WO2019052802A1 - Verfahren zur generativen herstellung von bauteilen sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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WO2019052802A1
WO2019052802A1 PCT/EP2018/073063 EP2018073063W WO2019052802A1 WO 2019052802 A1 WO2019052802 A1 WO 2019052802A1 EP 2018073063 W EP2018073063 W EP 2018073063W WO 2019052802 A1 WO2019052802 A1 WO 2019052802A1
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powder bed
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powder
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Johannes Casper
Martin Leuterer
Michael Ott
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for generatively producing components by irradiating a powder bed disposed on a platform extending in a plane spanned by an X direction and a Y direction by selectively directing a laser beam to a processing area of the powder bed surface the selectively irradiated processing area is inductively preheated using at least one induction coil of a heating device by the at least one induction coil within a substantially parallel to the powder bed extending plane by methods in the X direction and / or in the Y direction in the immediate vicinity of the processing area is moved. Furthermore, the present invention relates to a corresponding device for the generative production of components.
  • SLM Selective Laser Melting
  • a powdered material is applied in layers and locally melted or sintered using a laser beam in a processing area, which is often referred to as build-up and joining zone, to build the component gradually, using as a laser source, a C0 2 laser , an Nd: Yag laser, a Yb fiber laser or a diode laser can be used.
  • a heating device be used for preheating the powder.
  • At least one induction coil can be used, which can be moved within a directly between the beam source and the powder bed level, which extends substantially parallel to the powder bed by moving in the X direction and / or in the Y direction in the immediate vicinity of the processing area.
  • two intersecting, each U-shaped induction coils are provided, of which one is movable only in the X direction and the other only in the Y direction.
  • the processing area to which the laser beam is directed is always selected in the crossing region of the two induction coils.
  • a disadvantage in the constructive realization of the device described in WO 2013/152751 AI can occur when there are size restrictions with respect to the platform and the housing of the device, since the heater including their high frequency coils and movement arms has a size not to be underestimated. This can lead to some points of the powder bed surface being shaded by components of the heating device, for example by one of the coil arms or by one of the high-frequency coil feeds to the actual induction coils, so that these points are not accessible to the laser beam or any process monitoring that may be present.
  • the present invention provides a method of the type mentioned, which is characterized in that the laser beam using a
  • Scanning device is directed to the powder bed surface, and that the platform in the processing of predetermined portions of the processing area in the X direction and / or in the Y direction to avoid collision of the laser beam with a component of the heater.
  • a scanning device is understood to mean a device which deflects the laser beam in different directions of emission so as to be able to direct the laser beam to any desired point on the surface of the powder bed.
  • the use of such a scanning device is known per se in the prior art. It basically has the significant advantage that all areas of the powder bed surface can be processed without having to move the laser beam source or the platform.
  • the heating device arranged between the scanning device and the platform, however, when irradiating some subsections or points of the powder bed surface, ie at certain emission angles of the scanning device, as already described above, the subregions or spots may be shaded by a component of the heating device.
  • the platform is moved according to the invention in the X direction and / or in the Y direction while changing the radiation angle required for processing this partial area such that the accessibility of the partial area or point is given for the laser beam.
  • a first induction coil which is movable at least in a first direction
  • a second induction coil for preheating the processing area is used, which is movable at least in a second direction, which extends in particular orthogonal to the first direction
  • the first induction coil and the second induction coil can be arranged one above the other and crossing one another or in a common plane into one another or vertically one above the other at each point of a plane extending above and parallel to the powder bed surface.
  • a larger first induction coil which is elongate and substantially U-shaped, the platform spanned in the Y direction and movable in the X direction, and a smaller second induction coil for preheating the processing area used is arranged above or in a common plane within or below the first induction coil and is movable in the X direction and in the Y direction, wherein the movement in the X direction can be coupled to the movement of the first induction coil.
  • the preheating temperature by changing the
  • the preheating temperature can be optimally adapted in particular to the material to be processed.
  • an actual temperature of the powder bed in the processing area or a variable representing it physically is recorded continuously or at regular time intervals, and the preheating temperature is based on the actual values recorded relative to a desired value regulated. In this way, the constancy of the process is improved.
