EP4326467A1 - Technik zum entfernen von pulver und/oder partikeln aus einem pulverbett - Google Patents

Technik zum entfernen von pulver und/oder partikeln aus einem pulverbett

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Publication number
EP4326467A1
EP4326467A1 EP22724015.7A EP22724015A EP4326467A1 EP 4326467 A1 EP4326467 A1 EP 4326467A1 EP 22724015 A EP22724015 A EP 22724015A EP 4326467 A1 EP4326467 A1 EP 4326467A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
powder
chambers
chamber
supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22724015.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel KOPSCHINSKI
Christian Mueller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon SLM Solutions AG
Original Assignee
Nikon SLM Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon SLM Solutions AG filed Critical Nikon SLM Solutions AG
Publication of EP4326467A1 publication Critical patent/EP4326467A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for removing powder and/or particles from a powder bed.
  • the technology presented can be used in particular in connection with selective electron beam melting, selective laser melting or selective laser sintering in order to remove a defined quantity of powder from the powder bed.
  • an initially amorphous or shape-neutral molding compound of a raw material e.g. a raw material powder
  • a carrier e.g. a carrier
  • site-specific irradiation e.g. by fusing or sintering
  • the irradiation can take place by means of electromagnetic radiation, for example in the form of electron or laser radiation.
  • the molding composition can initially be present as granules , as a powder or as a liquid molding composition and as a result of the irradiation can be solidified selectively or, to put it another way, site-specifically.
  • the molding compound can, for example, comprise ceramic, metal or plastic materials and also material mixtures thereof.
  • a variant of generative layer construction methods relates to the so-called laser beam melting in the powder bed, in which particularly metallic and/or ceramic raw material powder materials are solidified to form three-dimensional workpieces under the irradiation of a laser beam.
  • raw material powder material in the form of a raw material powder layer to a carrier and to selectively and in accordance with the geometry of the work piece layer to be produced.
  • the laser radiation penetrates into the raw material powder material and solidifies it, for example as a result of heating, causing melting or sintering. If a workpiece layer has solidified, a new layer of unprocessed raw material powder material is applied to the workpiece layer that has already been produced.
  • Known coater arrangements or powder application devices can be used for this purpose. This is followed by renewed irradiation of the now uppermost and still unprocessed raw material powder layer.
  • At least two materials can be combined in one construction job, so that a workpiece can be produced which consists of these at least two materials. This is done in particular by the alternating application of the powder layers of the different materials. If the individual materials are applied over the entire layer, the unsolidified part of the previous powder layer of the other material must be removed before each new coating. It is desirable to remove the powder from the previous layer as completely as possible in order to avoid contamination of the subsequently newly applied powder.
  • this step is usually carried out undefined and with loss of powder.
  • a technique is therefore desirable which enables a defined and reliable powder removal.
  • the object of the invention is therefore to provide a technique for removing powder and/or particles from a powder bed which solves at least one of the problems outlined above or a problem related thereto.
  • the invention therefore relates to a device for removing powder and/or particles from a powder bed.
  • the device comprises a rotatably mounted roller with a porous outer wall and a plurality of chambers formed within the roller.
  • the device also includes a connection for the vacuum supply, which is set up to supply at least one of the chambers with a vacuum at a given point in time.
  • the at least one of the chambers has an opening which is suitable for supplying the chamber with the negative pressure.
  • the powder bed can be one or more layers of raw material powder, which have been applied to a carrier, in particular for the purpose of selective laser melting or selective laser sintering.
  • the powder can include, for example, a metal powder, a ceramic powder and/or a plastic powder.
  • the device can be set up to remove different types of powder and in particular powder from different materials. The removal can be done in layers.
  • the roller can be rotatably mounted in such a way that it can rotate relative to a holder of the roller.
  • the device may comprise a drive arranged to cause the rotation (rotation) of the roller.
  • an electrically operated actuator can be provided for this purpose, for example a servomotor or a stepping motor.
  • the roller can be set in motion by means of an overpressure and/or underpressure, in which case the connections for underpressure or overpressure described below can be used.
  • the roller can be rolled mechanically over the powder bed, with the rotational movement being brought about by the friction between the powder bed and/or a building chamber floor extending next to the powder bed on the one hand and the roller on the other hand.
  • a control unit can be provided which controls the electric drive.
  • the controller can be configured to drive the roller at an adjustable rotational speed.
  • the device can comprise a horizontal movement device which is set up to move the roller horizontally over the powder bed (translational movement ). In this way, the roller can perform a rotational movement and a translational movement.
  • the horizontal movement device can, for example, comprise an electrical actuator (e.g. motor).
  • the horizontal movement device can also be controlled by the control unit.
  • the control unit can be configured in such a way that it adjusts the rotational movement of the roller and the translational movement of the roller in such a way that the translational movement corresponds to the rotational movement on the outer wall of the roller. In this way, the roller can remove as thick a layer of powder as is adhered to the roller by suction. Furthermore, the control unit can also control the rotation of the roller faster or slower, as a result of which different rotational speeds in relation to the translational speed are possible. In this way, the amount of powder that is taken from the powder bed by the roller can be adjusted.
  • the device may comprise a vertical movement device for adjusting a vertical position of the roller.
  • the vertical position corresponds to a height above the powder bed.
  • the vertical movement device can preferably also be controlled by the control unit.
  • the controller may be configured to adjust a vertical position of the roller such that a height of a bottom of the roller corresponds to a height of the powder bed.
  • the height of the roller thus corresponds to a height below which the roller rolls or would roll over the powder bed. In other words, the roller rests on the powder bed.
  • the vertical position of the roller can also be adjusted in such a way that there is a constant and predetermined distance between the roller and the powder bed during operation of the roller. In this case, the suction force of the roller can suck in the powder over this distance. A further setting of the suction power is possible by regulating the vacuum generation.
  • the above and the following statements also apply to the suction of particles (particularly melt spatter) from the top of the powder bed.
  • the roller can be configured in such a way that it can remove not only powder but also larger particles from the surface of the powder bed. Furthermore, it is conceivable that a height of the roller and/or a suction force is adjusted in such a way that the roller primarily or even exclusively removes larger particles (ie particles larger than the powder used) from the surface of the powder bed.
  • the porous outer wall of the roller is porous to the extent that it allows a certain amount of gas to pass through, but is not permeable to powder and/or particles (above a certain diameter).
  • a smallest diameter of the powder can be 5 to 30 ⁇ m, for example.
  • the outer wall of the roller can be designed to have a pore size of less than 10 ⁇ m or less than 5 ⁇ m. Generally speaking, the pore size of the roller can be chosen in such a way that it does not let through the powder used.
  • the roller can have a type of surface filter as a porous outer wall, in particular a membrane or a coated fabric.
  • the roller can have several layers, such as a support grid underneath the outermost layer and/or a coarse-pored structure, such as a sponge structure, for homogeneous pressure distribution on the outer wall.
  • the majority of the chambers formed within the roller are firmly connected to the roller.
  • the plurality of chambers are rigidly connected to the roller in that rotational movement (ie rotational movement) of the roller causes rotational movement of the chambers therein.
  • the majority of the chambers formed within the roller can be connected to the roller in a torque -proof manner.
  • the chambers thus rotate with the roller.
  • the fixed connection therefore does not mean that the inner walls of the chambers have to be mechanically connected to the outer wall of the roller (for example by welding, gluing, etc.). Rather, the fixed connection simply means that there is a rigid mechanical coupling between the roller and the chambers.
  • the roller can also be movable independently of the chambers; in particular, the chambers can be designed non-rotatably in this case. In this case the roller is rotated over the chambers.
  • the roller may also be formed from a sheet of flexible media driven across the chambers. A supporting lattice structure can also be provided for this purpose, over which the web is moved.
  • a roller within the meaning of this application does not necessarily have to have a cylindrical shape, but can also have a polygonal cross-section, for example, or in the case of a material web it does not have to have a fixed shape on its own, but rather this is determined by the type of On ⁇ voltage received.
  • the openings of the one or more chambers can be provided, for example, in the form of circular holes.
  • the openings of the chambers can each be located in a respective wall of the chamber that is not formed by the porous outer wall of the roller.
  • the openings of the chambers can be located, for example, in a wall of the respective chamber, which delimits the elongated chamber at one end.
  • a centrally arranged hollow shaft can be provided.
  • Each of the chambers can have one or more (for example two ) openings.
  • the device also includes a connection for supplying a vacuum, which is set up to supply at least one of the chambers with a vacuum at a given point in time.
  • the vacuum is supplied via the opening of the respective chamber.
  • the connector may include a tube or hose.
  • the connection can be designed in such a way that it contacts the opening of the respective chamber at the given point in time.
  • the term "given point in time” is to be understood here as meaning that it is any point in time during a rotary motion of the roller. In this respect, the "given point in time” defines a snapshot and there are, for example, previous and subsequent points in time in which another of the plurality of chambers can be contacted.
  • the negative pressure can be suitable for sucking powder from the powder bed onto the porous outer wall of the roller.
  • the chambers can extend along an axis of rotation of the roller and each of the chambers can be defined by a portion of the porous outer wall.
  • the chambers are preferably defined by a volume and by walls (chamber walls) delimiting this volume. A portion of these chamber walls is formed by the porous outer wall of the roll as defined above.
  • each of the chambers can have a wall that represents a section of the porous outer wall.
  • one or more partition walls can be provided which delimit the plurality of chambers from one another.
  • the chambers can thus be elongated along the axis of rotation of the roller.
  • Each of the chambers may have a porous outer wall running along the axis of rotation.
  • the diaphragm chamber is then wall by the porous outer on the one hand, and a solid wall on the other hand limited, which can rest directly on the porous outer wall.
  • the fixed wall can preferably be stationary and the porous roller can be moved past the fixed wall.
  • the aperture chamber can have an extent of more than 0.5 cm, in particular more than 1 cm, in particular more than 3 cm, along the circumference of the roller. This can result in a lower negative pressure prevailing in the center of the diaphragm chamber than in an adjoining chamber.
  • the device may further comprise a suction device for sucking off powder picked up by the roller, the suction device being arranged opposite one of the chambers of the roller which is not supplied with the vacuum at the given time.
  • the suction device can, for example, comprise an opening for sucking off the powder from the roller. Furthermore, the suction device can be connected to a device for generating a negative pressure. This can, for example, be the same device that provides the negative pressure for the at least one chamber of the roller.
  • the device can also comprise a collection container for collecting the powder sucked off by the suction device. Furthermore, the device can comprise a separating device for separating the sucked-up powder from the gas flow. The separated powder can be fed into the collection container. Furthermore, the collection container can also be formed by an overflow container provided in the production device (system) containing the suction device for receiving too much powder applied during layer production.
  • the device can include a brush or scraper. The brush or the scraper is set up to detach the powder sucked onto the roller from the latter again so that it can be sucked off by the suction device.
  • connection for the vacuum supply can be permanently connected to a holder of the roller.
  • the chambers can be non-rotatably connected to the roller and each chamber can have an opening suitable for supplying the chamber with a positive pressure or a negative pressure.
  • the supply and the chambers can be designed in such a way that the chambers are supplied with the vacuum during the rotation of the roller.
  • the device can also include a connection for the overpressure supply, which is set up to supply at the given point in time at least one of the chambers, which is not being supplied with the underpressure at the given point in time, with an overpressure via its opening.
  • connection for the overpressure supply can be permanently connected to the roller holder.
  • the supply and the chambers can be designed in such a way that the chambers are alternately supplied with negative pressure and positive pressure during the rotation of the roller.
  • the chamber that is supplied with excess pressure at the given point in time can be located opposite the suction device. In this way, the powder is, so to speak, blown from the roller into the suction device. New powder can now be sucked in and taken up by means of the vacuum on the roller that has thus been freed from powder.
  • connection for the overpressure supply and the connection for the underpressure supply can be firmly connected to a holder of the roller and configured such that the chambers are alternately supplied with the overpressure and the underpressure during the rotation of the roller.
  • the rotary movement of the roller takes place relative to the connection for the vacuum supply and, if present, to the connection for the overpressure supply.
  • the alternating supply of positive and negative pressure means that any selected chamber is supplied with negative pressure at a given point in time, with positive pressure at a later point in time and then again with negative pressure, etc.
  • the device can be designed in such a way that during the rotation of the roller the opening of a chamber is contacted once by the connection to the vacuum supply, so that the respective chamber is supplied with the vacuum and is contacted once by the connection of the overpressure supply, so that the respective chamber ⁇ mer with the overpressure is supplied.
  • the device can also be designed in such a way that one chamber has a number of different connections for supplying underpressure and supplying overpressure.
  • the roller can be in the form of a cylinder and the opening or openings can be provided in a base area of the cylinder.
  • the opening or openings can thus be provided at a first end of the roller in the base.
