Pulverbettmaschine sowie Verfahren zur Erfassung der Prozess ^¬ daten eines Fertigungsprozesses in einer Pulverbettmaschine

Die Erfindung betrifft eine Pulverbettmaschine mit einer Verteilvorrichtung, welche mit Prozessmaterial zu bestücken ist und welche innerhalb des Fertigungsprozesses einen Rest ^¬ pulvertank aufweist, welcher überschüssiges Prozessmaterial aufnimmt, sowie ein Verfahren zur Erfassung der Prozessdaten eines Fertigungsprozesses in einer Pulverbettmaschine.

Die laufende Überwachung von Pulverbettprozessen, insbesondere dem selektiven Laserschmelzen, ist heute nur schwach automatisiert. Es gibt zahlreiche Fehlermöglichkeiten, die bisher nicht erkannt und ausgeschlossen werden können. Zu den zahlreichen Fehlermöglichkeiten gehören unter Anderem, dass sich der Pulvervorrat während des Bauauftrags erschöpft. Dies kann unter Umständen zu einem unerkannten Prozessabbruch führen. Zudem kann die Verwendung eines falschen Pulvers für den vorgesehenen Bauauftrag nicht ausgeschlossen werden. Dies gilt auch für die Verwendung falscher Bauplatten. Zudem kann es zu Störungen bei der Beschichtung kommen, die durch eine nicht automatisierte Überwachung und zu spät erkannt werden.

Diese Fehlermöglichkeiten werden bisher dadurch minimiert, dass die Bauvorbereitung und -Überwachung durch qualifiziertes Personal durchgeführt wird. Ergänzt wird diese Maßnahme durch Checklisten und Prozessbeschreibungen.

Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung da ^¬ rin, eine Pulverbettmaschine zu schaffen, deren Fertigungs ^¬ prozesse in einem automatisierten Prozess überwacht werden können, sowie ein Verfahren zur Erfassung der Prozessdaten eines Fertigungsprozesses in einer solchen Pulverbettmaschine zu benennen . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pulverbettma ^¬ schine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 ge ^¬ löst . Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Pulverbettma ^¬ schine mit einer Verteilvorrichtung gelöst, welche mit Pro- zessmaterial zu bestücken ist und welche innerhalb des Ferti ^¬ gungsprozesses einen Restpulvertank aufweist, welcher überschüssiges Prozessmaterial aufnimmt. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Pulverbettmaschine auf Füßen positioniert ist, wobei in den Füßen Wägezellen angeordnet sind.

Die Verwendung von Wägezellen in den Füßen der Maschine erlaubt, die absolute Befüllung der Vorratsbehälter zu erfassen, genauso wie die Verschiebung des Schwerpunktes während des Druckvorgangs. Insbesondere bei Metallpulvern erlaubt das Verhältnis von Materialgewicht zum Maschineneigengewicht eine gute Erfassungsmöglichkeit durch gängige Sensoren. Ferner ist die Erfassung der Gewichtsänderung durch den Einbau einer Bauplatte oder von Anbauteilen möglich. Durch die Nutzung der Gewichtswerte und den entsprechenden Engineering-Daten (Bauparameter, Auftragsdaten usw.) ist es möglich, verschiedene Informationen über den Fertigungsprozess zu erhalten.

Es ist nun möglich, zu ermitteln, ob die eingefüllte Pulver- menge für den geplanten Bauauftrag ausreicht oder ob das ein ^¬ gefüllte Material den für das Bauteil spezifizierten Materia ^¬ lien entspricht. Dies könnte beispielsweise über eine Plausi- bilitätsprüfung erfolgen. Es kann zudem bestimmt werden, ob das Verhältnis aus nachge ^¬ fülltem Material und vorhandenem Material, welches anhand der Restmenge im Vorratsbehälter bestimmt werden kann, zulässig ist beziehungsweise ob weitere Prozessschritte benötigt wer- den. Des Weiteren kann bestimmt werden, ob das Gewicht der Bauplatte dem für den Bauauftrag spezifizierten Material ent ^¬ spricht oder ob vorgesehene Anbauteile montiert sind. Aus dem dynamischen Verlauf während des Bauprozesses können durch die Schwerpunktsverschiebung weitere Schlüsse gezogen werden. Es kann zum Einen bestimmt werden, ob die Schwerpunktsverschiebung mit der geplanten Schichtdicke korreliert oder ob die Schichtdicke über den Bauprozess driftet. Zum An- deren kann ermittelt werden, ob ein unerwünscht hoher Anteil des eingesetzten Pulvers statt des Bauzylinders den Restpul ^¬ verbehälter erreicht.