  • the present invention provides a device for the generative production of components, comprising a powder bed space with a platform extending in a plane spanned by an X direction and a Y direction, in particular movable in a Z direction, a powder feed device , which is adapted to supply powder to the platform and to apply the supplied powder in a uniform powder layer thereon, a laser beam source and a scanning device, which are designed to be able to selectively irradiate a surface of a powder bed disposed on the platform in the powder bed space, a heater having at least one induction coil disposed within an X direction and / or Y within a plane disposed between the scanning device and the powder bed substantially parallel to the platform Direction, and at least one controller for controlling the movements of the platform and the at least one induction coil and for controlling the powder feeder, the laser beam source and the scanning device, wherein the platform is movable in the X direction and in the Y direction.
  • a first induction coil which is movable at least in a first direction
  • a second induction coil provided, which is movable at least in a second direction, which extends in particular orthogonal to the first direction, wherein the first induction coil and the second induction coil on each other and crossing one another or in a common plane into one another or vertically above each other at any point of a plane extending above and parallel to the powder bed surface.
  • a larger first induction coil which is longitudinal and substantially U-shaped, the platform spanned in the Y direction and is movable in the X direction, and a smaller second induction coil provided above or in a common plane within or below the first induction coil arranged in the X direction and in the Y direction is movable, wherein the movement in the X direction may be coupled to the movement of the first induction coil.
  • the preheating temperature is adjustable by varying the power of the at least one induction coil and / or by varying a distance between the at least one induction coil and the surface of the powder bed.
  • at least one means is provided for detecting an actual preheating temperature of the powder bed in a processing area or a physically representing quantity, for example in the form of a pyrometer, a thermal imager or the like, and the controller is set to preheat the temperature based on the detected actual values to regulate based on a desired value.
  • the controller is advantageously designed for carrying out a method according to the invention of the type described above.
  • FIG. 1 Therein is a schematic plan view of a device for the generative production of components according to an embodiment of the present invention; a schematic side view of the device in the direction of arrow II in Figure 1 and a schematic side view of Figure 2, in which a platform of the device is in a different position.
  • the figures show a device 1 for the generative production of components.
  • the device 1 comprises a powder bed space 2, which can be moved at least in an X direction, in particular in an X direction and in a Y direction.
  • a platform 3 which extends within a plane spanned by the X direction and the Y direction and can be moved up and down in a Z direction within the powder bed space 2.
  • the device 1 further comprises a laser beam source 6, which may be a C0 2 laser, a Nd: Yag laser, a Yb fiber laser or a diode laser.
  • the laser beam source 6 is connected via a beam guide 7 to a scanning device 8 arranged above the platform 3, which is designed to selectively irradiate a surface of a powder bed arranged on the platform 3. Furthermore, a heating device 9 is provided which is designed for the selective preheating of the powder to be melted or sintered.
  • the heating device 9 comprises two induction coils 10 and 11.
  • the induction coil 10 is a larger induction coil, which is elongated and substantially U-shaped, the platform 3 spans in the Y direction and in the X direction along a ers - tenth guide 12 can be moved back and forth.
  • the induction coil 11 is formed smaller than the induction coil 10, in this case arranged above the induction coil 10 and in the X direction along the first guide 12 and in the Y direction along a second guide 13 movable, wherein the movement of the induction coil 11 in the X direction with the movement of the induction coil 10 may be coupled in the X direction to save a drive.
  • the apparatus 1 further comprises a means 14, for example in the form of a pyrometer, for detecting an actual preheating temperature of the powder bed in a processing area or for detecting a quantity which physically represents the actual preheating temperature. Further, a controller 15 for controlling the movements of the platform 3 and the powder bed space 2, the powder dispenser 4, the doctor blade 5, the laser beam source 6, the scanning device 8 and the heater 9 is provided.
  • the laser beam 16 generated by the laser beam source 6 is directed by the controller 15 in a conventional manner via the Scaneinrich- device 8 on the powder bed surface to selectively melt or sinter powder according to the desired component structure.
  • the induction coil 11 is always viewed from above within the induction coil 10 and the laser beam is directed substantially centrally into the area defined by the induction coil 10 range.
  • Heating device 9 caused preheating can be by changing the power of the induction coils 10 and 11th
  • an actual temperature of the powder bed in the processing area is detected using the pyrometer 12 and regulated based on a stored in the controller 15 target temperature value.
  • a point to be melted or sintered on the surface of the powder layer may be formed by a component of the powder layer Heating device 8, in this case by the high-frequency coil feeds of the induction coil 11, shaded so that it is not accessible to the laser beam 16.