  • a further opening can be provided in a further (opposite) base of the cylinder for each of the chambers.
  • the openings can be provided in the porous outer wall of the cylinder. They therefore point radially outwards.
  • the connections can be installed in the flattening of the roller and point radially inward.
  • the openings of the chambers can be directed radially inwards (towards the axis of rotation of the roller).
  • an inner axis rigidly connected to the flap can be provided, in which a cavity for the vacuum runs.
  • the connection for the vacuum can thus point radially outwards.
  • a flea space for the excess pressure can run in the axis.
  • the connection for the excess pressure can thus point radially outwards.
  • the openings for negative and positive pressure can also be provided on several of the above conditions Wandun.
  • the openings for the negative pressure can be provided in other or the same walls as different openings for the positive pressure.
  • the openings for the vacuum can be provided in the base of the roller cylinder on a first radius, different openings for the positive pressure can be provided in the base of the roller cylinder on a second radius.
  • At least three chambers can be formed within the roller, with at least one chamber always being supplied with negative pressure and at least temporarily two chambers being supplied with negative pressure.
  • At least three chambers can be formed within the roller, with the optional connection for the overpressure supply being designed in such a way that it simultaneously supplies several of the chambers with the overpressure and/or the connection for the underpressure supply being designed in such a way that it simultaneously supplies several of the chambers supplied with the vacuum.
  • at least four chambers can be formed within the roller.
  • eight chambers can be provided within the roller. At each point in time, several of the chambers (ie at least two) are supplied with the vacuum at the same time. Furthermore, at least one of the chambers can be supplied with the overpressure at any time. There may also remain one or more chambers which are not supplied with negative or positive pressure and which are therefore at atmospheric pressure or maintain their previous state of pressure.
  • the atmospheric pressure can be a pressure within a build chamber of a system for producing a three-dimensional workpiece.
  • connection for the overpressure supply can have an elongated hole, which opens up the openings of several chambers at the same time.
  • connection for the vacuum supply can have an elongated hole, which at the same time releases the openings of several chambers.
  • the openings of the chambers can be circular in shape. By unblocking is meant the opposite of covering.
  • the respective released openings can be contacted by the respective connection and can thus be supplied with underpressure or overpressure.
  • the elongated hole can be bent, in particular along an arc of a circle.
  • the device may further include a shaft extending within the roller, the plurality of chambers being defined by a plurality of grooves formed in the shaft.
  • the chambers can preferably be of the same size.
  • the walls located between the chambers are preferably as thin as possible, in particular less than 5 mm, 3 mm or 1 mm thick, at least in the region of the transition to the porous outer wall.
  • the chambers can be of different sizes. Furthermore, only one chamber can be permanently supplied with negative pressure. Furthermore, only one chamber or no chamber at all can be supplied with excess pressure.
  • the device can also comprise a device for generating a negative pressure, which is connected to the connection for supplying a negative pressure and is set up to generate a negative pressure at least during operation of the device.
  • the device for generating the negative pressure can be a vacuum pump, for example.
  • the device can also be connected to other components of a system for producing a three-dimensional workpiece, which require a vacuum.
  • the device can also comprise a device for generating an excess pressure, which device is connected to the connection for supplying excess pressure and is set up to generate an excess pressure at least during operation of the device.
  • the device for generating the excess pressure can be a pump or a blower, for example.
  • the device can also be connected to other components of a system for producing a three-dimensional workpiece, which require an overpressure.
  • a system for producing a three-dimensional ⁇ len workpiece which comprises the device for removing powder and / or particles from a powder bed according to the first aspect. More precisely, the system comprises a carrier for receiving powder in several layers, so that a powder bed is formed, at least one powder application device for applying the powder to the carrier, and at least one irradiation unit for irradiating an uppermost powder layer of the powder bed at predetermined positions , and the device for removing powder and/or particles from a powder bed according to the first aspect.
  • the system for producing a three-dimensional workpiece can be a device for selective laser melting or a device for selective laser sintering, with the usual elements and functions of such a device.
  • the system for producing a three-dimensional workpiece includes, for example, a carrier for applying the powder in several layers, so that the powder bed is created.
  • one or more powder application devices can be provided for applying the powder and possibly for applying powder of different materials.
  • a separate powder application device can be provided for each material.
  • the carrier can be moved vertically downwards by means of a vertical movement device, so that the top layer of powder always remains at the same height in relation to a build chamber of the system.
  • the system can include one or more irradiation units.
  • the irradiation units each comprise a beam source (in particular a laser beam source) and optics with one or more optical components for shaping and deflecting the beam (e.g. beam expander, focusing unit, scanner device, f-theta lens).
  • the system can include a control unit which is configured to control the components of the system.
  • the control unit can be configured to control the device for removing powder (for example for controlling a rotational movement and/or a translational movement of the roller).
  • the device for removing powder can be arranged in a build chamber of the plant.
  • the device can be coupled to a powder application device.
  • the coupling can be designed in such a way that the device for removing powder can be moved together with the powder application device (horizontally and/or vertically).
  • the device can be coupled to the powder application device, and the system can comprise a movement device which is set up to move the device and the powder application device together.
  • the plant can comprise a cleaning station for cleaning the device for removing powder.
  • the cleaning station may be positioned so that the powder removing device moves towards the cleaning station can be and can be cleaned there.
  • the cleaning station can include, for example, one or more nozzles, by means of which the roller of the device for removing powder can be blown off and freed from powder.
  • the cleaning device can also have a suction device for sucking off the roller, as well as scrapers, brushes or similar mechanical cleaning devices.
  • the chamber that is supplied with a negative pressure can be located on a powder bed side of the roll.
  • the chamber which is supplied with a negative pressure, can touch the powder bed during operation of the device or at least lie directly opposite the powder bed and thus suck in powder so that it adheres to the porous outer wall of the roller.
  • the device can be designed in such a way that at any given time more than one chamber is supplied with the negative pressure.
  • the invention relates to a method for removing powder and/or particles from a powder bed.
  • the method includes rotating a rotatably mounted roller with a porous outer wall.
  • the roller has a number of chambers formed within the roller.
  • At least one of the chambers has an opening which is suitable for supplying the chamber with a negative pressure.
  • the method further includes supplying a negative pressure to the at least one chamber via its opening.
  • each of the chambers can have an opening.
  • the method can additionally have one or more of the following aspects.
  • Powder is aspirated from the powder bed by the vacuum of the chamber supplied with the vacuum.
  • the sucked powder sticks to the porous outer wall of the roller, at least as long as the vacuum is maintained. While the vacuum is maintained, the powder is drawn to the porous outer wall portion of the roller, which forms one wall of the chamber. Due to the selected pore size, the sucked powder does not penetrate into the interior of the roller.
  • the powder continues to be sucked in up to a point in time (ie up to a position of the roller) at which the respective chamber is no longer supplied with negative pressure.
  • the powder that is no longer sucked in is sucked off by a suction device and, if necessary, additionally brushed or scraped off the roller.
  • an overpressure can be applied to the opening of the respective chamber, which was previously supplied with a negative pressure, which facilitates suction by the suction device.
  • the collected powder is thus blown into the suction device.
  • the respective section of the roller is now free of powder again and ready to take up new powder from the powder bed .
  • the amount of powder picked up can be adjusted.
  • particles e.g. welding spatter
  • the chambers may extend along an axis of rotation of the roller and each of the chambers may be bounded by a portion of the porous outer wall.
  • the supply of at least one of the chambers via its opening with the negative pressure can take place at a given point in time via a connection for supplying the negative pressure.
  • the chamber that is supplied with a negative pressure can be located on a powder bed side of the roll.
  • the method may further comprise sucking off powder picked up by the roller by means of a suction device, the suction device being arranged opposite one of the chambers of the roller which is not being supplied with the vacuum at the given time.
  • the method may further comprise supplying at least one of the chambers which is not being supplied with the negative pressure at the given time with a positive pressure via its opening at the given time.
  • connection for the overpressure supply and the connection for the vacuum supply can be permanently connected to a holder of the roller and the method may further comprise alternately supplying the chambers with the positive pressure and the negative pressure during the rotation of the roller.
  • the method can further include rotating the roller so that during the rotation of the roller the opening of a chamber is contacted once by the connection for the vacuum supply, so that the respective chamber is supplied with the vacuum and is contacted once by the connection for the positive pressure supply, so that the respective Chamber is supplied with the overpressure.
  • the roller may be in the form of a cylinder and the openings may be provided in a base of the cylinder.
  • At least three chambers can be formed within the roller.
  • the method can include simultaneously supplying several of the chambers with the positive pressure via the connection for the positive pressure supply.
  • the method can include simultaneously supplying several of the chambers with the negative pressure via the connection for supplying the negative pressure.
  • connection for supplying excess pressure can have an elongated hole, which at the same time opens up the openings of several chambers.
  • the connection for the vacuum supply can have an elongated hole, which at the same time releases the openings of several chambers.
  • FIG. 1 shows a perspective side view of a system for producing a three-dimensional object with a device for removing powder and/or particles from the powder bed of the system, according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 a schematic side view of a device for removing
  • Powder and/or particles from a powder bed which explains the principle of the technique of the present disclosure
  • FIG. 3(a) a cross section of a device according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 3(b) is a perspective sectional view of the device of Figure 3(a);
  • FIG. 3(c) a perspective view of the device from FIG. 3(a) with a control disc that includes elongated holes for connecting negative or positive pressure;
  • Figure 3(d) a perspective view of the device of Figure 3(a) with Rohrver ⁇ binders for connecting the negative pressure and the positive pressure.
  • FIG. 4(a) a perspective sectional view of the device of FIG. 3(a) with a shaft with grooves, a perforated disc with openings and a control disc with oblong holes;
  • Figure 4(b) is a sectional perspective view of the device of Figure 3(a) similar to the view of Figure 4(a) with the splined shaft removed;
  • Figure 4(c) is a perspective sectional view of the device of Figure 3(a) similar to the view of Figure 4(b) with the orifice plate having been removed;
  • FIG. 5 A section through the device of FIG. 3(a) along an axis of rotation of the roller.
  • FIG. 1 shows a system 1 for producing a three-dimensional object 2 , the system 1 comprising a device 51 for removing powder and/or particles from the powder bed 3 of the system 1 .
  • the system 1 is a conventional system for selective laser melting with the known components.
  • the technique of selective laser melting used by the system 1 is well known to the person skilled in the art and is only briefly explained at this point on the basis of the selective laser melting in the powder bed 3 .
  • a first layer of raw material powder is applied to a carrier 5 of the system 1 and is illuminated in a location-specific manner by one or more laser beams 7a, 7b in such a way that desired areas of the powder are solidified.
  • the present ⁇ de example shows a system 1 with two irradiation units, which each include a laser 9a, 9b and an optical system 11a, 11b.
  • the irradiation unit which includes the laser 9a and the optics 11a, is set up to irradiate the laser beam 7a and direct it to a desired location of an uppermost powder layer of the powder bed 3.
  • the irradiation unit which includes the laser 9b and the optics 11b, is set up to emit the laser beam 7b and direct it to a desired location on the uppermost powder layer of the powder bed 3.
  • the optics 11a, 11b each include components for beam shaping and beam deflection, such as lenses, deflection mirrors, scanner mirrors, etc.
  • All components of the system 1 are controlled by a control unit 13, in particular the lasers 9a, 9b, the scanner mirrors of the optics 11a , 11b, the movement of the carrier 5 and the functions of the powder application devices 15a, 15b and the device 51 described below .
  • the carrier 5 In order to always keep a distance between the top layer and the optical units constant, it is possible to lower the carrier 5 and/or raise the optical units (along a vertical direction defined herein as the z-direction) during the ongoing construction process. In this way, the three-dimensional workpiece 2 to be produced is built up layer by layer. The unsolidified powder can then be removed and reused if necessary.
  • a special feature of the system 1 shown in FIG. 1 is that the workpiece 2 is made up of two components 2a, 2b, for which two different powder materials are used.
  • the powder materials can differ, for example, by the powder material used, but also by the grain size of the respective powder used.
  • a layer of a first powder material is first applied to each workpiece layer, for which purpose a first powder application device 15a is used.
  • the areas of the respective layer of the workpiece 2 which are to be formed from the first powder are then solidified with the laser beams 7a, 7b.
  • the first powder material is removed from the powder bed 3 again.
  • the device 51 is used for this purpose.
  • the second powder is then applied with the aid of a second powder application device 15b and the regions of the layer of the workpiece 2 previously exposed for the first powder are consolidated. taken, which should consist of the second powder material.
  • the carrier 5 is lowered and a layer of the first powder is again applied by the first powder application device 15a.
  • the two powder application devices 15a and 15b can be moved horizontally over the powder bed 3 in order to apply the respective powder.
  • the device 51 is firmly connected to the first powder application device 15a and is moved together with it.
