Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sintervorrichtung zur additiven Fertigung metallischer Werkstücke mittels eines Pulverbetts, mindestens umfassend die Bestandteile: a) Bestrahlungseinheit; b) Zuführung für Metallpulver; c) in der Höhe beweglich ausgestaltete Bauplattform, wobei die Bauplattform den Boden des Pulverbetts bildet; d) das Pulverbett zu den Seiten hin begrenzende Prozesskammerwände, wobei die Prozesskammerwände aus Metall und ortsselektiv als Funktion der Höhe vom Bo den der Bauplattform individuell beheiz- und kühlbar ausgestaltet sind, wobei in oder an den Prozesskammerwänden mehrere in der Höhe voneinander beabstandete Temperatursensoren angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer er- findungsgemäßen Vorrichtung zur additiven Fertigung metallischer Werkstücke.

Die additive Fertigung von Werkstücken hat in der Fertigungstechnik in den letzten Jahren einen immer größeren Stellenwert eingenommen. Durch additive Fertigung werden Werkstü cke über sequentielles Hinzufügen von Substanzen, üblicherweise in Schichten, gefertigt. Altbekannte Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Fräsen, Spanen oder Drehen, arbeiten die Form des Werkstücks über Abnehmen von Substanz eines größeren Rohlings heraus. Für die additive Fertigung im industriellen Elmfeld spricht, dass auch für anspruchsvolle Anwen dungen und komplexe Geometrien eine hohe Gestaltungsfreiheit ermöglicht wird. Es können zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten Einzelstücke hergestellt werden, welches letztendlich Lager- sowie Werkzeugkosten spart.

Prinzipiell lassen sich additiv eine Vielzahl unterschiedlicher Substanzen verarbeiten. So werden beispielsweise im Rahmen eines 3D-Drucks Kunststoffe über ihre Schmelztemperatur erhitzt und Schicht- oder punktweise aus einer Düse heraus zum Formkörper extrudiert. Auch Metalle lassen sich additiv verarbeiten. Metalle können beispielsweise in Form eines Pulvers in einem Pulverbett über thermische Verfahren zu Werkstücken gefügt werden. Generell er möglicht die Anwendung pulverbettbasierter, additiver Fertigungstechnologien die Herstel lung höchst komplexer Geometrien, ebenfalls basierend auf einem schichtweisen Materialauf trag. Dieser Prozess kann auch als multilagen Mikroschweißen bezeichnet werden. Während der Fertigung belichtet ein Hochleistungslaser oder Elektronen strahl die zur aktuellen Schicht gehörende Kontur des Bauteils im Pulverbett und schmilzt die betreffende Stelle kurzzeitig lokal auf. Nach jeder Schicht wird das Pulverbett weiter abgesenkt, eine neue Pulverschicht aufgebracht, glattgezogen und erneut lokal bis zur Fertigstellung des Bauteils aufgeschmol zen.

Aktuell können mit diesem Verfahren lediglich Bauteile aus gut schweißbaren Werkstoffen erzeugt werden. Legierungsübergreifend weisen additiv hergestellten Bauteile allerdings so wohl eine kristallographische wie auch eine morphologische Vorzugsrichtung auf.

Eine Vielzahl spröder oder besonders harter Werkstoffe, wie beispielsweise hoch- kohlenstoffhaltiger Stahl, lassen sich durch die additive Fertigung nur schwerlich verarbeiten, da die hergestellten Bauteile üblicherweise Mikro- und/oder Makrorisse direkt nach der addi tiven Fertigung aufweisen. Dies kann unter anderem darauf zurückgeführt werden, dass wäh rend der Verarbeitung durch das rapide Aufheizen und Abkühlen in den Aufschmelzungen sowie in der umgebenden Region große Eigenspannungen induziert werden, welche in uner wünschten Erstarrungs-, Aufschmelz- und Versprödungsrissen resultieren. Letztlich können diese rissbehafteten Bauteile in der Praxis nicht oder nur schwer eingesetzt werden, welches im hohen Maße die Einsatzfähigkeit hergestellter Bauteile beschränkt.

Auch in der Patentliteratur finden sich die unterschiedlichsten Ansätze zur additiven Ferti gung mittels Lasersintern.