  • the controller 15 is programmed according to the invention such that the powder bed space 2 is moved together with its platform 3 for processing such points of the powder bed surface within the XY plane, as shown in Figure 3, to the accessibility for the To ensure laser beam.
  • An essential advantage of the structure of the device 1 described above is that, despite the heating device 9 arranged between the scanning device 8 and the platform 3, each point on the surface of the powder bed can be processed by the platform 3 being shaded inside the surface XY plane is moved to a suitable position in which both a preheating of the point by the heater 9 and a processing of the point with the laser beam 16 can be done without shading. Only slight structural enlargements of the device 1 are to be accepted.
  • the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. So it should be clear that the shape and size of the induction coils 10 and 11 can be suitably changed. The same applies to their relative orientation to each other, as long as they are arranged one inside the other or crossing or covering one another. Likewise, it is of course possible to equip the heating device 9 with only a single induction coil.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch Bestrahlen eines auf einer Plattform (3) angeordneten, sich in einer durch eine X-Richtung und einer Y-Richtung aufgespannten Ebene erstreckenden Pulverbetts, indem ein Laserstrahl (16) selektiv auf einen Bearbeitungsbereich der Pulverbettoberfläche gerichtet wird, während der selektiv bestrahlte Bearbeitungsbereich induktiv unter Verwendung wenigstens einer Induktionsspule (10, 11) einer Heizeinrichtung (9) vorgewärmt wird, indem die wenigstens eine Induktionsspule (10, 11) innerhalb einer sich im Wesentlichen parallel zum Pulverbett erstreckenden Ebene durch Verfahren in X-Richtung und/oder in Y-Richtung in unmittelbare Umgebung des Bearbeitungsbereiches bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (16) unter Verwendung einer Scaneinrichtung (8) auf die Pulverbettoberfläche gerichtet wird, und dass die Plattform (3) bei der Bearbeitung vorbestimmter Teilbereiche des Bearbeitungsbereiches in X-Richtung und/oder in Y-Richtung bewegt wird, um eine Kollision des Laserstrahls (16) mit einer Komponente der Heizeinrichtung (9) zu vermeiden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch Bestrahlen eines auf einer Plattform angeordneten, sich in einer durch eine X- Richtung und einer Y-Richtung aufgespannten Ebene erstreckenden Pulverbetts, indem ein Laserstrahl selektiv auf einen Bearbeitungsbereich der Pulverbettoberfläche gerichtet wird, während der selektiv bestrahlte Bearbeitungsbereich induktiv unter Verwendung wenigstens einer Induktionsspule einer Heiz- einrichtung vorgewärmt wird, indem die wenigstens eine Induktionsspule innerhalb einer sich im Wesentlichen parallel zum Pulverbett erstreckenden Ebene durch Verfahren in X-Richtung und/oder in Y-Richtung in unmittelbare Umgebung des Bearbeitungsbereiches bewegt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen.
Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen sind im Stand der Technik bekannt, wie das selektive Laserschmelzen (SLM Selective Laser Melting) , um nur ein Beispiel zu nennen. Bei derartigen Verfahren wird ein pulverförmiger Werkstoff schichtweise aufgetragen und unter Einsatz eines Laserstrahls in einem Bearbeitungsbereich, der häufig auch als Aufbau- und Fügezone bezeichnet wird, lokal geschmolzen oder gesintert, um das Bauteil nach und nach aufzubauen, wobei als Laserquelle ein C02-Laser, ein Nd : Yag-Laser, ein Yb-Faserlaser oder ein Diodenlaser eingesetzt werden kann.
Bei der Bearbeitung von schwer oder nicht schmelz- bzw.
schweißbaren Werkstoffen bietet es sich an, das Pulver vor dem lokalen Schmelzen oder Sintern vorzuwärmen, um insbesondere der so genannten Heißrissbildung vorzubeugen. In diesem Zusammenhang schlägt beispielsweise die WO 2013/152751 AI vor, zur Vorwärmung des Pulvers eine Heizeinrichtung mit zu- mindest einer Induktionsspule einzusetzen, die innerhalb einer zwischen der Strahlquelle und dem Pulverbett angeordneten Ebene, die sich im Wesentlichen parallel zum Pulverbett erstreckt, durch Verfahren in X-Richtung und/oder in Y-Richtung in die unmittelbare Umgebung des Bearbeitungsbereiches bewegt werden kann. Gemäß einer beschriebenen Ausführungsform sind zwei einander kreuzende, jeweils U- förmig ausgebildete Induktionsspulen vorgesehen, von denen die eine ausschließlich in X-Richtung und die andere ausschließlich in Y-Richtung verfahrbar ist. Der Bearbeitungsbereich, auf den der Laserstrahl gerichtet wird, ist hierbei stets im Kreuzungsbereich der beiden Induktionsspulen gewählt.