  • this has the advantage that the device 51 does not require an additional movement device, since it can be moved with the movement device or the movement devices of the first powder application device 15a (horizontal movement device and, optionally, vertical movement device).
  • a further advantage can be that a height calibration (ie calibration along the z-axis) between powder application device 15a and device 51 can be omitted.
  • powder can be removed by the device 51 and powder can be applied by the powder application device 15a at the same time (if the devices 15a and 51 are moved to the right along the positive x-direction in the illustration of Fig. 1 and simultaneously operate).
  • a gas supply 17 supplies a construction chamber 19 of the system 1 with inert gas, so that an inert gas atmosphere prevails within the construction chamber 19 . Furthermore, a gas suction device (not shown) can be provided, which sucks the inert gas out of the build chamber 19 again, so that a gas flow through the build chamber 19 (in particular over the powder bed 3) is generated.
  • the device 51 can be used to remove particles from the surface of the powder bed 3 .
  • this can involve welding spatter that occurs during the solidification of the powder by the laser beams 7a, 7b.
  • the device 51 for removing powder and/or particles from a powder bed 3 is explained in detail below.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the device 51 for removing powder and/or particles from a powder bed 3.
  • the basic principle of the device 51 (hereinafter also referred to as "suction roller") is that a porous (in particular microporous) tube (e.g. consisting of sintered material or fabric such as felt or a tube with fine bores) with the aid of internal pressure differences takes up powder in a defined manner and releases it again.
  • the porous tube represents a porous outer wall 53 of a roller 54.
  • the roller 54 rolls at a very short distance over the powder bed 3, performing a combined rotational and translational motion and thereby producing a "cutting" speed as in machining (e.g. milling).
  • the rotational speed and the translational speed of the roller 54 can be set as desired by the control unit 13.
  • these speeds can be set in such a way that the translational speed corresponds to the rotational speed at which the outer wall 53 of the roller 54 rolls over the powder bed
  • the roller 54 can also rotate faster or slower in relation to the translation, which makes it possible, for example, to control the amount of powder removed.
  • the powder is picked up by the fact that there is a negative pressure ("-p") in the lower area of the roller 54, which sucks the powder particles out of the powder bed 3.
  • the particles get caught in the porous tube 53 and thus limit the local absorption capacity of the roller 54, so that only a defined layer depth is picked up.
  • In the upper area there is an optional overpressure area ("+p") within the roller 54, which ensures that the powder particles picked up are ejected from the roller 54.
  • suction funnel above the roller 54 (hereinafter also: suction device 69) with a negative pressure flow (“-p"), which removes the ejected powder.
  • the underpressure area and overpressure area are separated by a fixed wall 52 into two chambers of approximately the same size.
  • the roller 54 is formed by a rotating, porous outer wall 53 .
  • the overpressure area can also be omitted and, for example, replaced by an area in which atmospheric pressure prevails.
  • Atmospheric pressure means a pressure within the construction chamber 19 of the system 1.
  • an additional means for removing the powder can be provided in the area of the suction device 69, for example a brush or a scraper.
  • Figures 3(a) to (d) show different views of a device 51 for removing powder and/or particles from a powder bed 3.
  • FIG. 3(a) shows a cross section through the roller 54 perpendicular to its axis of rotation.
  • FIG . 3(b) shows a perspective sectional view and
  • FIGS. 3(c) and 3(d) show perspective views showing further components of the device 51 are shown.
  • the pressure ranges shown in FIG. 2 within the roller 54 are achieved by a multi-chamber structure.
  • the core of the roller 54 consists of a longitudinally grooved shaft 55 on which the porous tube sits as the porous outer wall 53 of the roller 54 .
  • the shaft 55 rotates together with the roller 54 and thus together with the porous outer wall 53.
  • the chambers 59 formed within the roller 54 retain "their" section of the porous outer wall 53 of the roller 54. The position of the chambers 59 in relation to the outer wall 53 of the roller 54 thus remains unchanged.
  • the walls between the chambers 59 are as narrow as possible at their transition to the porous outer wall 53 .
  • a sufficient negative pressure is also generated in the area of the walls on the outer wall.
  • a lower portion of the roller 54 faces the powder bed 3 and chambers 59 located in this lower portion are provided with the vacuum.
  • the chambers 59, which are opposite the suction device 69, are supplied with an overpressure in the present exemplary embodiment. Alternatively, atmospheric pressure can prevail in them.
  • a plate perforated plate
  • openings 57 eg bores, see FIG . 3(c)
  • This plate is connected to roller 54 and rotates with roller 54 .
  • a so-called control disk 63 is connected to the perforated plate.
  • the control disk 63 forms part of a connection for positive pressure and a connection for negative pressure.
  • Inside the control disk 63 there are two curved elongated holes 65.
  • the elongated holes 65 are bent along a circular arc, with a center point of the circular arc forming a point of intersection of the axis of rotation of the roller 54 with the control disk 63.
  • the elongated holes 65 are each formed in such a way that several of the openings 57 are released at the same time.
  • several of the chambers 59 can be supplied with a negative pressure.
  • several of the chambers 59 can be supplied with an overpressure at the same time.
  • the elongated holes 65 are contacted via tube connectors 67a, 67b (see FIG. 3(d)).
  • connection for the overpressure supply can be omitted and a connection to the atmosphere can be provided instead.
  • the upper pipe connector 67b can remain open to the atmosphere.
  • the tube connector 67a of the vacuum supply connection is connected to a device for generating a vacuum (not shown), for example by means of a tube or hose.
  • the device for generating a negative pressure can be a vacuum pump , for example. This can be a vacuum pump that also supplies other elements of the system 1 with a negative pressure.
  • the pipe connector 76b of the connection for the overpressure supply is connected to a device for generating an overpressure (not shown), for example by means of a pipe or hose.
  • the device for generating an overpressure can be a pump or a blower, for example. This can be a pump that also supplies other elements of the system 1 with an overpressure.
  • the entire device 51 with the housing (holder 61) and suction device 69 is mounted on the powder application device 15a and is moved over the powder bed 3 together with it.
  • FIGS. 4(a) to (c) show further sectional views of the device 51 of FIGS. 3(a) to (d).
  • the shaft 55 has been removed in FIG. 4(b) and the perforated plate with the openings 57 of the chambers 59 has also been omitted in FIG. 4(c).
  • a seal e.g. in the form of a Teflon ring
  • FIG. 5 shows a section through the device 51 of FIGS . 3(a) to (d) along an axis of rotation of the roller 54. It can be seen in FIG. 5 that the suction device 69 has a funnel-shaped section.
  • connections for negative and positive pressure are arranged at one end 71 of the roller 54 .
  • an actuator e.g. servo motor or stepping motor, not shown
  • the actuator is controlled by the control unit 13.
  • the roller 54 can be driven by the differences in pressure provided by the respective connections for negative and positive pressure. Furthermore, the roller 54 can be rolled over the powder and set in rotation by means of the resulting friction.
  • the device 51 removes a defined quantity of powder from the powder bed 3 in the following manner.
  • the chambers 59 which are located in the lower area of the roller 54 facing the powder bed 3, are supplied with a negative pressure with the aid of the control disk 63 (more precisely, via the elongated holes 65 of the control disk 63).
  • three chambers 59 can be contacted and supplied with negative pressure simultaneously. Powder from the powder bed 3 is sucked in at the porous outer walls 53 of these chambers 59 (ie at the regions of the porous outer wall 53 which forms the outer walls of these chambers 59). A powder layer of a defined thickness is formed on the roller 54 .
  • the powder that is sucked in is transported into the interior of the device 51 by the rotation of the roller 54 and transported in the direction of the suction device 69 .
  • the chambers 59 lose their vacuum and are then supplied with excess pressure through the upper slot 65 of the control disk 63 .
  • the powder that has been sucked up is thus blown off the roller 54 . This takes place in an (upper) area of the device 51, where the suction device 69 is located. There the powder is sucked off and fed to a collection container (not shown).
  • the roller 54 which has thus been freed from powder again, continues to rotate and can take up new powder from the powder bed 3 .
  • the two elongated holes 65 of the control disk 63 are designed in such a way that they can simultaneously supply several of the chambers 59 with negative pressure or with positive pressure.
  • only one chamber 59 is supplied with negative pressure and only one chamber 59 with positive pressure at a given point in time.
  • the roller 54 is contacted via a base area of the cylinder formed by the roller 54 .
  • contacting in the holder 61 can be achieved by connections directed inwards (towards the roller 54).
  • the roller 54 can be rotated on an axis which is rigidly connected to the bracket 61.
  • the axle has a cavity for contacting one or more of the chambers 59 with a vacuum.
  • the cavity has one or more openings directed radially outwards.

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Abstract

Technik zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett. Die Vorrichtung umfasst eine drehbar gelagerte Walze mit poröser Außenwand eine Mehrzahl von innerhalb der Walze ausgebildeten Kammern. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Anschluss zur Unterdruckversorgung, welcher dazu eingerichtet ist, zu einem gegebenen Zeitpunkt mindestens eine der Kammern mit einem Unterdruck zu versorgen. Die mindestens eine der Kammern weist eine Öffnung auf, welche dazu geeignet ist, die Kammer mit dem Unterdruck zu versorgen.

Description

Technik zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett. Die vorgestellte Technik kann insbesondere im Zusammenhang mit dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen, selektiven Laser schmelzen oder dem selektiven Lasersintern eingesetzt werden, um eine definierte Menge an Pulver aus dem Pulverbett zu entnehmen.
Bei generativen Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke und insbe sondere bei generativen Schichtbauverfahren ist es bekannt, eine zunächst formlose oder formneutrale Formmasse eines Rohmaterials (zum Beispiel ein Rohstoffpulver) schichtweise auf einen Träger aufzutragen und durch ortsspezifisches Bestrahlen zu verfestigen (z. B. durch Verschmelzen oder Versintern), um letztendlich ein Werk stück einer gewünschten Form zu erhalten. Das Bestrahlen kann mittels elektromag netischer Strahlung erfolgen, beispielsweise in Form von Elektronen- oder Laserstrahlung. In einem Ausgangszustand kann die Formmasse zunächst als Granu¬ lat, als Pulver oder als flüssige Formmasse vorliegen und infolge der Bestrahlung selektiv oder, anders ausgedrückt, ortsspezifisch verfestigt werden. Die Formmasse kann zum Beispiel Keramik-, Metall- oder Kunststoffmaterialien umfassen und auch Materialgemische hieraus. Eine Variante von generativen Schichtbauverfahren betrifft das sogenannte Laserstrahlschmelzen im Pulverbett, bei dem insbesondere metalli¬ sche und/oder keramische Rohstoffpulvermaterialien unter Einstrahlung eines Laser strahls zu dreidimensionalen Werkstücken verfestigt werden.
Zum Herstellen einzelner Werkstückschichten ist es ferner bekannt, Rohstoffpulver material in Form einer Rohstoffpulverschicht auf einen Träger aufzubringen und selektiv sowie nach Maßgabe der Geometrie der aktuell herzustellenden Werkstück schicht zu bestrahlen. Die Laserstrahlung dringt in das Rohstoffpulvermaterial ein und verfestigt dieses, beispielsweise in Folge eines Erhitzens, was ein Schmelzen oder Sintern verursacht. Ist eine Werkstückschicht verfestigt, wird eine neue Schicht von unverarbeitetem Rohstoffpulvermaterial auf die bereits hergestellte Werkstück¬ schicht aufgebracht. Hierzu können bekannte Beschichteranordnungen oder Pulver auftragsvorrichtungen verwendet werden. Anschließend erfolgt eine erneute Bestrahlung der nun obersten und noch unverarbeiteten Rohstoffpulverschicht. Folg lich wird das Werkstück sukzessive Schicht für Schicht aufgebaut, wobei jede Schicht eine Querschnittsfläche und/oder eine Kontur des Werkstücks definiert. In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt, auf CAD- oder vergleichbare Werkstückdaten zurückzugreifen, um die Werkstücke im Wesentlichen automatisch herzustellen.
Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung sämtliche der vorste hend erläuterten Aspekte ebenfalls vorgesehen sein können.
Ferner ist bekannt, dass mindestens zwei Materialien in einem Baujob kombiniert werden können, sodass ein Werkstück hergestellt werden kann, welches aus diesen mindestens zwei Materialien besteht. Dies erfolgt insbesondere durch das abwech¬ selnde Aufträgen der Pulverschichten der unterschiedlichen Materialien. Werden die einzelnen Materialien über die gesamte Schicht aufgetragen, muss jeweils vor dem neuen Beschichten der unverfestigte Teil der vorigen Pulverschicht des anderen Materials abgetragen werden. Eine möglichst restlose Entfernung des Pulvers der vorherigen Schicht ist wünschenswert, um eine Kontaminierung des anschließend neu aufgetragenen Pulvers zu vermeiden.