So offenbart beispielsweise die EP 1 762122 B2 eine Strahlungsheizung zum Heizen eines Aufbaumaterials in einer Lasersintervorrichtung mit einem flächigen Wärmeabstrahlelement wobei an dem Wärmeabstrahlelement Stromanschlüsse vorgesehen sind, sodass durch das Wärmeabstrahlelement in Flächenrichtung Strom zum Betreiben als Widerstandsheizelement geschickt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabstrahlelement aus einem Materialmit einer geringen thermischen Trägheit besteht und dass das Wärmeabstrahlelement aus einem Material besteht, das bei einer Temperatur von 20°C eine Temperaturleitzahl von mehr als etwa 1,5* 10 ⁴ m ² /s besitzt, wobei das Wärmeabstrahlelement zumindest in einem Abschnitt in Form einer mäanderartigen Flächenbahn ausgebildet ist.

Des Weiteren offenbart die WO 2012 104 536 A2 eine Vorrichtung zum Herstellen oder Auf bauen eines Metallteils durch Sintern und Laserschmelzen, wobei die Vorrichtung einen La serstrahlgenerator umfasst, ein Mittel zum Ablenken des Strahls, um die Oberfläche des her zustellenden Teils abzutasten, und eine Sinterpfanne, die ein Metallpulver enthält, das ver wendet wird, um die Oberfläche des Teils zu bedecken und durch den Laserstrahl geschmol zen zu werden, um das Teil zu verdicken. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie auch mindestens ein Mittel zum Erhitzen von Pulver umfasst, das in einem Bereich der Sin terpfanne durch Induktion enthalten ist.

Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch weiteres Verbesse rungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich der möglichen Qualität, beispielsweise in Form der Rissneigung, der erhältlichen Werkstücke. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekann ten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorlie genden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, welche die Herstellung riss armer Werkstücke innerhalb eines Pulverbettverfahrens aus schwer schweißbaren Werkstof fen ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche, gerichtet auf die erfmdungsgemäße Vorrichtung und die erfmdungsgemäße Verwendung der Vorrich tung. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Be schreibung oder den Figuren angegeben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfmdungsgemäß durch eine Sintervorrichtung zur additiven Fertigung metallischer Werkstücke mittels eine Pulverbetts, welche mindestens die Bestand teile: a) Bestrahlungseinheit; b) Zuführung für Metallpulver; c) in der Höhe beweglich ausgestaltete Bauplattform, wobei die Bauplattform den Boden des Pulverbetts bildet; d) das Pulverbett zu den Seiten hin begrenzende Prozesskammerwände, umfasst, wobei die Prozesskammerwände aus Metall und ortsselektiv als Funktion der Höhe vom Boden der Bauplattform beheiz- und kühlbar ausgestaltet sind, wobei in oder an den Prozesskammerwänden mehrere in der Höhe voneinander beabstandete Temperatursensoren angeordnet sind. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass über oben angegebenen Aufbau makrorissfreie Werkstücke über ein additives Pulverbett-Herstellverfahren erhalten werden können. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein trägt dazu insbesondere der Einsatz von Mantelheizungen bei, durch welche sich das Pulverbett gezielt vorheizen lässt. Die Mantelheizung erwärmt das aufgetragene Metallpulver sowie die herzustellenden Bauteile zusätzlich von den Mantelflä chen in Baurichtung. Somit kann ein Temperaturgradient in der Baurichtung erfolgreich redu ziert werden. Zusätzlich zur Mantelheizung ist die Steuerung und Überwachung der Tempera tur im Pulverbett mittels eines oder mehrerer thermischer Kontaktsensoren oder mittels Thermographie wichtig. Die Sensoren zur Steuerung der Mantelheizung sind direkt im oder am metallischen Mantel angeordnet und können ortsgenau zur aktiven Steuerung und Über wachung der Vorwärmtemperatur des Pulvers beitragen. Die Temperatur des Pulvers kann somit kurz vor dem eigentlichen Sintervorgang auf einen genau festgelegten Wert geregelt werden, sodass sich über diese Regelung die Rissneigung des Materials verringert. Auf diese Art und Weise können selbst schwer zu schweißende Materialien, wie beispielsweise hoch- kohlenstoffhaltige Stähle, innerhalb eines additiven Pulverbettverfahrens verarbeitet werden. Zudem lassen sich über die separat steuerbare Heizung und Kühlung spezifische Temperatur gradienten im Pulverbett einstellen und halten, wobei über die unabhängige Heiz- und Küh lung die Feinjustage deutlich verbessert wird. Ein weiterer Vorteil der Kühlung ergibt sich dadurch, dass das Pulverbett nach Fertigstellung gesteuert und ortsgenau in der Temperatur heruntergefahren werden kann, welches Spannungen im gefertigten Werkstück entgegenwir ken und die Rüstzeiten drastisch verkürzen kann.