Ein Nachteil bei der konstruktiven Realisierung der in der WO 2013/152751 AI beschriebenen Vorrichtung kann dann auftreten, wenn es bezüglich der Plattform und der Einhausung der Vorrichtung größenmäßige Beschränkungen gibt, da die Heizeinrichtung einschließlich ihrer Hochfrequenzspulen und Bewegungsarme eine nicht zu unterschätzende Baugröße aufweist. Dies kann dazu führen, dass einige Punkte der Pulverbettoberfläche durch Komponenten der Heizeinrichtung, wie beispielsweise durch einen der Spulenarme oder durch eine der Hochfrequenzspulenzuführungen zu den eigentlichen Induktionsspulen abgeschattet werden, so dass diese Punkte für den Laserstrahl oder eine ggf. vorhandene Prozessüberwachung nicht zugänglich sind .
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren sowie eine alternative Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen .
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekenn- zeichnet ist, dass der Laserstrahl unter Verwendung einer
Scaneinrichtung auf die Pulverbettoberfläche gerichtet wird, und dass die Plattform bei der Bearbeitung vorbestimmter Teilbereiche des Bearbeitungsbereiches in X-Richtung und/oder in Y-Richtung bewegt wird, um eine Kollision des Laserstrahls mit einer Komponente der Heizeinrichtung zu vermeiden.
Unter einer Scaneinrichtung wird vorliegend eine Einrichtung verstanden, die den Laserstrahl in unterschiedlichen Abstrahlrichtungen ablenkt, um den Laserstrahl auf diese Weise auf jeden gewünschten Punkt der Pulverbettoberfläche richten zu können. Die Verwendung einer solchen Scaneinrichtung ist im Stand der Technik an und für sich bekannt. Sie bringt grundsätzlich den wesentlichen Vorteil mit sich, dass sämtliche Bereiche der Pulverbettoberfläche bearbeitet werden können, ohne hierzu die Laserstrahlquelle oder die Plattform bewegen zu müssen. In Kombination mit der zwischen der Scaneinrichtung und der Plattform angeordneten Heizeinrichtung kann es allerdings beim Bestrahlen einiger Teilbereiche oder Punkte der Pulverbettoberfläche, also bei bestimmten Abstrahlwinkeln der Scaneinrichtung wie zuvor bereits beschrieben dazu kommen, dass die Teilbereiche oder Punkte von einer Komponente der Heizeinrichtung abgeschattet werden. Zur Bearbeitung eines solchen Teilbereiches oder Punktes wird die Plattform erfindungsgemäß in X-Richtung und/oder in Y-Richtung unter Veränderung des zur Bearbeitung dieses Teilbereiches erforderlichen Abstrahlwinkels derart bewegt, dass die Zugänglichkeit des Teilbereiches oder Punktes für den Laserstrahl gege- ben ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine erste Induktionsspule, die zumindest in einer ersten Richtung bewegbar ist, und eine zweite Induktionsspule zur Vorwärmung des Bearbeitungsbereiches eingesetzt, die zumindest in einer zweiten Richtung bewegbar ist, die sich insbesondere orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, wobei die erste Induktionsspule und die zweite Induktionsspule übereinander und einander kreuzend oder in einer gemeinsamen Ebene ineinander oder vertikal übereinander an jedem Punkt einer sich oberhalb und parallel zu der Pulverbettoberfläche erstreckenden Ebene angeordnet werden können. Auf diese Weise wird ein einfacher Aufbau der Heizeinrichtung bei kleiner Bauweise gewährleistet.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine größere erste Induktionsspule, die länglich und im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, die Plattform in Y- Richtung überspannt und in X-Richtung bewegbar ist, und eine kleinere zweite Induktionsspule zur Vorwärmung des Bearbeitungsbereiches eingesetzt, die oberhalb oder in einer gemein- samen Ebene innerhalb oder unterhalb der ersten Induktionsspule angeordnet und in X-Richtung sowie in Y-Richtung bewegbar ist, wobei die Bewegung in X-Richtung mit der Bewegung der ersten Induktionsspule gekoppelt sein kann. Vorteilhaft wird die Vorwärmtemperatur durch Verändern der