Derzeit ist es bekannt, die vorherige Schicht mit einem Trichter abzusaugen. Dieser Schritt wird jedoch meist Undefiniert und mit Pulververlust vollzogen. Dieser Pulver¬ verlust kann bedeuten, dass man Pulver beispielsweise mit dem Mengenfaktor 100 zuführen muss. Wenn bei jeder 30 pm Schicht 3 mm tief Pulvergemisch abgesaugt wird, entstehen bei einem Bauteil mit Zylindervolumen von 1 I = 100 I Schrottpulver, bzw. Mischpulver, welches anschließend nicht mehr verwendbar ist oder auf aufwän dige Weise wiederaufbereitet werden muss (z. B. gereinigt und in die ursprünglichen mindestens zwei Pulvermaterialien aufgeteilt werden muss).
Somit ist eine Technik wünschenswert, welche einen definierten und zuverlässigen Pulverabtrag ermöglicht.
Ferner ist bekannt, dass auch bei dem herkömmlichen Strahlschmelzen (d. h. mit einem einzigen Material) Partikel auf der Oberfläche des Pulverbetts abgelagert wer¬ den können, beispielsweise bei der Verfestigung des Materials entstehende Schwei߬ spritzer. Da diese Partikel bei der anschließenden Auftragung der neuen Pulverschicht sowie der Verfestigung dieser neuen Pulverschicht zu Beeinträchtigun gen führen können, ist es wünschenswert, diese Partikel vom Pulverbett zu entfer¬ nen.
Somit ist eine Technik wünschenswert, welche eine zuverlässige Entfernung von Partikeln von einem Pulverbett ermöglicht, insbesondere ohne eine große zusätzliche Menge an Material zu entfernen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Technik zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett bereitzustellen, welche zumindest eines der oben geschilderten Probleme oder ein damit zusammenhängendes Problem löst.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Entfernen von Pulver und/oder Parti keln aus einem Pulverbett mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Ver¬ fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Die Erfindung betrifft demnach gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett. Die Vorrichtung um fasst eine drehbar gelagerte Walze mit poröser Außenwand und eine Mehrzahl von innerhalb der Walze ausgebildeten Kammern. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Anschluss zur Unterdruckversorgung, welcher dazu eingerichtet ist, zu einem gege¬ benen Zeitpunkt mindestens eine der Kammern mit einem Unterdrück zu versorgen. Die mindestens eine der Kammern weist eine Öffnung auf, welche dazu geeignet ist, die Kammer mit dem Unterdrück zu versorgen.
Bei dem Pulverbett kann es sich um eine oder mehrere Schichten von Rohmaterial¬ pulver handeln, welche insbesondere zum Zweck des selektiven Laserschmelzens oder selektiven Lasersinterns auf einen Träger aufgetragen wurden. Das Pulver kann beispielsweise ein Metallpulver, ein Keramikpulver und/oder ein Kunststoffpulver umfassen. Insbesondere kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, unterschiedli¬ che Arten von Pulver und insbesondere Pulver aus unterschiedlichen Materialien zu entfernen. Das Entfernen kann schichtweise erfolgen.
Die Walze kann so drehbar gelagert sein, dass sie sich relativ zu einer Halterung der Walze drehen kann. Die Vorrichtung kann einen Antrieb umfassen, der dazu einge richtet ist, die Drehung (Rotation) der Walze zu bewirken. Insbesondere kann zu diesem Zweck ein elektrisch betriebener Aktor vorgesehen sein, beispielsweise ein Servomotor oder ein Schrittmotor. Alternativ zu einem elektrischen Antrieb kann die Walze über einen Überdruck und/oder Unterdrück in ihre Drehbewegung versetzt werden, wobei die im folgenden beschriebenen Anschlüsse für Unterdrück bzw. Überdruck genutzt werden können. In einer weiteren Alternative kann die Walze mechanisch über das Pulverbett gerollt werden, wobei die Drehbewegung durch die Reibung zwischen Pulverbett und/oder einem sich neben dem Pulverbett erstrecken den Baukammerboden einerseits, und der Walze andererseits zustande kommt. Wenn ein elektrischer Antrieb vorgesehen ist, kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die den elektrischen Antrieb ansteuert. Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Walze mit einer einstellbaren Drehgeschwindigkeit antreibt. Ferner kann die Vorrichtung eine horizontale Bewegungseinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Walze horizontal über das Pulverbett zu bewegen (Translations¬ bewegung). Auf diese Weise kann die Walze eine Rotationsbewegung und eine Translationsbewegung durchführen. Die horizontale Bewegungseinrichtung kann beispielsweise einen elektrischen Aktor (z. B. Motor) umfassen. Die horizontale Be wegungseinrichtung kann ebenfalls von der Steuereinheit angesteuert werden.
Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Rotationsbewegung der Walze und die Translationsbewegung der Walze so einstellt, dass die Translations¬ bewegung der Drehbewegung an der Außenwand der Walze entspricht. Auf diese Weise kann die Walze eine so dicke Lage Pulver abtragen, wie durch das Ansaugen an der Walze haften bleibt. Ferner kann die Steuereinheit die Rotation der Walze auch schneller oder langsamer ansteuern, wodurch unterschiedliche Rotationsge schwindigkeiten im Verhältnis zur Translationsgeschwindigkeit möglich sind. Auf diese Weise kann eine Menge von Pulver eingestellt werden, die von der Walze aus dem Pulverbett entnommen wird.
Ferner kann die Vorrichtung eine vertikale Bewegungseinrichtung zum Einstellen einer vertikalen Position der Walze umfassen. Die vertikale Position entspricht hierbei einer Höhe über dem Pulverbett. Die vertikale Bewegungseinrichtung kann bevorzugt ebenfalls von der Steuereinheit angesteuert werden. Die Steuereinheit kann dazu konfiguriert sein, eine vertikale Position der Walze so einzustellen, dass eine Höhe einer Unterseite der Walze einer Höhe des Pulverbetts entspricht. Die Höhe der Wal¬ ze entspricht somit einer Höhe, unter der die Walze über das Pulverbett rollt bzw. rollen würde. Anders ausgedrückt liegt die Walze auf dem Pulverbett auf. Die vertika¬ le Position der Walze kann jedoch auch so eingestellt werden, dass sich während des Betriebs der Walze ein konstanter und vorbestimmter Abstand zwischen Walze und Pulverbett befindet. Die Saugkraft der Walze kann in diesem Fall das Pulver über diesen Abstand hinweg ansaugen. Eine weitere Einstellung der Saugkraft ist über eine Regelung der Unterdruckerzeugung möglich.
Die obigen und die folgenden Ausführungen treffen auch auf das Absaugen von Partikeln (insbesondere Schmelzspritzer) von der Oberseite des Pulverbetts zu. Die Walze kann so konfiguriert sein, dass sie nicht nur Pulver, sondern auch größere Partikel von der Oberfläche des Pulverbetts entfernen kann. Ferner ist es denkbar, dass eine Höhe der Walze und/oder eine Saugkraft so eingestellt wird, dass die Wal¬ ze vornehmlich oder sogar ausschließlich größere Partikel (d. h. Partikel größer als das verwendete Pulver) von der Oberfläche des Pulverbetts entfernt.
Die poröse Außenwand der Walze ist insofern porös als sie einen gewissen Gasdurch¬ lass ermöglicht, jedoch für Pulver und/oder Partikel (ab einem gewissen Durchmes ser) nicht durchlässig ist. Ein kleinster Durchmesser des Pulvers kann beispielsweise 5 bis 30 pm betragen. Die Außenwand der Walze kann so ausgestaltet sein, dass sie eine Porengröße von weniger als 10 pm oder weniger als 5 pm aufweist. Allgemein gesagt kann die Porengröße der Walze so gewählt sein, dass sie das verwendete Pulver nicht durchlässt. Die Walze kann als poröse Außenwand eine Art Oberflächen¬ filter aufweisen, insbesondere eine Membran oder ein beschichtetes Gewebe. Die Walze kann darüber hinaus mehrere Schichten aufweisen, wie zum Beispiel ein unter der äußersten Schicht liegendes Stützgitter und/oder eine grobporige Struktur, wie eine Schwammstruktur, zur homogenen Druckverteilung an der Außenwand.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Mehrzahl der innerhalb der Walze ausge bildeten Kammern fest mit der Walze verbunden. In diesem Fall ist die Mehrzahl der Kammern insofern fest mit der Walze verbunden, als eine Drehbewegung (d. h. Rotationsbewegung) der Walze eine Drehbewegung der darin befindlichen Kammern bewirkt. Anders ausgedrückt kann die Mehrzahl der innerhalb der Walze ausgebilde¬ ten Kammern drehfest mit der Walze verbunden sein. Die Kammern drehen sich somit mit der Walze mit. Die feste Verbindung bedeutet somit nicht, dass innenlie¬ gende Wände der Kammern mit der Außenwand der Walze mechanisch verbunden sein müssen (beispielsweise durch Schweißen, Kleben, etc.). Die feste Verbindung bedeutet vielmehr lediglich, dass eine starre mechanische Kopplung zwischen der Walze und den Kammern vorliegt. Diese kann beispielsweise auch durch eine Befes¬ tigung der Außenwand der Walze und innerer Trennwände der Kammern an ein und derselben drehbar gelagerten Achse erfolgen, oder wenn die Walze selbst aus einem flexiblen Medium besteht, welches auf das durch die Kammern gebildete Gerüst aufgespannt ist.
Alternativ zu drehfest verbundenen Kammern kann die Walze auch unabhängig zu den Kammern beweglich sein, insbesondere können die Kammern in diesem Fall nicht rotierbar ausgestaltet sein. In diesem Fall wird die Walze über den Kammern rotiert. Außerdem kann die Walze auch aus einer Bahn aus einem flexiblen Medium gebildet sein, welche über den Kammern angetrieben wird. Hierzu kann auch eine unterstützende Gitterstruktur vorgesehen sein, über welche die Bahn bewegt wird. Im Sinne der Anmeldung wird jede Lagerung der Walze, welche die Außenwand auf einer geschlossenen Bewegungsstrecke wieder in ihre Ausgangsstellung verbringt als drehbar gelagert verstanden. Es ist leicht erkennbar, dass eine Walze im Sinne dieser Anmeldung nicht zwingend eine Zylinderform aufweisen muss, sondern bspw. auch einen mehreckigen Querschnitt aufweisen kann, oder im Fall einer Materialbahn auch für sich alleine keine feste Form haben muss, sondern diese durch die Art der Auf¬ spannung erhält.
Die Öffnungen der einen oder mehreren Kammern können beispielsweise in Form von kreisförmigen Löchern vorgesehen sein. Die Öffnungen der Kammern können sich jeweils in einer jeweiligen Wand der Kammer befinden, die nicht von der porö sen Außenwand der Walze gebildet wird. Die Öffnungen der Kammern können sich beispielsweise in einer Wand der jeweiligen Kammer befinden, welche die langgezo gene Kammer an einem Ende begrenzt. Alternativ oder zusätzlich können die Öff nungen an einer nach innen gerichteten Wandung, z. B. einer mittig angeordneten Hohlwelle vorgesehen sein. Jede der Kammer kann eine oder mehrere (beispielswei¬ se zwei) Öffnungen aufweisen.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen Anschluss zur Unterdruckversorgung, welcher dazu eingerichtet ist, zu einem gegebenen Zeitpunkt mindestens eine der Kammern mit einem Unterdrück zu versorgen. Die Versorgung mit dem Unterdrück erfolgt hierbei über die Öffnung der jeweiligen Kammer.
Der Anschluss kann ein Rohr oder einen Schlauch umfassen. Der Anschluss kann so ausgestaltet sein, dass er zum gegebenen Zeitpunkt die Öffnung der jeweiligen Kammer kontaktiert. Der Begriff des „gegebenen Zeitpunkts" soll hierin so verstan¬ den werden, dass es sich um einen beliebigen Zeitpunkt während einer Drehbewe gung der Walze handelt. Insofern definiert der „gegebene Zeitpunkt" eine Momentaufnahme und es existieren beispielsweise vorherige und darauffolgende Zeitpunkte, in denen eine andere der Mehrzahl von Kammern kontaktiert werden kann. Der Unterdrück kann dazu geeignet sein, Pulver aus dem Pulverbett an die poröse Außenwand der Walze anzusaugen.
