DE102018108834A1 - Herstellvorrichtung und Verfahren für additive Herstellung mit mobilem Gasauslass - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Herstellvorrichtung (a1) zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (a2), wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials (a15) Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen (a9) in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen (a9) mit mindestens einem Einwirk-bereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels (a22), abgetastet werden, wobei im Betrieb der bewegbare Gasauslass (32) einer Referenzprozessstelle (9) und/oder einer der Referenzprozessstelle zugeordneten Zielbeströmungszone des bewegbaren Gaseinlasses zur Beströmung mit dem Prozessgas Zielentlüftungszone (22) des bewegbaren Gasauslasses (32) zugeordndet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Herstellvorrichtung und ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit einer derartigen Herstellvorrichtung, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels abgetastet bzw. beeinflusst werden.
• Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial mittels Bestrahlens desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, zum Beispiel beim Lasersintern („SLS“ oder „DMLS“) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen herbeigeführt werden. Beispielsweise beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird der Einwirkbereich eines Laserstrahls („Laserfleck“) auf eine Schicht des Aufbaumaterials über jene Stellen der Schicht bewegt, die dem Objektquerschnitt des herzustellenden Objekts in dieser Schicht entsprechen. Anstelle des Einbringens von Energie kann das selektive Verfestigen des aufgetragenen Aufbaumaterials auch durch 3D-Drucken erfolgen, beispielsweise durch Aufbringen eines Klebers bzw. Bindemittels. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf das Herstellen eines Objekts mittels schichtweisen Auftragens und selektiven Verfestigens eines Aufbaumaterials unabhängig von der Art und Weise, in der das Aufbaumaterial verfestigt wird. Es können verschiedene Arten von Aufbaumaterialien verwendet werden, insbesondere Pulver wie z. B. Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver.
• Bei additiven Herstellungsverfahren entstehen im Zuge des Verfestigens häufig Verunreinigungen, die in die Prozesskammeratmosphäre oberhalb des Baufelds eindringen können. Die DE 10 2014 108 061 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an den dem Querschnitt des herzustellenden Objektes in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen durch Energieeinbringung unter einer Gasatmosphäre. Sie bezieht sich außerdem auf eine Steuereinheit für eine derartige Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Bewegen und/oder Orientieren einer Gasabsaugdüse.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einer Verunreinigung innerhalb einer Prozesskammer, insbesondere bei Großfeldmaschinen, möglichst effizient entgegenzuwirken.
• Die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts ist zur Lösung dieser Aufgabe mit einem Baubehälter zur Aufnahme des Aufbaumaterials, mit einer Prozesskammer oberhalb des Baubehälters, mit einem sich horizontal zwischen dem Baubehälter und der Prozesskammer erstreckenden Baufeld, mit mindestens einem Gaseinlass zum Einleiten eines Prozessgases in die Prozesskammer und mit mindestens einem Gasauslass zum Abführen des Prozessgases aus der Prozesskammer ausgestattet. wobei der mindestens eine Gasauslass in einer Draufsicht auf das Baufeld betrachtet in der Prozesskammer ausschließlich außerhalb des Baufelds bewegbar ist. Insbesondere bevorzugt ist eine Auslassöffnung des mindestens einen Gasauslasses, in der er in höchstens einem Translationsfreiheitsgrad und/oder in höchstens einem Rotationsfreiheitsgrad relativ zum Baufeld bewegbar ist.
• Der Baubehälter kann eine Bauplattform umfassen, die im Betrieb das herzustellende Bauteil und umgebendes unverfestigtes Aufbaumaterial trägt. Eine Öffnungsebene des Baubehälters definiert ein Baufeld, das eine Arbeitsebene darstellt, in der das Aufbaumaterial als einzelne Schicht dosiert aufgebracht wird. Das Baufeld erstreckt sich daher in der Regel im Wesentlichen über die Grundfläche des Baubehälters. Darüber befindet sich die Prozesskammer als Hohlraum oberhalb des Baufelds bzw. der Arbeitsebene, in dem zumindest eine Beschichtungseinrichtung agiert. Die Prozesskammer ist unter anderem durch (insbesondere senkrecht) aufsteigende Wandungen definiert, deren Anordnung häufig der Umrissform des Baufelds folgt und die einen gewissen Abstand zum Baufeld einhalten, um einen Arbeitsraum z. B. für die Beschichtungseinrichtung frei zu halten. Die Wandungen der Prozesskammer sind häufig in einem rechteckigen Grundriss angeordnet, ihr Grundriss kann aber auch davon abweichende andere Formen annehmen, wie zum Beispiel eine Kreisform. Zudem müssen die Wandungen nicht durchgehend ebenflächig ausgebildet sein, sondern können horizontale oder vertikale Vor- oder Rücksprünge, Nischen, abgerundete Ecken an ihren Übergängen, Ausbauchungen oder Einbuchtungen aufweisen oder anderweitig zerklüftet ausgebildet sein. Der Einfachheit halber wird im Folgenden von einer regelmäßigen quaderförmigen Prozesskammer mit ebenen senkrechten Wandungen ausgegangen, sofern keine anderen Merkmale angegeben sind. Davon abweichende Ausgestaltungen der Wandungen sind damit nicht ausgeschlossen, sondern sollen - soweit sinnvoll und möglich - von der Beschreibung mit umfasst sein.