Leistung der wenigstens einen Induktionsspule und/oder durch Verändern eines Abstands zwischen der wenigstens einen Induktionsspule und der Oberfläche des Pulverbetts eingestellt. Entsprechend kann die Vorwärmtemperatur optimal insbesondere an den zu verarbeitenden Werkstoff angepasst werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Ist-Temperatur des Pulverbetts im Bearbeitungsbereich oder eine diese physikalisch repräsentierende Größe kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen er- fasst, und die Vorwärmtemperatur wird basierend auf den er- fassten Ist-Werten bezogen auf einen Soll-Wert geregelt. Auf diese Weise wird die Konstanz des Verfahrens verbessert. Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen, umfassend einen Pul- verbettraum mit einer sich in einer durch eine X-Richtung und eine Y-Richtung aufgespannten Ebene erstreckenden, insbesondere in einer Z-Richtung bewegbaren Plattform, eine Pulverzu- führeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, der Plattform Pulver zuzuführen und das zugeführte Pulver in einer gleichmäßigen Pulverschicht auf dieser aufzutragen, eine Laserstrahlquelle und eine Scaneinrichtung, die dazu ausgelegt sind, eine Ober- fläche eines im Pulverbettraum auf der Plattform angeordneten Pulverbetts selektiv zu bestrahlen, eine Heizeinrichtung mit wenigstens einer Induktionsspule, die innerhalb einer zwischen der Scaneinrichtung und dem Pulverbett angeordneten Ebene, die sich im Wesentlichen parallel zur Plattform erstreckt, in X-Richtung und/oder in Y-Richtung bewegbar ist, und zumindest eine Steuerung zum Steuern der Bewegungen der Plattform und der wenigstens einen Induktionsspule sowie zum Steuern der Pulverzuführeinrichtung, der Laserstrahlquelle und der Scaneinrichtung, wobei die Plattform in X-Richtung und in Y-Richtung bewegbar ist.
Bevorzugt ist eine erste Induktionsspule, die zumindest in einer ersten Richtung bewegbar ist, und eine zweite Indukti- onsspule vorgesehen, die zumindest in einer zweiten Richtung bewegbar ist, die sich insbesondere orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, wobei die erste Induktionsspule und die zweite Induktionsspule übereinander und einander kreuzend oder in einer gemeinsamen Ebene ineinander oder vertikal übereinander an jedem Punkt einer sich oberhalb und parallel zur Pulverbettoberfläche erstreckenden Ebene angeordnet werden können .
Vorteilhaft ist eine größere erste Induktionsspule, die läng- lieh und im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, die Plattform in Y-Richtung überspannt und in X-Richtung bewegbar ist, und eine kleinere zweite Induktionsspule vorgesehen, die oberhalb oder in einer gemeinsamen Ebene innerhalb oder unterhalb der ersten Induktionsspule angeordnet in X-Richtung sowie in Y-Richtung bewegbar ist, wobei die Bewegung in X- Richtung mit der Bewegung der ersten Induktionsspule gekoppelt sein kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorwärmtemperatur durch Verändern der Leistung der wenigstens einen Induktionsspule und/oder durch Verändern eines Abstands zwischen der wenigstens einen Induktionsspule und der Oberfläche des Pulverbetts einstellbar. Bevorzugt ist zumindest ein Mittel zum Erfassen einer Ist- Vorwärmtemperatur des Pulverbetts in einem Bearbeitungsbereich oder einer diese physikalisch repräsentierenden Größe vorgesehen, beispielsweise in Form eines Pyrometers, einer Wärmebildkamera oder dergleichen, und die Steuerung ist eingerichtet, die Vorwärmtemperatur basierend auf den erfassten Ist-Werten bezogen auf einen Soll-Wert zu regeln.
Die Steuerung ist vorteilhaft zur Durchführung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens der zuvor beschriebenen Art ausgelegt .