Die Kammern können sich entlang einer Drehachse der Walze erstrecken und jede der Kammern kann durch einen Abschnitt der porösen Außenwand begrenzt werden. Die Kammern sind bevorzugt definiert durch ein Volumen und durch dieses Volumen begrenzende Wände (Kammerwände). Ein Teil dieser Kammerwände wird gemäß der obigen Definition von der porösen Außenwand der Walze gebildet. Anders ausge¬ drückt kann jede der Kammern eine Wand aufweisen, die einen Abschnitt der porö¬ sen Außenwand darstellt. Zusätzlich können eine oder mehrere Trennwände vorgesehen sein, die die Mehrzahl der Kammern untereinander abgrenzen. Die Kammern können somit langgestreckt entlang der Drehachse der Walze verlaufen. Jede der Kammern kann eine poröse Außenwand aufweisen, die entlang der Dreh achse verläuft.
Im Sinne der Anmeldung ist es auch möglich, dass mindestens eine Kammer vorge¬ sehen ist, die nur ein sehr kleines, oder sogar gar kein Volumen aufweist und somit eine Blendenkammer bildet. Die Blendenkammer wird dann durch die poröse Außen wand einerseits, und eine feste Wandung andererseits begrenzt, welche direkt an der porösen Außenwand anliegen kann. Bevorzugt kann die feste Wandung feststehen und die poröse Walze an der festen Wandung vorbeibewegt werden. Die Blenden¬ kammer kann in dieser Ausführung eine Erstreckung entlang des Walzenumfangs von mehr als 0,5 cm, insbesondere mehr als 1 cm, besonders mehr als 3 cm aufweisen. Hierdurch kann bewirkt werden, dass im Mittelpunkt der Blendenkammer ein gerin gerer Unterdrück herrscht als in einer angrenzenden Kammer.
Die Vorrichtung kann ferner eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von von der Walze aufgenommenem Pulver umfassen, wobei die Absaugvorrichtung gegenüber einer der Kammern der Walze angeordnet ist, die zum gegebenen Zeitpunkt nicht mit dem Unterdrück versorgt wird.
Die Absaugvorrichtung kann beispielsweise eine Öffnung zum Absaugen des Pulvers von der Walze umfassen. Ferner kann die Absaugvorrichtung an eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks angeschlossen sein. Hierbei kann es sich beispiels weise um dieselbe Einrichtung handeln, die den Unterdrück für die mindestens eine Kammer der Walze bereitstellt. Die Vorrichtung kann ferner einen Sammelbehälter zum Sammeln des von der Absaugvorrichtung abgesaugten Pulvers umfassen. Weiter kann die Vorrichtung eine Abscheidevorrichtung zum Abscheiden des aufgesaugten Pulvers aus dem Gasstrom umfassen. Das abgeschiedene Pulver kann in den Sam melbehälter geleitet werden. Der Sammelbehälter kann ferner auch durch einen, in der die Absaugvorrichtung enthaltenden Herstellvorrichtung (Anlage) vorgesehenen, Überlaufbehälter zur Aufnahme von währende der Schichtherstellung zu viel aufge tragenem Pulver ausgebildet sein. Zusätzlich zur Absaugvorrichtung kann die Vorrich- tung eine Bürste oder einen Schaber umfassen. Die Bürste oder der Schaber ist dazu eingerichtet, das an die Walze angesaugte Pulver wieder von dieser zu lösen, damit es von der Absaugvorrichtung abgesaugt werden kann.
Der Anschluss zur Unterdruckversorgung kann fest mit einer Halterung der Walze verbunden sein. Die Kammern können drehfest mit der Walze verbunden sein und jede Kammer kann eine Öffnung aufweisen, welche dazu geeignet ist, die Kammer mit einem Überdruck oder einem Unterdrück zu versorgen. Die Versorgung und die Kammern können so ausgestaltet sein, dass während der Drehung der Walze die Kammern mit dem Unterdrück versorgt werden.
Die Vorrichtung kann ferner einen Anschluss zur Überdruckversorgung umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, zu dem gegebenen Zeitpunkt mindestens eine der Kammern, die zum gegebenen Zeitpunkt nicht mit dem Unterdrück versorgt wird, über ihre Öffnung mit einem Überdruck zu versorgen.
Der Anschluss zur Überdruckversorgung kann fest mit der Halterung der Walze ver bunden sein. Die Versorgung und die Kammern können so ausgestaltet sein, dass während der Drehung der Walze die Kammern abwechselnd mit dem Unterdrück und dem Überdruck versorgt werden.
Die Kammer, die zum gegebenen Zeitpunkt mit Überdruck versorgt wird, kann ge¬ genüber der Absaugvorrichtung liegen. Auf diese Weise wird das Pulver sozusagen von der Walze in die Absaugvorrichtung geblasen. Auf die somit vom Pulver befreite Walze kann nun wiederum Mittels des Unterdrucks neues Pulver angesaugt und aufgenommen werden.
Wie oben erwähnt, können der Anschluss zur Überdruckversorgung und der An schluss zur Unterdruckversorgung fest mit einer Halterung der Walze verbunden sein und so ausgestaltet sein, dass während der Drehung der Walze die Kammern ab¬ wechselnd mit dem Überdruck und dem Unterdrück versorgt werden.
Anders ausgedrückt findet die Drehbewegung der Walze relativ zu dem Anschluss zur Unterdruckversorgung und, falls vorhanden, zu dem Anschluss zur Überdruckversor gung statt. Mit der abwechselnden Versorgung mit Überdruck und Unterdrück ist gemeint, dass eine beliebige ausgewählte Kammer zu einem gegebenen Zeitpunkt mit Unterdrück versorgt wird, zu einem späteren Zeitpunkt mit Überdruck und an¬ schließend wieder mit Unterdrück, usw. Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass während der Drehung der Walze die Öffnung einer Kammer einmal vom Anschluss zur Unterdruckversorgung kontaktiert wird, sodass die jeweilige Kammer mit dem Unterdrück versorgt wird und einmal vom Anschluss der Überdruckversorgung kontaktiert wird, sodass die jeweilige Kam¬ mer mit dem Überdruck versorgt wird.
Die Vorrichtung kann auch so ausgestaltet sein, dass eine Kammer mehrere unter schiedliche Anschlüsse zur Unterdruckversorgung und Überdruckversorgung aufweist.
Die Walze kann in Form eines Zylinders ausgebildet sein und die Öffnung oder Öff¬ nungen kann/können in einer Grundfläche des Zylinders vorgesehen sein.
Die Öffnung kann bzw. die Öffnungen können somit an einem ersten Ende der Walze in der Grundfläche vorgesehen sein. Zusätzlich kann für jede der Kammern eine weitere Öffnung in einer weiteren (gegenüberliegenden) Grundfläche des Zylinders vorgesehen sein.
Alternativ zum Vorsehen der Öffnungen in der Grundfläche des von der Walze gebil deten Zylinders können die Öffnungen in der porösen Außenwand des Zylinders vorgesehen sein. Sie weisen somit radial nach außen. Die Anschlüsse können in diesem Fall in der Flalterung der Walze verbaut sein und radial nach innen weisen.
Als weitere Alternative können die Öffnungen der Kammern radial nach innen (zur Drehachse der Walze hin) gerichtet sein. In diesem Fall kann eine innere starr mit der Flalterung verbundene Achse vorgesehen sein, in welcher ein Flohlraum für den Unterdrück verläuft. Der Anschluss für den Unterdrück kann somit radial nach außen weisen. Ferner kann in der Achse ein Flohlraum für den Überdruck verlaufen. Der Anschluss für den Überdruck kann somit radial nach außen weisen. Die Öffnungen für Unterdrück und Überdruck können auch an mehreren der vorstehenden Wandun gen vorgesehen sein. Die Öffnungen für den Unterdrück können in anderen oder denselben Wandungen wie davon verschiedene Öffnungen für den Überdruck vorge sehen sein. Die Öffnungen für den Unterdrück können in der Grundfläche des Wal zenzylinders auf einem ersten Radius vorgesehen sein, davon verschiedene Öffnungen für den Überdruck können in der Grundfläche des Walzenzylinders auf einem zweiten Radius vorgesehen sein. Mindestens drei Kammern können innerhalb der Walze ausgebildet sein, wobei im¬ mer wenigstens eine Kammer mit Unterdrück versorgt wird und wenigstens zeitweise zwei Kammern mit Unterdrück versorgt werden.
Mindestens drei Kammern können innerhalb der Walze ausgebildet sein, wobei der optionale Anschluss zur Überdruckversorgung so ausgestaltet ist, dass er gleichzeitig mehrere der Kammern mit dem Überdruck versorgt und/oder wobei der Anschluss zur Unterdruckversorgung so ausgestaltet ist, dass er gleichzeitig mehrere der Kam¬ mern mit dem Unterdrück versorgt. Insbesondere können mindestens vier Kammern innerhalb der Walze ausgebildet sein.
Beispielsweise können innerhalb der Walze acht Kammern vorgesehen sein. Zu je¬ dem Zeitpunkt werden mehrere der Kammern (d. h. mindestens zwei) gleichzeitig mit dem Unterdrück versorgt. Ferner können zu jedem Zeitpunkt wenigstens eine der Kammern mit dem Überdruck versorgt werden. Es kann ferner eine oder mehrere Kammern verbleiben, welche nicht mit Unterdrück oder Überdruck versorgt werden und welche somit einen Atmosphärendruck aufweisen oder ihren vorherigen Druck zustand halten. Bei dem Atmosphärendruck kann es sich um einen Druck innerhalb einer Baukammer einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks handeln.
Der optionale Anschluss zur Überdruckversorgung kann ein Langloch aufweisen, welches gleichzeitig die Öffnungen von mehreren Kammern freigibt. Der Anschluss zur Unterdruckversorgung kann ein Langloch aufweisen, welches gleichzeitig die Öffnungen von mehreren Kammern freigibt.
Die Öffnungen der Kammern können kreisförmig ausgestaltet sein. Durch Freigeben ist das Gegenteil von Verdecken gemeint. Anders ausgedrückt, können die jeweiligen freigegebenen Öffnungen vom jeweiligen Anschluss kontaktiert werden und somit mit Unterdrück bzw. Überdruck versorgt werden. Das Langloch kann gebogen sein, insbesondere entlang eines Kreisbogens.
Die Vorrichtung kann ferner eine innerhalb der Walze verlaufende Welle umfassen, wobei die Mehrzahl der Kammern durch eine Mehrzahl von in der Welle ausgebilde ten Nuten ausgebildet ist. Die Kammern können bevorzugt gleich groß sein. Bevorzugt sind die zwischen den Kammern liegenden Wandungen zumindest im Bereich des Übergangs zur porösen Außenwand möglichst dünn, insbesondere weniger als 5 mm, 3 mm, oder 1 mm dick.
Bei einer Vorrichtung mit nicht rotierenden Kammern und sich über den Kammern bewegender Walze können die Kammern unterschiedliche Größen aufweisen. Ferner kann lediglich eine Kammer dauerhaft mit Unterdrück versorgt werden. Weiter kann auch lediglich eine Kammer oder gar keine Kammer mit Überdruck versorgt werden.
Die Vorrichtung kann ferner eine mit dem Anschluss zur Unterdruckversorgung ver bundene Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks umfassen, welche dazu einge¬ richtet ist, zumindest während eines Betriebs der Vorrichtung einen Unterdrück zu erzeugen.
Bei der Einrichtung zum Erzeugen des Unterdrucks kann es sich beispielsweise um eine Vakuumpumpe handeln. Die Einrichtung kann ferner mit weiteren Komponenten einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks verbunden sein, welche einen Unterdrück benötigen.
Die Vorrichtung kann ferner eine mit dem Anschluss zur Überdruckversorgung ver bundene Einrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks umfassen, welche dazu einge¬ richtet ist, zumindest während eines Betriebs der Vorrichtung einen Überdruck zu erzeugen.
Bei der Einrichtung zum Erzeugen des Überdrucks kann es sich beispielsweise um eine Pumpe oder ein Gebläse handeln. Die Einrichtung kann ferner mit weiteren Komponenten einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks ver bunden sein, welche einen Überdruck benötigen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Anlage zum Herstellen eines dreidimensiona¬ len Werkstücks bereitgestellt, welche die Vorrichtung zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett gemäß dem ersten Aspekt umfasst. Genauer gesagt umfasst die Anlage einen Träger zum Aufnehmen von Pulver in mehreren Schichten, sodass ein Pulverbett entsteht, mindestens eine Pulverauftragsvorrich¬ tung, zum Aufträgen des Pulvers auf den Träger, und mindestens eine Bestrahlungs¬ einheit zum Bestrahlen einer obersten Pulverschicht des Pulverbetts an vorbestimmten Positionen, und die Vorrichtung zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett gemäß dem ersten Aspekt. Bei der Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks kann es sich um eine Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen bzw. eine Vorrichtung zum selek tiven Lasersintern handeln, mit den üblichen Elementen und Funktionen einer sol chen Vorrichtung. Die Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks umfasst beispielsweise einen Träger zum Aufbringen des Pulvers in mehreren Schich ten, sodass das Pulverbett entsteht. Ferner können eine oder mehrere Pulverauf¬ tragsvorrichtungen vorgesehen sein, zum Aufträgen des Pulvers und ggf. zum Aufträgen von Pulver unterschiedlicher Materialien. Es kann für jedes Material eine eigene Pulverauftragsvorrichtung vorgesehen sein. Der Träger kann mittels einer vertikalen Bewegungseinrichtung vertikal nach unten bewegt werden, sodass die oberste Pulverschicht immer auf derselben Höhe in Bezug auf eine Baukammer der Anlage bleibt. Ferner kann die Anlage eine oder mehrere Bestrahlungseinheiten um fassen. Die Bestrahlungseinheiten umfassen jeweils eine Strahlquelle (insbesondere eine Laserstrahlquelle) und eine Optik mit einer oder mehreren optischen Komponen ten zum Formen und Ablenken des Strahls (z. B. Strahlaufweiter, Fokussiereinheit, Scannereinrichtung, F-Theta-Linse).