Der Kern der Erfindung besteht darin, die Fertigungsprozesse in einer Pulverbettmaschine anwenderfreundlich zu überwachen, ohne wesentliche Änderungen an der Maschine durchzuführen zu müssen. Die erfindungsgemäße Pulverbettmaschine liefert Pro ^¬ zessdaten, die in einem automatisierten Prozess bereitgestellt werden und so zur Qualitätssicherung des Maschinenbe- triebs einen wesentlichen Beitrag leisten.

Mit diesem Ansatz ist mit vergleichsweise geringem Aufwand eine auch nachträgliche Automatisierung des Prozessablaufs bei SLM-/EBM-Maschinen möglich.

Eine Fortführung des erfindungsgemäßen Konzepts sieht vor, dass oberhalb der Verteilvorrichtung ein Pulvertank angeordnet ist. Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Konzepts kann darin bestehen, dass unterhalb der Verteilvorrichtung ein Vorratszylinder angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kon- zepts kann darin bestehen, dass die Pulverbettmaschine min- destens zwei Füße mit jeweils einer Wägezelle aufweist. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass ein Fuß mit Wägezelle unterhalb des Pulvertanks bezie ^¬ hungsweise des Vorratszylinders angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass ein weiterer Fuß mit Wägezelle unterhalb des Restpulvertanks angeordnet ist.

Eine darüber hinausgehende vorteilhafte Ausführung der Erfin ^¬ dung kann vorsehen, dass mindestens ein weiterer Fuß mit Wägezelle so unter der Pulverbettmaschine angeordnet ist, dass dieser Fuß mit Wägezelle in Bezug auf die anderen Füße mit Wägezelle außerhalb der Prozessrichtung positioniert ist.

Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass in Prozessrichtung vor dem Restpulvertank ein Bauzylinder angeordnet ist, um das hergestellte Produkt während des Fertigungsprozesses aufzunehmen.

Eine voreilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Konzepts kann darin bestehen, dass die Wägezellen nachrüstbar sind.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem durch ein Verfah ^¬ ren zur Erfassung der Prozessdaten eines Fertigungsprozesses in einer erfindungsgemäßen Pulverbettmaschine gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bestimmung der Befüllung im Vorratsbehälter mit Prozessmaterial zu Beginn des Fertigungspropzesses ;

Bestimmung der Befüllung im Restpulvertank mit Prozessmaterial am Ende des Fertigungsprozesses;

Vergleich der ermittelten Messwerte mit bereits vorhandenen Messwerten für den speziellen Fertigungsprozess .

Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass zur Vorbereitung des Ferti- gungsprozesses in der Pulverbettmaschine der Schwerpunkt vor Beginn des Einrichtens der Pulverbettmaschine bestimmt wird.

Eine spezielle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass nach Ende des Einrichtens der Pul ^¬ verbettmaschine der Schwerpunkt bestimmt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass die ermittelten Messwerte mit der zu erwartenden Schwerpunktsverschiebung bei korrekter

Montage der für den Fertigungsprozes s nötigen Anbauteile ver ^¬ glichen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass aus dem dynamischen Verlauf während des Bauprozesses über die Schwerpunktsverschiebung ermittelt wird, ob diese mit der geplanten Schichtdicke des Produkts korreliert. Eine spezielle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass aus dem dynamischen Verlauf während des Bauprozesses über den Anteil des eingesetzten Pulvers, der im Restpulvertank gesammelt wird, ermittelt wird, ob der Prozessablauf ordnungsgemäß ist.

Die erfindungsgemäße Pulverbettmaschine weist eine Verteil ^¬ vorrichtung auf, die den Durchlauf eines Fertigungsprozesses ermöglicht. Die Verteilvorrichtung wird mit Prozessmaterial aus einem Vorratsbehälter bestückt. Der Vorratsbehälter kann in einer ersten Variante als Pulvertank ausgebildet sein, der oberhalb der Verteilvorrichtung in der Pulverbettmaschine po ^¬ sitioniert ist. In einer zweiten Variante kann der Vorratsbe ^¬ hälter als Vorratszylinder ausgebildet sein, der unterhalb der Verteilvorrichtung angeordnet ist.

Die Pulverbettmaschine weist außerdem einen Restpulvertank auf, der überschüssiges Prozessmaterial aufnimmt und in Pro ^¬ zessrichtung nach einem Bauzylinder angeordnet ist, in wel- ehern das Produkt hergestellt wird. Der Bauzylinder ist in Prozessrichtung nach dem Vorratsbehälter und vor dem Restpulvertank positioniert. Die erfindungsgemäße Pulverbettmaschine steht auf mindestens zwei Füßen, die jeweils mit einer

Wägezelle ausgebildet sind. Der eine Fuß mit Wägezelle ist vorzugsweise am Prozessanfang positioniert, das heißt, unter ^¬ halb der Vorratsbehälter. Der Vorratsbehälter ist vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet, das heißt, er befindet sich im Wesentlichen oberhalb des ersten Fußes. Der eine weitere Fuß mit Wägezelle ist am Prozessende positioniert, das heißt, er ist unterhalb des Restpulvertanks angeordnet. Über die ge ^¬ nannten Erweiterungen kann zusätzlich auch teilweise die Einrichtung der Pulverbettmaschine z. B. mit Anbauteilen erfasst und überwacht werden.