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Vorrichtung und eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung in Richtung des Pfeils II in Figur 1 und eine schematische Seitenansicht gemäß Figur 2, bei der sich eine Plattform der Vorrichtung in einer anderen Position befindet. Die Figuren zeigen eine Vorrichtung 1 zur generativen Herstellung von Bauteilen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Pul- verbettraum 2, der zumindest in einer X-Richtung verfahrbar ist, insbesondere in eine X-Richtung und in eine Y-Richtung. In dem Pulverbettraum 2 ist eine Plattform 3 angeordnet, die sich innerhalb einer durch die X-Richtung und die Y-Richtung aufgespannten Ebene erstreckt und in einer Z-Richtung innerhalb des Pulverbettraums 2 auf- und abwärts bewegt werden kann. Eine Pulverzuführeinrichtung der Vorrichtung 1, die da- zu ausgelegt ist, dem Pulverbettraum 2 Pulver zuzuführen und das zugeführte Pulver in einer gleichmäßigen Pulverschicht aufzutragen, wird vorliegend durch eine Pulverabgabeeinrichtung 4 und ein Rakel 5 gebildet, das in X-Richtung über die gesamte Plattform 3 hin und her bewegt werden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Laserstrahlquelle 6, bei der es sich um einen C02-Laser, einen Nd : Yag-Laser, einen Yb- Faserlaser oder einen Diodenlaser handeln kann. Die Laserstrahlquelle 6 ist über eine Strahlführung 7 mit einer ober- halb der Plattform 3 angeordneten Scaneinrichtung 8 verbunden, die dazu ausgelegt ist, eine Oberfläche eines auf der Plattform 3 angeordneten Pulverbetts selektiv zu bestrahlen. Ferner ist eine Heizeinrichtung 9 vorgesehen, die zur selektiven Vorwärmung des zu schmelzenden oder zu sinternden Pul- vers ausgelegt ist. Die Heizeinrichtung 9 umfasst vorliegend zwei Induktionsspulen 10 und 11. Bei der Induktionsspule 10 handelt es sich um eine größere Induktionsspule, die länglich und im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, die Plattform 3 in Y-Richtung überspannt und in X-Richtung entlang einer ers- ten Führung 12 hin und her bewegt werden kann. Die Induktionsspule 11 ist kleiner als die Induktionsspule 10 ausgebildet, vorliegend oberhalb der Induktionsspule 10 angeordnet und in X-Richtung entlang der ersten Führung 12 sowie in Y- Richtung entlang einer zweiten Führung 13 bewegbar, wobei die Bewegung der Induktionsspule 11 in X-Richtung mit der Bewegung der Induktionsspule 10 in X-Richtung gekoppelt sein kann, um einen Antrieb einzusparen. Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren ein Mittel 14, beispielsweise in Form eines Pyrometers, zum Erfassen einer Ist-Vorwärmtemperatur des Pul- verbetts in einem Bearbeitungsbereich oder zum Erfassen einer die Ist-Vorwärmtemperatur physikalisch repräsentierenden Größe. Ferner ist eine Steuerung 15 zum Steuern der Bewegungen der Plattform 3 bzw. des Pulverbettraums 2, der Pulverabgabeeinrichtung 4, des Rakels 5, der Laserstrahlquelle 6, der Scaneinrichtung 8 und der Heizeinrichtung 9 vorgesehen.
Zur Generierung eines Bauteils wird unter Verwendung der Pulverabgabeeinrichtung 4 und des Rakels 5 in einem ersten Schritt ein Pulverbett gleichmäßiger Dicke auf der Plattform 3 aufgetragen. In einem weiteren Schritt wird der von der Laserstrahlquelle 6 erzeugte Laserstrahl 16 unter Einsatz der Steuerung 15 in an sich bekannter Weise über die Scaneinrich- tung 8 auf die Pulverbettoberfläche gerichtet, um Pulver entsprechend der gewünschten Bauteilstruktur selektiv zu schmelzen oder zu sintern. Dabei erfolgt eine lokale Vorwärmung des zu schmelzenden oder zu sinternden Werkstoffs unter Einsatz der Heizeinrichtung 8. Genauer gesagt werden die Induktions- spulen 10 und 11 gemeinsam mit dem Laserstrahl 16 über die
Oberfläche der auf der Plattform 3 angeordneten Pulverschicht bewegt, wobei die Induktionsspule 11 von oben betrachtet stets innerhalb der Induktionsspule 10 angeordnet und der Laserstrahl im Wesentlichen mittig in den durch die Induktions- spule 10 definierten Bereich gelenkt wird. Die durch die
Heizeinrichtung 9 bewirkte Vorwärmtemperatur lässt sich durch Verändern der Leistung der Induktionsspulen 10 und 11