Ferner kann die Anlage eine Steuereinheit umfassen, welche konfiguriert ist zum Steuern der Komponenten der Anlage. Insbesondere kann die Steuereinheit konfigu¬ riert sein zum Steuern der Vorrichtung zum Entfernen von Pulver (beispielsweise zum Ansteuern einer Rotationsbewegung und/oder einer Translationsbewegung der Wal ze).
Die Vorrichtung zum Entfernen von Pulver kann in einer Baukammer der Anlage angeordnet sein. Insbesondere kann die Vorrichtung mit einer Pulverauftragsvorrich tung gekoppelt sein. Die Kopplung kann auf diese Weise ausgestaltet sein, dass die Vorrichtung zum Entfernen von Pulver gemeinsam mit der Pulverauftragsvorrichtung bewegt werden kann (horizontal und/oder vertikal).
Anders ausgedrückt kann die Vorrichtung an die Pulverauftragsvorrichtung gekoppelt sin, und die Anlage kann eine Bewegungsvorrichtung umfassen, welche dazu einge richtet ist, die Vorrichtung und die Pulverauftragsvorrichtung gemeinsam miteinander zu bewegen.
Insbesondere kann die Anlage eine Reinigungsstation zum Reinigen der Vorrichtung zum Entfernen von Pulver umfassen. Die Reinigungsstation kann so positioniert sein, dass die Vorrichtung zum Entfernen von Pulver zur Reinigungsstation hinbewegt werden kann und dort gereinigt werden kann. Hierfür kann die Reinigungsstation beispielsweise eine oder mehrere Düsen umfassen, mittels derer die Walze der Vor¬ richtung zum Entfernen von Pulver abgeblasen und von Pulver befreit werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Reinigungsvorrichtung auch eine Saugvorrichtung zum Absaugen der Walze sowie Abstreifer, Bürsten o. ä. mechanische Reinigungsvor richtungen aufweisen.
Die Kammer, die mit einem Unterdrück versorgt wird, kann sich auf einer dem Pul verbett zugewandten Seite der Walze befinden.
Insbesondere kann die Kammer, die mit einem Unterdrück versorgt wird, während des Betriebs der Vorrichtung das Pulverbett berühren oder zumindest dem Pulverbett unmittelbar gegenüberliegen und somit Pulver ansaugen, sodass es an der porösen Außenwand der Walze haften bleibt. Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass zum gegebenen Zeitpunkt mehrere als eine Kammer mit dem Unterdrück versorgt werden.
Die Erfindung betrifft gemäß einem dritten Aspekt ein Verfahren zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett. Das Verfahren umfasst ein Drehen einer drehbar gelagerten Walze mit poröser Außenwand. Die Walze weist eine Mehr¬ zahl von innerhalb der Walze ausgebildeten Kammern auf. Mindestens eine der Kammern weist eine Öffnung auf, welche dazu geeignet ist, die Kammer mit einem Unterdrück zu versorgen. Das Verfahren umfasst ferner ein Versorgen der mindes tens einen Kammer über ihre Öffnung mit einem Unterdrück. Insbesondere kann jede der Kammern eine Öffnung aufweisen.
Sämtliche Aspekte, die in Verbindung mit der oben geschilderten Vorrichtung bzw. der oben geschilderten Anlage diskutiert werden, können ebenfalls auf das Verfahren des dritten Aspekts angewendet werden. Anders ausgedrückt kann die Vorrichtung des ersten Aspekts und/oder die Anlage des zweiten Aspekts dazu eingerichtet sein, das Verfahren des dritten Aspekts durchzuführen.
Bezüglich der Entfernung des Pulvers kann das Verfahren zusätzlich einen oder meh reren der folgenden Aspekte aufweisen. Pulver wird aus dem Pulverbett durch den Unterdrück der mit dem Unterdrück versorgten Kammer angesaugt. Das angesaugte Pulver bleibt an der porösen Außenwand der Walze haften, zumindest so lange, wie der Unterdrück aufrechterhalten wird. Während der Unterdrück aufrechterhalten wird, wird das Pulver an den Abschnitt der porösen Außenwand der Walze gesaugt, welcher eine Wand der Kammer bildet. Das angesaugte Pulver dringt aufgrund der gewählten Porengröße nicht ins Innere der Walze ein. Während der Drehbewegung der Walze wird das Pulver weiterhin angesaugt, bis zu einem Zeitpunkt (d. h. bis zu einer Stellung der Walze), wo die jeweilige Kammer nicht mehr mit Unterdrück ver sorgt wird. Das nun nicht mehr angesaugte Pulver wird durch eine Absaugvorrich¬ tung abgesaugt und gegebenenfalls zusätzlich von der Walze abgebürstet oder abgeschabt. Zusätzlich kann an die Öffnung der jeweiligen Kammer, welche zuvor mit einem Unterdrück versorgt wurde, ein Überdruck angelegt werden, welcher das Absaugen durch die Absaugvorrichtung erleichtert. Das aufgesammelte Pulver wird somit in die Absaugvorrichtung geblasen. Der jeweilige Abschnitt der Walze ist nun wieder vom Pulver befreit und bereit, neues Pulver aus dem Pulverbett aufzuneh¬ men. Je nachdem, wie schnell die Drehung der Walze im Verhältnis zu ihrer Transla¬ tion gesteuert wird, kann die Menge des aufgenommenen Pulvers eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ zu Pulver können Partikel (z. B. Schweißspritzer) aus dem Pulverbett entfernt werden.
Die Kammern können sich entlang einer Drehachse der Walze erstrecken und jede der Kammern kann durch einen Abschnitt der porösen Außenwand begrenzt sein.
Das Versorgen mindestens einer der Kammern über ihre Öffnung mit dem Unter drück kann zu einem gegebenen Zeitpunkt über einen Anschluss zur Unterdruckver sorgung geschehen.
Die Kammer, die mit einem Unterdrück versorgt wird, kann sich auf einer dem Pul verbett zugewandten Seite der Walze befinden.
Das Verfahren kann ferner ein Absaugen von von der Walze aufgenommenen Pulver durch eine Absaugvorrichtung umfassen, wobei die Absaugvorrichtung gegenüber einer der Kammern der Walze angeordnet ist, die zum gegebenen Zeitpunkt nicht mit dem Unterdrück versorgt wird.
Das Verfahren kann ferner ein Versorgen mindestens einer der Kammern, die zum gegebenen Zeitpunkt nicht mit dem Unterdrück versorgt wird, über ihre Öffnung mit einem Überdruck zu dem gegebenen Zeitpunkt umfassen.
Der Anschluss zur Überdruckversorgung und der Anschluss zur Unterdruckversorgung können fest mit einer Halterung der Walze verbunden sein und das Verfahren kann ferner ein abwechselndes Versorgen der Kammern mit dem Überdruck und dem Unterdrück während der Drehung der Walze umfassen.
Das Verfahren kann ferner umfassen ein Drehen der Walze, sodass während der Drehung der Walze die Öffnung einer Kammer einmal vom Anschluss zur Unter druckversorgung kontaktiert wird, sodass die jeweilige Kammer mit dem Unterdrück versorgt wird und einmal vom Anschluss der Überdruckversorgung kontaktiert wird, sodass die jeweilige Kammer mit dem Überdruck versorgt wird.
Die Walze kann in Form eines Zylinders ausgebildet sein und die Öffnungen können in einer Grundfläche des Zylinders vorgesehen sein.
Es können mindestens drei Kammern innerhalb der Walze ausgebildet sein. Das Verfahren kann umfassen ein gleichzeitiges Versorgen mehrerer der Kammern mit dem Überdruck über den Anschluss zur Überdruckversorgung. Das Verfahren kann umfassen ein gleichzeitiges Versorgen mehrerer der Kammern mit dem Unterdrück über den Anschluss zur Unterdruckversorgung.
Der Anschluss zur Überdruckversorgung kann ein Langloch aufweisen, welches gleichzeitig die Öffnungen von mehreren Kammern freigibt. Der Anschluss zur Unter druckversorgung kann ein Langloch aufweisen, welches gleichzeitig die Öffnungen von mehreren Kammern freigibt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es stel len dar:
Figur 1: eine perspektivische Seitenansicht einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit einer Vorrichtung zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus dem Pulverbett der Anlage, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 2: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Entfernen von
Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett, welche das Prinzip der Technik der vorliegenden Offenbarung erläutert;
Figur 3(a): einen Querschnitt einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; Figur 3(b): eine perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung der Fig. 3(a);
Figur 3(c): eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung der Fig. 3(a) mit einer Steuerscheibe, die Langlöcher zum Anschluss von Unterdrück bzw. Überdruck umfasst;
Figur 3(d): eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung der Fig. 3(a) mit Rohrver¬ bindern zum Anschluss des Unterdrucks und des Überdrucks;
Figur 4(a): eine perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung der Fig. 3(a) mit Welle mit Nuten, Lochscheibe mit Öffnungen und Steuerscheibe mit Langlöchern;
Figur 4(b): eine perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung der Fig. 3(a) ähnlich zur Ansicht der Fig. 4(a), wobei die Welle mit Nuten entfernt wurde;
Figur 4(c): eine perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung der Fig. 3(a) ähnlich zur Ansicht der Fig. 4(b), wobei die Lochscheibe mit Öffnungen entfernt wurde; und
Figur 5: einen Schnitt durch die Vorrichtung der Fig. 3(a) entlang einer Dreh achse der Walze.
In Figur 1 wird eine Anlage 1 zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts 2 ge zeigt, wobei die Anlage 1 eine Vorrichtung 51 zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus dem Pulverbett 3 der Anlage 1 umfasst. Abgesehen von der Vorrichtung 51 handelt es sich bei der Anlage 1 um eine übliche Anlage zum selektiven Laser¬ schmelzen mit den bekannten Komponenten. Die von der Anlage 1 verwendete Technik des selektiven Laserschmelzens ist dem Fachmann wohlbekannt und wird an dieser Stelle anhand des selektiven Laserschmelzens im Pulverbett 3 lediglich kurz erläutert.
Zunächst wird eine erste Schicht Rohstoffpulver auf einen Träger 5 der Anlage 1 aufgetragen und ortsspezifisch so von einem oder mehreren Laserstrahlen 7a, 7b beleuchtet, dass gewünschte Bereiche des Pulvers verfestigt werden. Das vorliegen¬ de Beispiel zeigt eine Anlage 1 mit zwei Bestrahlungseinheiten, welche jeweils einen Laser 9a, 9b und eine Optik 11a, 11b umfassen. Somit ist die Bestrahlungseinheit, welche den Laser 9a und die Optik 11a umfasst, dazu eingerichtet, den Laserstrahl 7a auszusenden und an eine gewünschte Stelle einer obersten Pulverschicht des Pulverbetts 3 zu lenken. Ferner ist die Bestrahlungseinheit, welche den Laser 9b und die Optik 11b umfasst, dazu eingerichtet, den Laserstrahl 7b auszusenden und an eine gewünschte Stelle der obersten Pulverschicht des Pulverbetts 3 zu lenken. Die Optiken 11a, 11b umfassen jeweils Komponenten zur Strahlformung und Strahl ablenkung, wie beispielsweise Linsen, Umlenkspiegel, Scannerspiegel, etc.
Sämtliche Komponenten der Anlage 1 werden von einer Steuereinheit 13 gesteuert, insbesondere die Laser 9a, 9b, die Scannerspiegel der Optiken 11a, 11b, die Bewe¬ gung des Trägers 5 und die Funktionen der weiter unten beschriebenen Pulverauf tragsvorrichtungen 15a, 15b und der Vorrichtung 51.
Nachdem die erste Schicht Pulver wie gewünscht verfestigt wurde, wird eine weitere Schicht Pulver auf die vorherige Pulverschicht aufgetragen und es erfolgt wiederum eine Beleuchtung und Verfestigung dieser obersten Schicht.