Weitere Ausführungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung erläutert .

Dabei zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung einen prinzipiellen Aufbau einer Pulverbettmaschine aus dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Pulverbettmaschine .

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Pulverbettmaschine 1 mit einer Verteilvorrichtung 2, die den Durchlauf eines Fertigungsprozesses ermöglicht. Die Verteilvorrichtung 2 wird mit Prozessmaterial aus einem Vorratsbehälter bestückt. Der Vorratsbehälter kann in einer ersten Variante als Pulvertank 3 ausgebildet sein, der oberhalb der Verteilvorrichtung 2 in der Pulverbettmaschine 1 positioniert ist. In einer zweiten Variante kann der Vorratsbehälter als Vorratszylinder 4 ausgebildet sein, der unterhalb der Verteilvorrichtung 2 angeordnet ist. Die Pulverbettmaschine 1 weist außerdem einen Restpulvertank 5 auf, der überschüssiges Prozessmaterial auf- nimmt und in Prozessrichtung nach einem Bauzylinder 6 angeordnet ist, in welchem das Produkt hergestellt wird. Der Bau ^¬ zylinder 6 ist in Prozessrichtung nach den Vorratsbehältern und vor dem Restpulvertank 5 positioniert. Die Pulverbettma ^¬ schine 1 kann auf Füßen 7 angeordnet sein.

In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Pulverbettmaschine 8 dargestellt. Die erfindungsgemäße Pul ^¬ verbettmaschine 8 weist eine Verteilvorrichtung 9 auf, die den Durchlauf eines Fertigungsprozesses ermöglicht. Die Verteilvorrichtung 9 wird mit Prozessmaterial aus einem Vorratsbehälter bestückt. Der Vorratsbehälter kann in einer ersten Variante als Pulvertank 10 ausgebildet sein, der oberhalb der Verteilvorrichtung 9 in der Pulverbettmaschine 8 positio ^¬ niert ist. In einer zweiten Variante kann der Vorratsbehälter als Vorratszylinder 11 ausgebildet sein, der unterhalb der Verteilvorrichtung 9 angeordnet ist. Die Pulverbettmaschine 8 weist außerdem einen Restpulvertank 12 auf, der überschüssiges Prozessmaterial aufnimmt und in Prozessrichtung nach ei ^¬ nem Bauzylinder 13 angeordnet ist, in welchem das Produkt hergestellt wird. Der Bauzylinder 13 ist in Prozessrichtung nach dem Vorratsbehälter und vor dem Restpulvertank 12 positioniert. Die erfindungsgemäße Pulverbettmaschine 8 steht auf mindestens zwei Füßen 14, die jeweils mit einer Wägezelle 15 ausgebildet sind. Der erste Fuß 14 mit Wägezelle 15 ist vor ^¬ zugsweise am Prozessanfang positioniert, das heißt, unterhalb der Vorratsbehälter. Der Vorratsbehälter ist vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet, das heißt, er befindet sich im We ^¬ sentlichen oberhalb des ersten Fußes 14. Der eine weitere Fuß 14 mit Wägezelle 15 ist am Prozessende positioniert, das heißt, unterhalb des Restpulvertankes 12.

Die erfindungsgemäße Pulverbettmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine einfache und automatisierte Bestimmung des Befüllgrades der Vorratsbehälter Prozessdaten für den jeweiligen Fertigungsprozess ermittelt werden, die die Quali ^¬ tätssicherung des hergestellten Produkts sicherstellen. Mit diesem Ansatz ist mit vergleichsweise geringem Aufwand eine, auch nachträgliche Automatisierung der Prozessüberwachung bei SLM-/EBM-Maschinen möglich. Über die genannten Erweiterungen kann zusätzlich auch teilweise die Einrichtung der Pulverbettmaschine z. B. mit Anbauteilen erfasst und überwacht wer ^¬ den .

Bezugszeichenliste

1 Pulverbettmaschine

2 VerteilVorrichtung

3 Pulvertank

4 Vorratszylinder

5 Restpulvertank

6 Bauzylinder

7 Fuß

8 Pulverbettmaschine

9 VerteilVorrichtung

10 Pulvertank

11 Vorratszylinder

12 Restpulvertank

13 Bauzylinder

14 Fuß

15 Wägezelle