und/oder durch Verändern eines Abstands zwischen den Induktionsspulen 10 und 11 und der Oberfläche des Pulverbetts ein- stellen bzw. verändern. Vorliegend wird eine Ist-Temperatur des Pulverbetts im Bearbeitungsbereich unter Einsatz des Pyrometers 12 erfasst und bezogen auf einen in der Steuerung 15 hinterlegten Soll -Temperaturwert geregelt. Wie es in Figur 2 schematisch anhand der gestrichelten Linien dargestellt ist, kann es aufgrund der Abmessungen der Heiz- einrichtung 9 bei bestimmten Abstrahlwinkeln der Scaneinrichtung 8 vorkommen, dass ein zu schmelzender oder zu sinternder Punkt auf der Oberfläche der Pulverschicht durch eine Kompo- nente der Heizeinrichtung 8, vorliegend durch die Hochfrequenzspulenzuführungen der Induktionsspule 11, abgeschattet wird, so dass er für den Laserstrahl 16 nicht erreichbar ist. Zur Lösung dieser Problematik ist die Steuerung 15 erfindungsgemäß derart programmiert, dass der Pulverbettraum 2 zu- sammen mit seiner Plattform 3 zur Bearbeitung solcher Punkte der Pulverbettoberfläche innerhalb der X-Y-Ebene verfahren wird, wie es in Figur 3 dargestellt ist, um die Zugänglichkeit für den Laserstrahl zu gewährleisten. Ein wesentlicher Vorteil des Aufbaus der zuvor beschriebenen Vorrichtung 1 besteht darin, dass trotz der zwischen der Scaneinrichtung 8 und der Plattform 3 angeordneten Heizein- richtung 9 jeder Punkt auf der Oberfläche des Pulverbetts bearbeitet werden kann, indem die Plattform 3 im Falle einer Abschattung innerhalb der X-Y-Ebene in eine geeignete Position verfahren wird, in der sowohl eine Vorwärmung des Punktes durch die Heizeinrichtung 9 als auch eine Bearbeitung des Punktes mit dem Laserstrahl 16 abschattungsfrei erfolgen kann. Dabei sind nur geringe bauliche Vergrößerungen der Vorrichtung 1 in Kauf zu nehmen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So sollte klar sein, dass Form und Größe der In- duktionsspulen 10 und 11 geeignet verändert werden können. Gleiches gilt für ihre relative Ausrichtung zueinander, solange sie ineinander oder einander kreuzend oder abdeckend übereinander angeordnet werden. Ebenso ist es natürlich möglich, die Heizeinrichtung 9 mit nur einer einzelnen Indukti- onsspule auszustatten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch Bestrahlen eines auf einer Plattform (3) angeordneten, sich in einer durch eine X-Richtung und einer Y-Richtung aufgespannten Ebene erstreckenden Pulverbetts, indem ein Laserstrahl (16) selektiv auf einen Bearbeitungsbereich der Pulverbettoberfläche gerichtet wird, während der selektiv bestrahlte Bearbeitungsbereich induktiv unter Verwendung we- nigstens einer Induktionsspule (10, 11) einer Heizeinrichtung (9) vorgewärmt wird, indem die wenigstens eine Induktionsspule (10, 11) innerhalb einer sich im Wesentlichen parallel zum Pulverbett erstreckenden Ebene durch Verfahren in X-Richtung und/oder in Y-Richtung in unmittelbare Umgebung des Bearbei- tungsbereiches bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (16) unter Verwendung einer Scaneinrichtung (8) auf die Pulverbettoberfläche gerichtet wird, und dass die Plattform (3) bei der Bearbeitung vorbestimmter Teilbereiche des Bearbeitungsbereiches in X-Richtung und/oder in Y- Richtung bewegt wird, um eine Kollision des Laserstrahls (16) mit einer Komponente der Heizeinrichtung (9) zu vermeiden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Induktionsspule (10) , die zumindest in einer ers- ten Richtung (X) bewegbar ist, und eine zweite Induktionsspule (11) zur Vorwärmung des Bearbeitungsbereiches eingesetzt werden, die zumindest in einer zweiten Richtung (Y) bewegbar ist, die sich insbesondere orthogonal zur ersten Richtung (X) erstreckt, wobei die erste Induktionsspule (10) und die zwei- te Induktionsspule (11) übereinander und einander kreuzend oder in einer gemeinsamen Ebene ineinander oder vertikal übereinander an jedem Punkt einer sich oberhalb und parallel zu der Pulverbettoberfläche erstreckenden Ebene angeordnet werden können.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine größere erste Induktionsspule (10) , die länglich und im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, die Plattform (3) in einer Y-Richtung überspannt und in einer X-Richtung bewegbar ist, und eine kleinere zweite Induktionsspule (11) zur
Vorwärmung des Bearbeitungsbereiches eingesetzt werden, die oberhalb, in einer gemeinsamen Ebene innerhalb oder unterhalb der ersten Induktionsspule (10) angeordnet und in X-Richtung sowie in Y-Richtung bewegbar ist, wobei die Bewegung in X- Richtung mit der Bewegung der ersten Induktionsspule (10) gekoppelt sein kann.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtemperatur durch Verändern der Leistung der wenigstens einen Induktionsspule (10, 11) und/oder durch Verändern eines Abstands zwischen der wenigstens einen Induktionsspule (10, 11) und der Oberfläche des Pulverbetts eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Temperatur des Pulverbetts im Bearbeitungsbereich oder eine diese physikalisch repräsentie- rende Größe kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen erfasst und basierend auf den erfassten Ist-Werten die Vorwärmtemperatur bezogen auf einen Soll -Wert geregelt wird .