Um einen Abstand zwischen der obersten Schicht und den optischen Einheiten stets konstant zu halten, ist es möglich, im laufenden Bauprozess den Träger 5 abzusen ken und/oder die optischen Einheiten anzuheben (entlang einer hierin als z-Richtung definierten vertikalen Richtung). Auf diese Weise wird Schicht für Schicht das herzu¬ stellende dreidimensionale Werkstück 2 aufgebaut. Anschließend kann das nicht verfestigte Pulver entfernt und gegebenenfalls wiederverwendet werden.
Eine Besonderheit der in Fig. 1 dargestellten Anlage 1 besteht darin, dass das Werk¬ stück 2 aus zwei Komponenten 2a, 2b aufgebaut wird, wofür zwei unterschiedliche Pulvermaterialien verwendet werden. Die Pulvermaterialien können sich beispielswei se durch das verwendete Pulvermaterial, aber auch durch die verwendete Korngröße des jeweiligen Pulvers unterscheiden.
Um das aus zwei Komponenten 2a und 2b bestehende Werkstück aufzubauen wird pro Werkstückschicht zunächst eine Schicht eines ersten Pulvermaterials aufgetra¬ gen, wofür eine erste Pulverauftragsvorrichtung 15a verwendet wird. Anschließend werden die Bereiche der jeweiligen Schicht des Werkstücks 2, welche aus dem ersten Pulver gebildet werden sollen, mit den Laserstrahlen 7a, 7b verfestigt. In einem nächsten Schritt wird das erste Pulvermaterial wieder aus dem Pulverbett 3 entfernt. Hierzu wird die Vorrichtung 51 verwendet. Anschließend wird das zweite Pulver mit¬ hilfe einer zweiten Pulverauftragsvorrichtung 15b aufgetragen und es werden die Bereiche der zuvor für das erste Pulver belichteten Schicht des Werkstücks 2 verfes- tigt, die aus dem zweiten Pulvermaterial bestehen sollen. In einem darauffolgenden Schritt wird der Träger 5 abgesenkt und es folgt die erneute Auftragung einer Schicht des ersten Pulvers durch die erste Pulverauftragsvorrichtung 15a.
Wie durch die Doppelpfeile in Fig. 1 angedeutet, sind die beiden Pulverauftragsvor¬ richtungen 15a und 15b horizontal über das Pulverbett 3 bewegbar, um das jeweilige Pulver aufzutragen. Die Vorrichtung 51 ist im dargestellten Beispiel fest mit der ers ten Pulverauftragsvorrichtung 15a verbunden und wird gemeinsam mit dieser be wegt. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Vorrichtung 51 nicht eine zusätzliche Bewegungseinrichtung benötigt, da sie mit der Bewegungseinrichtung bzw. den Bewegungseinrichtungen der ersten Pulverauftragsvorrichtung 15a (horizontale Be wegungseinrichtung und, optional, vertikale Bewegungsvorrichtung) bewegt werden kann. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass eine Höhenkalibrierung (d. h. Kalibrierung entlang der z-Achse) zwischen Pulverauftragsvorrichtung 15a und Vor richtung 51 entfallen kann. Ferner kann, falls im Prozess erforderlich, gleichzeitig Pulver durch die Vorrichtung 51 entfernt werden und Pulver durch die Pulverauf tragsvorrichtung 15a aufgetragen werden (wenn die Vorrichtungen 15a und 51 in der Darstellung der Fig. 1 nach rechts entlang der positiven x-Richtung bewegt und gleichzeitig betrieben werden).
Eine Gaszufuhr 17 versorgt eine Baukammer 19 der Anlage 1 mit Inertgas, sodass innerhalb der Baukammer 19 eine Inertgasatmosphäre herrscht. Ferner kann eine Gasabsaugung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die das Inertgas wieder aus der Baukammer 19 saugt, sodass ein Gasstrom durch die Baukammer 19 (insbesondere über das Pulverbett 3) erzeugt wird.
Zusätzlich oder alternativ zu der oben geschilderten Möglichkeit der Entfernung einer Pulverschicht beim Aufbau mittels zweier Pulvermaterialien kann die Vorrichtung 51 dazu verwendet werden, Partikel von der Oberfläche des Pulverbetts 3 zu entfernen. Hierbei kann es sich insbesondere um Schweißspritzer handeln, die während der Verfestigung des Pulvers durch die Laserstrahlen 7a, 7b entstehen.
Im Folgenden wird die Vorrichtung 51 zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett 3 im Detail erläutert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung 51 zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett 3. Anhand der Fig. 2 kann das Prinzip der Technik der vorliegenden Offenbarung erläutert werden. Das Grundprinzip der Vorrichtung 51 (im Folgenden auch „Saugwalze") besteht da rin, dass ein poröses (insbesondere mikroporöses) Rohr (z. B. bestehend aus Sinter¬ material oder Gewebe wie Filz oder ein Rohr mit feinen Bohrungen) mit Hilfe innerer Druckunterschiede definiert Pulver aufnimmt und wieder abgibt. Das poröse Rohr stellt eine poröse Außenwand 53 einer Walze 54 dar.
Im Betrieb walzt die Walze 54 in sehr geringe Entfernung über das Pulverbett 3, vollführt dabei eine kombinierte Rotationsbewegung und Translationsbewegung und erzeugt dabei eine „Schnitt"-Geschwindigkeit wie bei der Zerspanung (z. B. Fräsen). Anders ausgedrückt, sind die Rotationsgeschwindigkeit und die Translationsge¬ schwindigkeit der Walze 54 durch die Steuereinheit 13 beliebig einstellbar. Beispiels¬ weise können diese Geschwindigkeiten so eingestellt werden, dass die Translationsgeschwindigkeit der Rotationsgeschwindigkeit entspricht, mit der die Außenwand 53 der Walze 54 über das Pulverbett walzt. Auf diese Weise kann exakt eine Lage Pulver abgetragen werden. Die Walze 54 kann jedoch im Verhältnis zur Translation auch schneller oder langsamer rotieren, was beispielsweise ein Steuern der Menge des abgetragenen bzw. entfernten Pulvers ermöglicht.
Aufgenommen wird das Pulver indem innerhalb der Walze 54 im unteren Bereich ein Unterdrück herrscht („-p"), welcher die Pulverpartikel aus dem Pulverbett 3 ansaugt. Dabei verfangen sich die Partikel im porösen Rohr 53 und beschränken somit die lokale Aufnahmefähigkeit der Walze 54, sodass nur eine definierte Schichttiefe auf¬ genommen wird. Im oberen Bereich herrscht innerhalb der Walze 54 ein optionaler Überdruckbereich („+p"), welcher dafür sorgt, dass die aufgenommenen Pulverparti¬ kel aus der Walze 54 abgestoßen werden. Zusätzlich befindet sich über der Walze 54 ein Absaugtrichter (im Folgenden auch: Absaugvorrichtung 69) mit einer Unterdruck strömung („-p"), welcher das abgestoßene Pulver abführt.
Der Unterdruckbereich und Überdruckbereich sind durch eine feststehende Wandung 52 in zwei etwa gleich große Kammern getrennt. Die Walze 54 ist durch eine rotie¬ rende poröse Außenwand 53 gebildet.
Alternativ zum oben geschilderten Prinzip mit Überdruckbereich („+p") kann der Überdruckbereich auch weggelassen werden und beispielsweise ersetzt werden durch einen Bereich, in dem Atmosphärendruck herrscht. Mit Atmosphärendruck ist hierbei ein Druck innerhalb der Baukammer 19 der Anlage 1 gemeint. Ferner kann ein zusätzliches Mittel zum Entfernen des Pulvers im Bereich der Absaugvorrichtung 69 vorgesehen sein, beispielsweise eine Bürste oder ein Schaber.
Die Figuren 3(a) bis (d) zeigen unterschiedliche Ansichten einer Vorrichtung 51 zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett 3.
Fig. 3(a) zeigt einen Querschnitt durch die Walze 54 senkrecht zu ihrer Rotationsach¬ se. Fig. 3(b) zeigt eine perspektivische Schnittansicht und die Figuren 3(c) und 3(d) zeigen perspektivische Ansichten, auf denen weitere Komponenten der Vorrichtung 51 dargestellt sind.
Erreicht werden die in Fig. 2 dargestellten Druckbereiche innerhalb der Walze 54 durch einen Mehrkammeraufbau. Der Kern der Walze 54 besteht aus einer längs genuteten Welle 55, auf welcher das poröse Rohr als poröse Außenwand 53 der Walze 54 sitzt. Die Welle 55 dreht sich gemeinsam mit der Walze 54 und somit ge¬ meinsam mit der porösen Außenwand 53. Anders ausgedrückt behalten die innerhalb der Walze 54 gebildeten Kammern 59 „ihren" Abschnitt der porösen Außenwand 53 der Walze 54 bei. Die Position der Kammern 59 im Verhältnis zur Außenwand 53 der Walze 54 bleibt somit unverändert.
Die Wandungen zwischen den Kammern 59 sind an ihrem Übergang zur porösen Außenwand 53 möglichst schmal. Flierdurch wird auch im Bereich der Wandungen an der Außenwand ein ausreichender Unterdrück erzeugt.
Ein unterer Bereich der Walze 54 ist dem Pulverbett 3 zugewendet und Kammern 59, welche sich in diesem unteren Bereich befinden, werden mit dem Unterdrück ver sorgt. Angrenzend an einen oberen Bereich der Walze 54 befindet sich eine Absaug¬ vorrichtung 69, mittels der das an die Außenwand 53 der Walze 54 angesaugte Pulver wieder abgesaugt und einem Sammelbehälter (nicht dargestellt) zugeführt werden kann. Die Kammern 59, welche der Absaugvorrichtung 69 gegenüberliegen, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Überdruck versorgt. Alterna¬ tiv kann in ihnen Atmosphärendruck herrschen.
Am Ende der Walze 54 sitzt eine Platte (Lochplatte) mit Öffnungen 57 (z. B. Bohrun¬ gen, siehe Fig. 3(c)) an den Stellen, wo die Nuten der Welle 55 enden. Diese Platte ist mit der Walze 54 verbunden und dreht sich mit der Walze 54 mit. Im Gehäuse, welches eine Halterung 61 für die Walze 54 darstellt, schließt an die Lochplatte eine sogenannte Steuerscheibe 63 an. Die Steuerscheibe 63 bildet Teil eines Anschlusses für einen Überdruck und eines Anschlusses für einen Unterdrück. Innerhalb der Steuerscheibe 63 befinden sich zwei gebogene Langlöcher 65. Die Langlöcher 65 sind entlang eines Kreisbogens gebogen, wobei ein Mittelpunkt des Kreisbogens einem Schnittpunkt der Drehachse der Walze 54 mit der Steuerscheibe 63 bildet. Die Langlöcher 65 sind jeweils so ausgebildet, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt gleichzeitig mehrere der Öffnungen 57 freigegeben sind. Somit können zum gegebe¬ nen Zeitpunkt mehrere der Kammern 59 mit einem Unterdrück versorgt werden. Ebenso können gleichzeitig mehre der Kammern 59 mit einem Überdruck versorgt werden.
Die Kontaktierung der Langlöcher 65 geschieht über Rohrverbinder 67a, 67b (siehe Fig. 3(d)).
In den Figuren sind aus Gründen der Anschaulichkeit nicht sämtliche der oben ge¬ nannten Elemente mit einem eigenen Bezugszeichen versehen, sondern teilweise jeweils nur eines der Elemente (z. B. ist nur eine der Kammern 59 mit einem eigenen Bezugszeichen versehen).
Ferner kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Anschluss zur Überdruckversor gung weggelassen werden und stattdessen ein Anschluss zur Atmosphäre hin vor handen sein. Hierfür kann beispielsweise der obere Rohrverbinder 67b zur Atmosphäre hin geöffnet bleiben.
Diesbezüglich sei darauf hingewiesen, dass der Rohrverbinder 67a des Anschlusses zur Unterdruckversorgung mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks (nicht dargestellt) verbunden ist, beispielsweise mittels eines Rohrs oder Schlauchs. Diese Einrichtung kann als Teil der Vorrichtung 51 verstanden werden. Bei der Ein richtung zum Erzeugen eines Unterdrucks kann es sich beispielsweise um eine Vaku¬ umpumpe handeln. Hierbei kann es sich um eine Vakuumpumpe handeln, die auch noch andere Elemente der Anlage 1 mit einem Unterdrück versorgt. Auf ähnliche Weise ist der Rohrverbinder 76b des Anschlusses zur Überdruckversorgung mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks (nicht dargestellt) verbunden, beispiels¬ weise mittels eines Rohrs oder Schlauchs. Diese Einrichtung kann als Teil der Vorrich¬ tung 51 verstanden werden. Bei der Einrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks kann es sich beispielsweise um eine Pumpe oder ein Gebläse handeln. Hierbei kann es sich um eine Pumpe handeln, die auch noch andere Elemente der Anlage 1 mit einem Überdruck versorgt. Die gesamte Vorrichtung 51 mit Gehäuse (Halterung 61) und Absaugvorrichtung 69 ist an die Pulverauftragsvorrichtung 15a montiert und wird gemeinsam mit dieser über das Pulverbett 3 bewegt.