Die erfindungsgemäße Sintervorrichtung ist eine Sintervorrichtung zur additiven Fertigung metallischer Werkstücke mittels eines Pulverbetts. Über die erfindungsgemäße Vorrichtung können also mittels eines additiven Fertigungsverfahrens metallische Werkstücke hergestellt werden. Aus der Gruppe der additiven Fertigungsverfahrens wird ein Pulverbettverfahren durchgeführt. Das Verfahren an sich ist dem Fachmann bekannt. Im Rahmen des Verfahrens kann über ein schichtweises Aufträgen eines Metallpulvers und anschließender thermischer Bearbeitung des Metallpulvers an den Stellen, an denen das Werkstück aufgebaut werden soll, eine beliebige Werkstückgeometrie erhalten werden. Metallische Werkstücke sind dabei Werkstücke, welche zu einem überwiegenden Anteil aus Metall bestehen. So kann beispiels weise der Metallgehalt der Werkstücke größer oder gleich 75, des Weiteren bevorzugt größer oder gleich 80 und weiterhin bevorzugt großer gleich 85 Gewichtsprozent betragen.

Die Vorrichtung umfasst eine Bestrahlungseinheit. Über die Bestrahlungseinheit wird Energie ortsgenau in das Pulverbett eingetragen. Die Bestrahlung erfolgt an den Stellen, an denen eine weitere Schicht zu den bisher aufgebrachten Werkstückschichten hinzugefügt werden soll. Dazu wird das Metallpulver im Pulverbett durch die Bestrahlungseinheit an diesen Stellen thermisch aufgeschmolzen. Die Bestrahlungseinheit ist in der Lage, hochenergetische Strah lung auszusenden, welche durch die ortsgenaue Temperaturerhöhung zu einem Verschweißen des Metallpulvers führt. Die Bestrahlungseinheit kann beispielsweise eine Laserquelle, eine Licht- oder aber auch eine Elektronenstrahlquelle umfassen. Des Weiteren kann die Bestrah lungseinheit weitere Aufbauten aufweisen, welche beispielsweise zur Positionierung des energetischen Strahls auf dem Pulverbett beitragen. Des Weiteren kann die Bestrahlungsein heit noch Schutzeinrichtungen, Spiegel, Linsen oder ähnliche Aufbauten aufweisen.

Die Vorrichtung umfasst eine Zuführung für Metallpulver. Die Zuführung für das Metallpul ver dient dem Zweck, lagenweise Metallpulver auf das schon bestehende Pulverbett zu schichten. Das Metallpulver wird also sequenziell aufgetragen und zwischen zwei Auftra gungsvorgängen wird das Pulverbett über die Bestrahlungseinheit bestrahlt. Die Auftragsein richtung ist dazu eingerichtet, dass pro Flächeneinheit des Pulverbetts eine bestimmte Menge an Pulver auf das Pulverbett aufgebracht wird. Die Auftragungseinheit kann zudem dazu ein gerichtet sein, überschüssiges Pulver vom Pulverbett zu entfernen und in einer oder mehreren Ablageeinrichtungen zu lagern. Die Vorrichtung umfasst eine in der Höhe beweglich ausgestaltete Bauplattform, wobei die Bauplattform den Boden des Pulverbetts bildet. Den Boden des Pulverbetts bildet eine Bau plattform, welche in der Höhe beweglich ausgestaltet ist. So ist es beispielsweise möglich, dass die Bauplattform im Zuge der Herstellung abgesenkt wird. Üblicherweise befindet sich die Bauplattform zu Anfang des Herstellungsprozesses in einer erhöhten Position und wird proportional zum weiteren Schichtaufbau durch Ablage von Metallpulver abgesenkt. Dies ermöglicht einen mehr oder weniger konstanten Abstand des Pulverbetts zur Bestrahlungsein heit. Die Bauplattform kann auf ihrer Unterseite noch über weitere technische Einrichtungen, wie beispielsweise eine Beheizung, verfügen. Das Absenken der Bauplattform kann bei spielsweise über einen hydraulischen Stempelmechanismus erfolgen.

