt b) oben) . Nach dem selektiven Entfernen des Pulvers können im Rahmen der vorliegenden Erfindung also weitere, von Pulver befreite oder tieferliegende, Bereiche belichtet und/oder Um ^¬ geschmolzen werden. Schritt d2) deutet eine mögliche mechanische Nacharbeit von von Pulver freigelegten Seitenflächen des Bauteils an, um, wie oben beschrieben, entsprechende Oberflächeneigenschaften zu verbessern.

Schritt d3) bezeichnet das Einbringen eines Bauteilelements, wie oben beschrieben, insbesondere zum Abdecken eines Hohlraums, sodass vorteilhafterweise in diesem Bereich auf den Aufbau von aufwendigen Stützstrukturen verzichtet werden kann.

Die in dem Flussdiagram der Figur 9 gezeigten Verfahrensschritte können vorzugsweise im Rahmen eines additiven Herstellungsverfahrens iterativ ausgeführt werden.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.