6. Vorrichtung (1) zur generativen Herstellung von Bauteilen, umfassend
einen Pulverbettraum (2) mit einer sich in einer durch eine X-Richtung und eine Y-Richtung aufgespannten Ebene erstreckenden, insbesondere in einer Z-Richtung bewegbaren Plattform (3) ,
eine Pulverzuführeinrichtung (4, 5), die dazu ausgelegt ist, der Plattform (3) Pulver zuzuführen und das zugeführte Pulver in einer gleichmäßigen Pulverschicht auf dieser aufzutragen,
- eine Laserstrahlquelle (6) und eine Scaneinrichtung (8) , die dazu ausgelegt sind, eine Oberfläche eines im Pulverbettraum (2) auf der Plattform (3) angeordneten Pulverbetts selektiv zu bestrahlen, eine Heizeinrichtung (9) mit wenigstens einer Induktionsspule (10, 11), die innerhalb einer zwischen der Scaneinrichtung (8) und dem Pulverbett angeordneten Ebene, die sich im Wesentlichen parallel zur Plattform (3) erstreckt, in X-Richtung und/oder in Y-Richtung bewegbar ist, und zumindest eine Steuerung (15) zum Steuern der Bewegungen der Plattform (3) und der wenigstens einen Induktionsspule (10, 11) sowie zum Steuern der Pulverzuführeinrichtung (4, 5) , der Laserstrahlquelle (6) und der Scaneinrichtung (8) , wobei die Plattform (3) in X-Richtung und in Y-Richtung bewegbar ist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Induktionsspule (10) vorgesehen ist, die zu- mindest in einer ersten Richtung bewegbar ist, und dass eine zweite Induktionsspule (11) vorgesehen ist, die zumindest in einer zweiten Richtung bewegbar ist, die sich insbesondere orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, wobei die erste Induktionsspule (10) und die zweite Induktionsspule (11) über- einander und einander kreuzend oder in einer gemeinsamen Ebene ineinander oder vertikal übereinander an jedem Punkt einer sich oberhalb und parallel zur Pulverbettoberfläche erstreckenden Ebene angeordnet werden können.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine größere erste Induktionsspule (10) vorgesehen ist, die länglich und im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, die Plattform in Y-Richtung überspannt und in X-Richtung bewegbar ist, und dass eine kleinere zweite Induktionsspule (11) vorgesehen ist, die oberhalb oder in einer gemeinsamen Ebene innerhalb oder unterhalb der ersten Induktionsspule (10) angeordnet in X-Richtung sowie in Y-Richtung bewegbar ist, wobei die Bewegung in X-Richtung mit der Bewegung der ersten Induktionsspule gekoppelt sein kann.
9. Vorrichtung (1) nach 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtemperatur durch Verändern der Leistung der wenigstens einen Induktionsspule (10, 11) und/oder durch Ver- ändern eines Abstands zwischen der wenigstens einen Induktionsspule (10, 11) und der Oberfläche des Pulverbetts einstellbar ist.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel (14) zum Erfassen einer Ist- Vorwärmtemperatur des Pulverbetts in einem Bearbeitungsbereich oder einer diese physikalisch repräsentierenden Größe vorgesehen ist und die Steuerung (15) derart eingerichtet ist, die Vorwärmtemperatur basierend auf den erfassten Ist- Werten bezogen auf einen Soll-Wert zu regeln.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausge legt ist.
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