Die Vorrichtung umfasst das Pulverbett zu den Seiten hin begrenzende Prozesskammerwän de, wobei die Prozesskammerwände aus Metall und ortsselektiv als Funktion der Höhe vom Boden der Bauplattform beheiz- und kühlbar ausgestaltet sind, wobei in oder an den Prozess kammerwänden mehrere in der Höhe voneinander beabstandete Temperatursensoren ange ordnet sind. Die Prozesskammerwände oder die Mantelflächen können aus Metall bestehen, wenn der Anteil eines Metalls an den Prozesskammerwänden größer oder gleich 75 Ge wichtsprozent ist. Die Prozesskammerwände sind dabei die Wände, welche im direkten Kon takt mit dem Pulverbett stehen. Die Prozesskammerwände sind beheiz- und kühlbar ausgestal tet. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Bereiche der Prozesskammerwände jeweils einzeln über eine Heizquelle mit thermischer Energie versorgt werden können. Die unterschiedlichen Bereiche der Prozesskammerwände können jeweils auch einzeln über eine Kühlung und/oder Heizelemente gesteuert gekühlt werden. Die Beheizung kann dabei so erfolgen, dass jeweils ein bestimmter Höhenabschnitt der Prozesskammerwände über eine separate Heizeinrichtung temperiert werden kann. Somit ergeben sich parallel verlaufende Abschnitte an den Prozess kammerwänden, welche individuell in ihrer Temperatur festgelegt werden können. Als Kon sequenz ergibt sich, dass die entsprechenden Abschnitte im Pulverbett parallel zur Bauplatt form individuell in ihrer Temperatur gesteuert werden können. Mögliche Temperaturbereiche der individuellen Beheizung liegen beispielsweise bei größer oder gleich 200°C, bevorzugt größer oder gleich 400°C, größer oder gleich 600°C und größer oder gleich 850°C. Zur repro duzierbaren Festlegung der Temperaturen in den unterschiedlichen Bereichen des Pulverbetts hat es sich als sehr wichtig herausgestellt, dass Temperatursensoren zur Steuerung der Pul- verbett-Temperaturen eingesetzt werden, welche im direkten mechanischen Kontakt zu den Prozesskammerwänden stehen. Dementsprechend können die Temperatursensoren in oder aber direkt an den Prozesskammerwänden angebracht sein. Die Temperaturen können inso fern sehr direkt gemessen werden und das gesamte System kann deutlich schneller auf Ab weichungen im festgelegten Temperaturprofil reagieren. Dazu weist jede Prozesskammer wand mindestens zwei Temperatursensoren auf, wobei die Temperatursensoren einen unter schiedlichen Abstand zur Bauplattform aufweisen. Erfindungsgemäß kann jede Prozesskam merwand mindestens 5, des Weiteren bevorzugt 10, und weiterhin bevorzugt 15 Temperatur sensoren aufweisen. Neben den Unterschieden im Abstand zur Bauplattform ist es auch mög lich, dass auf einem festgelegten Abstand zur Bauplattform mehrere Temperatursensoren an geordnet sind. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, den thermischen Einfluss des Abstandes zu den weiteren Prozesskammerwänden zu erfassen. Die einzelnen Temperatursensoren kön nen einen gleichen oder aber einen unterschiedlichen Abstand in der Höhe zueinander aufwei sen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Temperatursensoren jeweils einen gleichen Abstand zueinander aufweisen. Dieser Abstand kann beispielsweise 1 cm, 5 cm oder 10 cm betragen. Die Abstände können bevorzugt als Funktion der Größe des Werkstücks oder aber in Abhängigkeit der Dicke der neu aufgebrachten Pulver schichten gewählt werden. Es ist aber auch möglich, dass die Temperatursensoren