Die Figuren 4(a) bis (c) zeigen weitere Schnittansichten der Vorrichtung 51 der Figu ren 3(a) bis (d). Zur verbesserten Anschaulichkeit wurde in der Fig. 4(b) die Welle 55 entfernt und in Fig. 4(c) wurde zusätzlich die Lochplatte mit den Öffnungen 57 der Kammern 59 weggelassen. Zwischen der Lochplatte mit den Öffnungen 57 und der Steuerscheibe 63 kann sich eine Dichtung (z. B. in Form eines Teflonrings) befinden, welche verhindert, dass Pulver aus dem Pulverbett ins Innere der Walze und/oder der Unterdruckleitung eindringt.
Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung 51 der Figuren 3(a) bis (d) ent¬ lang einer Drehachse der Walze 54. In Fig. 5 ist erkennbar, dass die Absaugvorrich tung 69 einen trichterförmigen Abschnitt aufweist.
Ferner ist erkennbar, dass die Anschlüsse für Unterdrück und Überdruck an einem Ende 71 der Walze 54 angeordnet sind. Am anderen, gegenüberliegenden Ende 73 der Walze 54 ist ein Aktor (z. B. Servomotor oder Schrittmotor, nicht dargestellt) vorgesehen, der die Rotation der Walze 54 antreibt. Der Aktor wird von der Steuer einheit 13 angesteuert.
Alternativ zu einem elektrisch betriebenen Aktor kann die Walze 54 durch die von den jeweiligen Anschlüssen für Unterdrück und Überdruck bereitgestellten Druckun terschiede angetrieben werden. Ferner kann die Walze 54 über das Pulver gerollt werden und mittels der dadurch entstehenden Reibung in Rotation versetzt werden.
Im Betrieb trägt die Vorrichtung 51 eine definierte Menge von Pulver aus dem Pul¬ verbett 3 auf die folgende Weise ab.
Die Kammern 59, welche sich im unteren, dem Pulverbett 3 zugewandten Bereich der Walze 54 befinden, werden mithilfe der Steuerscheibe 63 (genauer gesagt, über die Langlöcher 65 der Steuerscheibe 63) mit einem Unterdrück versorgt. Wie in Fig. 3(c) ersichtlich ist, können beispielsweise drei Kammern 59 gleichzeitig kontaktiert werden und mit Unterdrück versorgt werden. An den porösen Außenwänden 53 dieser Kammern 59 (d. h. an den Bereichen der porösen Außenwand 53, welche die Außenwände dieser Kammern 59 bildet), wird Pulver aus dem Pulverbett 3 ange¬ saugt. Auf der Walze 54 bildet sich eine Pulverschicht einer definierten Dicke. Das so angesaugte Pulver wird durch die Rotation der Walze 54 ins Innere der Vorrichtung 51 transportiert und in Richtung der Absaugvorrichtung 69 transportiert. Auf diesem Weg verlieren die Kammern 59 ihren Unterdrück und werden anschließend durch das obere Langloch 65 der Steuerscheibe 63 mit Überdruck versorgt. Das aufgesaugte Pulver wird somit von der Walze 54 gepustet. Dies geschieht in einem (oberen) Be¬ reich der Vorrichtung 51, wo sich die Absaugvorrichtung 69 befindet. Dort wird das Pulver abgesaugt und einem Sammelbehälter (nicht dargestellt) zugeführt.
Die somit wieder vom Pulver befreite Walze 54 dreht sich weiter und kann neues Pulver aus dem Pulverbett 3 aufnehmen.
Wie oben geschildert, sind die beiden Langlöcher 65 der Steuerscheibe 63 so ausge¬ staltet, dass sie gleichzeitig mehrere der Kammern 59 mit Unterdrück bzw. mit Über¬ druck versorgen können. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur eine Kammer 59 mit Unterdrück und immer nur eine Kammer 59 mit Überdruck versorgt.
Ferner sind beliebige Möglichkeiten der Kontaktierung der Kammern 59 mit Unter drück bzw. mit Überdruck möglich. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Walze 54 über eine Grundfläche des von der Walze 54 gebildeten Zylinders kontak¬ tiert.
Alternativ kann eine Kontaktierung in der Halterung 61 durch nach innen (zur Walze 54 hin) gerichtete Anschlüsse erreicht werden. Als weitere Alternative kann die Walze 54 auf einer Achse gedreht werden, welche fest mit der Halterung 61 verbunden ist. Die Achse weist einen Hohlraum zum Kontaktieren einer oder mehrerer der Kammern 59 mit einem Unterdrück auf. Hierfür weist der Hohlraum eine oder mehrere radial nach außen gerichtete Öffnungen auf. Auf ähnliche Weise kann sich ein Hohlraum in der Achse zum Kontaktieren einer oder mehrerer der Kammern 59 mit dem Über druck befinden. Auch dieser Hohlraum weist einen oder mehrere radial nach außen gerichtete Öffnungen auf.
Mit der oben geschilderten Technik kann es ermöglicht werden, eine definierte Men ge an Pulver auf zuverlässige Weise aus einem Pulverbett zu entnehmen. Alternativ oder zusätzlich können Partikel wie z. B. Schweißspritzer entfernt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (51) zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett (3), umfassend: eine drehbar gelagerte Walze (54) mit poröser Außenwand (53); und eine Mehrzahl von innerhalb der Walze (54) ausgebildeten Kammern (59), einen Anschluss zur Unterdruckversorgung, welcher dazu eingerichtet ist, zu einem gegebenen Zeitpunkt mindestens eine der Kammern (59) mit einem Unter drück zu versorgen, wobei die mindestens eine der Kammern (59) eine Öffnung (57) aufweist, welche dazu geeignet ist, die Kammer (59) mit dem Unterdrück zu versorgen.
2. Vorrichtung (51) nach Anspruch 1, wobei sich die Kammern (59) entlang einer Drehachse der Walze (54) erstrecken und jede der Kammern (59) durch einen Ab schnitt der porösen Außenwand (53) begrenzt wird.
3. Vorrichtung (51) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Absaugvorrichtung (69) zum Absaugen von von der Walze (54) aufge nommenem Pulver, wobei die Absaugvorrichtung (69) gegenüber einer der Kammern (59) der Walze (54) angeordnet ist, die zum gegebenen Zeitpunkt nicht mit dem Unterdrück versorgt wird.
4. Vorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Anschluss zur Unterdruckversorgung fest mit einer Halterung (61) der Walze (54) verbunden ist, und wobei die Kammern (59) drehfest mit der Walze verbunden sind und jede Kam¬ mer eine Öffnung (57) aufweist, welche dazu geeignet ist, die Kammer (59) mit einem Überdruck oder einem Unterdrück zu versorgen, und die Versorgung und die Kammern so ausgestaltet sind, dass während der Drehung der Walze (54) die Kam¬ mern (59) mit dem Unterdrück versorgt werden.
5. Vorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: einen Anschluss zur Überdruckversorgung, welcher dazu eingerichtet ist, zu dem gegebenen Zeitpunkt mindestens eine der Kammern (59), die zum gegebenen Zeitpunkt nicht mit dem Unterdrück versorgt wird, über ihre Öffnung (57) mit einem Überdruck zu versorgen.
6. Vorrichtung (51) nach den Ansprüchen 4 und 5, wobei der Anschluss zur Überdruckversorgung fest mit der Halterung (61) der Walze (54) verbunden ist, und wobei die Versorgung und die Kammern so ausgestaltet sind, dass während der Drehung der Walze (54) die Kammern (59) abwechselnd mit dem Unterdrück und dem Überdruck versorgt werden.
7. Vorrichtung (51) nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (51) so ausgestaltet ist, dass während der Drehung der Walze (54) die Öffnung (57) einer Kammer (59) einmal vom Anschluss zur Unterdruckversorgung kontaktiert wird, sodass die jeweili¬ ge Kammer (59) mit dem Unterdrück versorgt wird und einmal vom Anschluss der Überdruckversorgung kontaktiert wird, sodass die jeweilige Kammer (59) mit dem Überdruck versorgt wird.
8. Vorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Walze (54) in Form eines Zylinders ausgebildet ist und die Öffnung oder Öffnungen (57) in einer Grundfläche des Zylinders vorgesehen ist/sind.
9. Vorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens drei Kammern (59) innerhalb der Walze (54) ausgebildet sind, wobei der optionale Anschluss zur Überdruckversorgung so ausgestaltet ist, dass er gleichzeitig mehrere der Kammern (59) mit dem Überdruck versorgt und/oder wobei der Anschluss zur Unterdruckversorgung so ausgestaltet ist, dass er gleichzeitig mehrere der Kammern (59) mit dem Unterdrück versorgt.
10. Vorrichtung (51) nach Anspruch 9, wobei der optionale Anschluss zur Überdruckversorgung ein Langloch (65) aufweist, welches gleichzeitig die Öffnungen (57) von mehreren Kammern (59) frei¬ gibt und/oder wobei der Anschluss zur Unterdruckversorgung ein Langloch (65) aufweist, welches gleichzeitig die Öffnungen (57) von mehreren Kammern (59) freigibt.
11. Vorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: eine innerhalb der Walze (54) verlaufende Welle (55), wobei die Mehrzahl der
Kammern (59) durch eine Mehrzahl von in der Welle (55) ausgebildeten Nuten aus gebildet ist.
12. Anlage (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks, umfassend: einen Träger (5) zum Aufnehmen von Pulver in mehreren Schichten, sodass ein Pulverbett (3) entsteht, mindestens eine Pulverauftragsvorrichtung (15a, 15b), zum Aufträgen des Pulvers auf den Träger (5), und mindestens eine Bestrahlungseinheit zum Bestrahlen einer obersten Pulver schicht des Pulverbetts (3) an vorbestimmten Positionen, und die Vorrichtung (51) zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Anlage (1) nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung (51) an die Pulverauf¬ tragsvorrichtung (15a) gekoppelt ist, und wobei die Anlage (1) eine Bewegungsvor¬ richtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung (51) und die Pulverauftragsvorrichtung (15a) gemeinsam miteinander zu bewegen.
14. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die Kammer (59), die mit einem Unterdrück versorgt wird, sich auf einer dem Pulverbett (3) zugewandten Seite der Walze (54) befindet.
15. Verfahren zum Entfernen von Pulver und/oder Partikeln aus einem Pulverbett (3), umfassend:
Drehen einer drehbar gelagerten Walze (54) mit poröser Außenwand (53), wobei die Walze (54) eine Mehrzahl von innerhalb der Walze (54) ausgebildeten Kammern (59) aufweist, wobei mindestens eine der Kammern (59) eine Öffnung (57) aufweist, welche dazu geeignet ist, die Kammer (59) mit einem Unterdrück zu ver¬ sorgen; und
Versorgen der mindestens einen Kammer (59) über ihre Öffnung (57) mit dem Unterdrück.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017127989A (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 平坦化装置
US20190084232A1 (en) * 2017-09-19 2019-03-21 Concept Laser Gmbh Application unit

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008246787A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Fujifilm Corp 溶媒吸収装置及び画像形成装置
TWI678274B (zh) 2014-04-30 2019-12-01 荷蘭商荷蘭Ｔｎｏ自然科學組織公司 用以藉由分層製造技術製作有形產品之方法及生產線
CN205736028U (zh) * 2016-05-06 2016-11-30 广东汉邦激光科技有限公司 供粉装置
KR20180107861A (ko) * 2017-03-23 2018-10-04 (주)컨셉션 레이저 3d 프린터 기술 기반 와이퍼형 호퍼를 이용한 최적분말 공급장치
WO2019066781A1 (en) 2017-09-26 2019-04-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. CURTAINS FOR TRANSPORTING ADDITIVE MANUFACTURING CONSTRUCTION MATERIAL
CN209888173U (zh) * 2019-03-15 2020-01-03 南京绿色增材智造研究院有限公司 3d打印构件
WO2020237142A1 (en) 2019-05-23 2020-11-26 General Electric Company Additive manufacturing recoat assemblies including a vacuum and methods for using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017127989A (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 平坦化装置
US20190084232A1 (en) * 2017-09-19 2019-03-21 Concept Laser Gmbh Application unit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2022223603A1 *

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JP7675848B2 (ja) 2025-05-13
CN117120187B (zh) 2026-01-06
JP2024521008A (ja) 2024-05-28
US20240157445A1 (en) 2024-05-16

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