einen unterschiedlichen Abstand zueinander auf weisen. So können die Abstände im Bereich des Aufschmelzens des Metallpulvers beispiels weise kleiner gewählt werden. Auf diese Art und Weise lassen sich die Temperaturen des Pulverbetts im Bereich des Verschweißens sehr genau steuern. Die Kühlung kann beispiels weise über inerte Gase oder Flüssigkeiten, beispielsweise in Form geschmolzener Feststoffe erfolgen, wobei Führung des Kühlmediums entweder zwischen der Heizung und dem Bau raum oder zwischen Heizung und Umgebung angeordnet sein kann. Innerhalb eines bevorzugten Aspektes der Vorrichtung kann die Sintervorrichtung eine Laser- sinter-Vorrichtung sein. Der Energieeintrag des Lasers lässt sich sehr ortsgenau steuern und in dieser Kombination macht sich eine sehr präzise Steuerung der Temperatur des Pulverbetts im Bereich des Verschweißens vorteilhaft bemerkbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den Fällen eine Lasersinter-Vorrichtung, in denen mindestens 50% der thermischen Energie zum Aufschmelzen des Pulvers über einen Laser bereitgestellt werden.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann die Beheizung der Prozesskammerwände aus der Gruppe bestehend aus Strahlungs-, Induktions-, Widerstands heizungen oder Kombinationen daraus ausgewählt sein. Diese Heizungssysteme haben sich für eine reproduzierbare und schnelle Steuerung der Temperaturen des Pulverbetts als beson ders geeignet herausgestellt. Über diese Typen kann eine sehr gleichmäßige Temperatur des Pulverbetts bereitgestellt werden, welches in einer verbesserten Isotropie der erhältlichen Werkstücke mündet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann die Beheizung der Prozess kammerwände über eine in der Prozesskammerwand außenliegende, bifilar gewickelte Wi derstandsheizung und die Kühlung der Prozesskammerwände über eine innenliegende Flüs sigkühlung erfolgen. Die Kombination aus außenliegender bifilar gewickelter Widerstands heizung mit innenliegender Kühlung hat überraschenderweise zu deutlichen Vorteilen in den erhältlichen Werkstücken geführt. Die bifilare Wicklung der Leiter der Widerstandsheizung kann zur Kompensation elektromagnetischer Felder der Heizung beitragen. Außerdem kann die asymmetrische Wicklung der Heizleiter zur Minimierung des Temperaturgradienten in der Höhe von der beheizten Prozesswand beitragen. Durch die zusätzliche Abschirmung des Me tallpulvers durch das Kühlmedium, beispielsweise in Form geschmolzenen Metalls, Salze oder ionischen Flüssigkeiten, scheinen des Weiteren magnetische Inhomogenitäten weiter abgeschwächt zu werden, welches zu einem noch gleichmäßigeren und abgeschwächten mag- netischen Profil im Pulver des Bauraums beiträgt. Diese Ausgestaltung kann im Gegensatz zu einer außenliegenden Kühlung deutlich vorteilhafter sein. Eine solche Anordnung ist auch nicht naheliegend, da potentiell erst einmal die thermische Last durch das Kühlmedium erhöht wird. Dies ist zum Teil zwar richtig, aber die Vorteile in Bezug auf die magnetischen Effekte und die Vergleichmäßigung der Energieeinstrahlung in das Pulver durch einen dissipativen Effekt des Kühlmediums überwiegen deutlich. Zudem lassen sich durch eine unabhängige Steuerung der Heiz- und Kühlung dynamische Heizprofile etablieren, welche im hohen Maße ortsaufgelöst gesteuert werden können. So können auch stark asymmetrische Bauformen sehr homogen und rissfrei im Pulverbett hergestellt werden.

Innerhalb eines weiter bevorzugten Aspektes der Vorrichtung kann die Bestrahlungseinheit einen Laser und eine fokussierbare IR-Strahlungseinheit umfassen. Zur Vermeidung eines unerwünschten Aufheizens des Prozessraums und spezifischeren Fokussierung der Energie menge auf die wesentlichen Pulverbereiche, hat sich eine fokussierte Top-Heating Einheit mit IR-Strahlern außerhalb der Prozesskammer in Verbindung mit einem Laser als besonders ge eignet herausgestellt. Durch diese Kombination aus IR-Strahler und Laser werden insbeson dere besonders rissfreie Werkstücke erreicht. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein kann dies wahrscheinlich darauf zurückgeführt werden, dass über den größeren Einwirkbereich des IR-Strahlers eine zu große Temperaturdifferenz zu dem Laserspot umgebenen Pulverbett vermieden werden kann. Die Strahlung der IR-Strahlenquelle kann über einen Kollimator parallelisiert und mittels einer oder mehrerer plankonvexer Linsen kann die Positionierung der Strahler außerhalb der Kammer erfolgen. Letzteres kann das Aufheizen der Baukammer als solche minimieren. Als weiterer Vorteil kann sich ergeben, dass die Pulverschicht schräg belichtet werden kann, sodass mithilfe einer definierten Linse das eigentlich elliptische Be lichtungsfeld des IR-Strahlers in seiner Geometrie geändert und beispielsweise zu einem run den Belichtungsfeld geformt werden kann. Hierzu können beispielsweise die Fokussierlinsen in einem wassergekühltem Rahmen platziert werden, welche zudem als gasdichte Abdichtung der Baukammer fungieren kann. Die Leistung der fokussierbaren IR-Strahlungseinheit kann beispielsweise in einem Bereich von 0-20 W/cm ² liegen.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann die in der Höhe beweg lich ausgestaltete Bauplattform mindestens zweiteilig aus einer unteren Plattformheizung und einer oberen, Bauplattform ausgebildet sein, wobei die Abdichtung zwischen Plattformhei zung und Bauplattform über hochtemperaturbeständige Lamellenringe erfolgt, welche zwi schen der Bauplattform und der Plattformheizung angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung hat sich eine flexible Lösung für den unteren Bauraum ergeben, welche gleichzeitig das Vers- intern und Verklemmen von Pulvermaterial zwischen den beiden Aufbauteilen verhindert. Durch die Verwendung eines Lamellenrings kann eine sichere Abdichtung des zwischen Pro zesswand und Bauplattform erreicht werden, sodass das Einrieseln von Metallpulvers in den Spalt Wand und beweglicher Bodenplattform verhindert werden kann. Der Lamellenring dichtet auch unter Bewegung und unter starker Temperaturbelastung mit hohen Anpresskräf ten sicher und besser als beispielsweise die häufig verwendeten Glasfasern. Hochtemperatur beständige Lamellenringe können beispielsweise auf Ni-basis geformt sein oder aus warmfes tem Stahl bestehen. Bevorzugt kann vor Montage der Ring eine elliptische Form aufweisen. Die Platzierung des Lamellenrings ist so gewählt, dass ein einfacher Ein- und Ausbau der separaten Bauplattform erfolgen kann. Darüber hinaus verhindert diese Einbaustelle das Vers- intern und Verklemmen von Pulvermaterial mit dem Lamellenring, sodass unerwünschte Un dichtigkeiten vermieden werden können. Besonders eignet sich dieser Einbauort und die Verwendung eines Lamellenringes in Kombination mit einer inneren Beschichtung der Pro zesswand. Diese beiden Merkmale können insbesondere das Sintern von Pulvermaterial an der Prozesswand vermeiden. Die zusätzliche Beschichtung vermindert die Reibung der Bau plattform und kann hochschmelzend sein, sodass die Versinterung vom Pulvermaterial an der Wand weiter vermieden werden kann. Vorteilhafterweise kann so ein Blockieren oder eine Unregelmäßigkeit in der Hubmechanik vermieden werden. Auch kann die zusätzliche Be schichtung das Fressen des Lamellenrings zur Prozesswand minimieren. Weiterhin kann eine vergleichsweise höhere Spannkraft des Federrings gewählt werden, welches auch während der Auf- und Abkühlphasen eine verlässliche Abdichtung des Bauraums gewährleistet.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung können die Temperatursenso ren unmittelbar an den Außenseiten der Prozesskammerwände angeordnet sein. Neben einer Anordnung der Temperatursensoren in den Prozesskammerwänden kann es des Weiteren vor teilhaft sein, dass die Temperaturen durch Sensoren gemessen werden, welche sich direkt an den Außenwänden der Prozesskammerwände befinden.

Innerhalb einer bevorzugten Charakteristik der Vorrichtung kann die Innenseite der Prozess kammerwände zumindest in Höhe der Temperatursensoren anti-haft beschichtet sein. Überra schenderweise hatte sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Prozesskammerwände eine weitere Beschichtung erhalten. Aufgrund der Beschichtung kann ein Anbacken des Metall pulvers an die Prozesskammerwände verhindert werden. Die weitere Beschichtung kann bei spielsweise einer CoCrMo-Beschichtung bestehen oder diese aufweisen.

Des Weiteren erfindungsgemäß ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur additiven Fertigung metallischer Werkstücke. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich insbesondere vorteilhaft in Pulverbettverfahren nutzen, in welchen metallische Werkstücke hergestellt werden. Die metallischen Werkstücke werden aus Metallpulvern hergestellt, deren thermische Eigenschaften im Vergleich zu den thermischen Eigenschaften anderer Pulver, ungünstiger sind. Insofern kann über die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für diese schwer zu verarbeitenden Metallpulver eine Verbesserung in den Eigenschaften der erhältli chen metallischen Werkstücke erreicht werden. Es können sich rissfreie metallische Werkstü cke ergeben.

Innerhalb einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Her stellung lasergesinterter Werkstücke verwendet werden, wobei die Materialien der lasergesin- terten Werkstücke beispielsweise ausgesucht sind aus der Gruppe bestehend aus hoch- kohlenstoffhaltiger Stahl, Titanaluminide, Eisenaluminide, verschleißbeständige Kobalt- Legierungen, nickelhaltige Werkstoffe. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung können insbesondere bei lasergesinterten Werkstücken eintreten, welche aus schwer schweiß baren Materialien wie beispielsweise hoch-kohlenstoffhaltige Stählen hergestellt werden. Hoch kohlenstoffhaltige Stähle lassen sich aufgrund ihrer Zusammensetzung in vielen Fällen nur ungenügend thermisch verschweißen. Es ergeben sich nach dem Stand der Technik übli cherweise Werkstücke, welcher eine starke Rissbildung zeigen. Mittels der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung können neben thermisch induzierten Spannungen insbeson dere Risse in additiv gefertigten Bauteilen aus oben genannten Materialien vermieden werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände wer den durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung einzuschränken.

Es zeigen die:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems zum Lasersintern;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung mit außenliegender Heizung und innenliegender Kühlung;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung mit zweiteiliger Ausgestal tung der kühl- und heizbaren Bauplattform mit Dichtelementen in Form hochtempe raturbeständiger Lamellenringe.

In der Figur 1 ist ein möglicher Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems schematisch darge stellt. Der Aufbau enthält eine Bestrahlungseinheit 1, 2, 3, welche in diesem Fall aus einem Kollimator und Fokussiereinheit 1, einem XY-Scanner 2 und einem Laserschutzglas 3 be- steht. Die Erzeugung des eigentlichen Laser- oder Elektronenstrahls kann an anderer Stelle erfolgen. Der Laserstrahl wird durch die Bestrahlungseinheit geleitet und kann dann durch das Laserschutzglas 3 auf das Pulverbett 9 ortsselektiv gerichtet werden. Die Vorrichtung weist des Weiteren einen Beschichter 5 auf, welcher das Pulverbett 9 jeweils mit neuen Pulverlagen versieht. Mittels des Beschichters 5 kann überschüssiges Material in Pulver-Überlaufbehälter 4 abtransportiert werden. Das Pulverbett 9 wird nach unten hin durch die Bauplattform 10 und zu den Seiten über die Prozesskammerwände 8 begrenzt. Die Prozesskammerwände 8 weisen in diesem Fall die Temperatursensoren (nicht dargestellt) auf. Mittels der in unterschiedlichen Höhen angeordneten Temperatursensoren kann das aktuelle Temperaturprofil des Pulverbetts

9 gemessen werden. An der Außenseite der Prozesskammerwände 8 sind Wärmequellen 7 angeordnet, welche in Abhängigkeit der Höhe von der Bauplattform 10 das Pulverbett 9 in unterschiedlichen Höhen mit unterschiedlichen Temperaturen aufschlagen können. Das Pul verbett 9 wird an den Seiten durch eine Isolierung 14 begrenzt. Zur thermischen Isolierung des gesamten Aufbaus kann eine Kühlmanschette 6 eingesetzt werden, welche beispielsweise über eine Wasserkühlung verfügt. Die Wand ist zudem kühlbar 16 ausgestaltet, wobei die Kühlung zwischen Heizelementen 7 und Pulverbett 9 liegt. Die Bauplattform 10 kann bei spielsweise über eine Plattformheizung 11 verfügen, welche zusammen mit der Bauplattform

10 über einen hydraulischen Stempel 12 in der Höhe verfahrbar ausgestaltet ist. Der Stempel 12 kann beispielsweise über eine Isolierung 13 verfügen. Am Start der Herstellung eines me tallischen Werkstücks befindet sich die Bauplattform 10 im oberen Bereich der Vorrichtung. Es wird sequenziell über den Beschichter 5 eine vordefinierte Pulverschichtdicke auf die Bauplattform 10 abgelegt, welche dann über die Bestrahlungseinheit 1, 2, 3 beispielsweise mit Laserlicht bestrahlt wird. Das Pulverbett 9 wird ortsselektiv bestrahlt und an diesen Stel len wird das Metallpulver aufgeschmolzen. Nach der orts selektiven Bestrahlung wird die Bauplattform 10 abgesenkt und über den Beschichter 5 wird eine neue Pulverschicht aufge- tragen. Auf diese Art und Weise wird additiv ein metallisches Werkstück gefertigt. Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung mit Fokus auf die Anordnung der Heiz- 7 und Kühlelemente 15. In dieser Figur ist dargestellt, dass die Heiz elemente 7 eine in Bezug auf den Bauraum 9 außenliegende Heizung 7 darstellen. Näher zum Bauraum 9 angeordnet ist die innenliegende Kühlung 15. Beide Temperierkreisläufe sind in die Seitenwände der Vorrichtung integriert. Bevorzugt kann der Kühlkreislauf 15 mittels ei nes flüssigen Temperiermittels betrieben werden, welches vorzugsweise in der Lage ist, mag netische Ströme, welche durch die Heizung verursacht werden könnten, noch weiter zu zer streuen. Die magnetischen Ströme durch eine Induktionsheizung 7 können beispielsweise dadurch verringert werden, indem die zur Wärmeerzeugung nötigen Stromleitungen bifilar in der Bauraumwand angeordnet werden. Durch die Heizung 7 und Kühlung 15 lassen sich un terschiedliche Höhenbereiche des Pulverbetts im Bauraum sehr genau in der Temperaturver teilung steuern. Zudem kann über die Kühlung 15 eine Verbesserung der Rüstzeiten erreicht werden. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass die Kühlung über eine Gaskühlung 16 be reitgestellt wird, welche bezogen auf die Heizelemente 7 weiter vom Bauraum entfernt ange- ordnet ist. Zusätzlich ist in der Figur dargestellt, dass neben den Bauraumwänden auch der Boden der Vorrichtung geheizt und gekühlt werden kann. Diese Temperierung kann sowohl über eine Flüssigkeits- wie auch über eine Gaskühlung erreicht werden.

Die Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung mit zweiteiliger Bauplattform 17, 18. Die untere Plattformheizung 17 der Bauplattform kann sowohl über kühl- wie auch über Heizmittel verfügen und kann über das Dichtelement 19 in Form hoch temperaturbeständiger Lamellenringe 19 gegenüber der eigentlichen oberen Bauplattform 18 abgedichtet sein. Die obere Bauplattform 18 trägt das eigentliche Pulverbett. In dieser Figur sind zudem die Seitenwände 8 des Bauraumes 9 dargestellt.