• Die Herstellvorrichtung kann insbesondere eine Leiteinrichtung, z. B. eine Laser-Scanner-Einheit, zur Steuerung mindestens eines Energiestrahlbündels der Strahlungsenergie durch zumindest einen Abschnitt der Prozesskammer hindurch auf das Baufeld umfassen. Als Grundlage der Steuerung dienen die Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, als geometrische Orte der geplanten Einwirkung der Strahlungsenergie. Die Leiteinrichtung kann ein oder mehrere auf das Baufeld gerichtete Energiestrahlbündel beispielsweise durch ein transparentes Einkoppelfenster an einer Oberseite der Prozesskammer hindurch einkoppeln. Der Ort bzw. die Orte, an denen das bzw. die Energiestrahlbündel auf dem Baufeld und damit auf dem Aufbaumaterial auftreffen, und ausgehend von welchem/-n ein Verfestigen des Aufbaumaterials („tatsächlich“) erfolgt, wird/werden als Strahlungseinwirkbereich bezeichnet. Wie bereits weiter oben beschrieben, kann das selektive Verfestigen des Aufbaumaterials mit verschiedenen Methoden erfolgen. Die begriffliche Unterscheidung zwischen Einwirkbereich und Strahlungseinwirkbereich orientiert sich im Folgenden daran, ob ein selektives Verfestigen ohne Strahlung - dann ist von „Einwirkbereich“ die Rede - oder unter Verwendung von Strahlung erfolgt - dann ist von „Strahlungseinwirkbereich“ die Rede. Die Erfindung ist dabei nicht auf Strahlungsenergie als Mittel zum selektiven Verfestigen beschränkt. Beim Abtasten des Aufbaumaterials mit einem Strahlungseinwirkbereich wirkt in dem Strahlungseinwirkbereich die Strahlung so auf das Aufbaumaterial ein, dass eine Verfestigung zumindest einer obersten Schicht des Aufbaumaterials bewirkt wird. Dabei wird infolge der Energiezufuhr im Strahlungseinwirkbereich das Aufbaumaterial teilweise oder vollständig aufgeschmolzen, wodurch sich die Bestandteile des Aufbaumaterials, beispielsweise Pulverkörner, miteinander verbinden. Nach seiner Abkühlung liegt das vormalige Aufbaumaterial dann als Festkörper vor.
• Um kenntlich zu machen, dass die Fläche des Strahlungseinwirkbereichs auf dem Aufbaumaterial nicht notwendigerweise sehr klein („punktförmig“) sein muss, wird in dieser Anmeldung auch oftmals der Begriff „Energiestrahlbündel“ verwendet. Er wird im Rahmen der Anmeldung jedoch auch in Abgrenzung von weiteren Strahlungsquellen verwendet, die gegebenenfalls zur Erwärmung des Aufbaumaterials genutzt werden können, z. B. einer IR-Strahlungsheizung. Der Begriff „Energiestrahlbündel“ ist dabei so definiert, dass über seinen Strahlungseinwirkbereich auf dem Baufeld hinweg eine ausreichende Strahlungsintensität bereitgestellt wird, um das darunterliegende Aufbaumaterial mit einer Tiefenerstreckung von zumindest einer Schicht zu verfestigen. Die Erfindung ist allerdings nicht auf Energiestrahlbündel als Strahlungsenergie beschränkt.
• Eine additive Herstellvorrichtung kann eine Anzahl von Strahlungsquellen zur Erzeugung von Strahlung sowie eine damit verbundene Anzahl von Leiteinrichtungen zum Richten der Strahlung auf das Aufbaumaterial umfassen. Insbesondere ist bevorzugt einer Leiteinrichtung genau ein Strahlungseinwirkbereich auf dem Aufbaumaterial zugeordnet. Bei den Strahlungsquellen kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Lasern wie z. B. Laserdioden, insbesondere VCSELn (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSELn (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) oder eine Zeile dieser Laser handeln.
• Das durch den Gaseinlass in die Prozesskammer einzuführende und durch den Gasauslass abzuführende Prozessgas kann eine Gasmischung oder ein reines Gas sein. Bei bestimmten additiven Herstellverfahren wird häufig Prozessgas mit einem hohen Anteil von Inertgas, z. B. Argon oder Stickstoff verwendet. In manchen Fällen kann eine Verwendung von kostengünstigen Gasmischungen ausreichen, deren Zusammensetzung beispielsweise der Umgebungsluft entspricht.
• Erfindungsgemäß umfasst die Herstellvorrichtung mindestens einen Gaseinlass für das Beströmen mit Prozessgas, der in der Prozesskammer angeordnet ist. Der Gaseinlass kann eine Vorrichtung umfassen, z. B. eine Düse oder ein Gehäuse, optional mit einer angeschlossenen Gaszuführung aus einem Prozessgasvorrat. Der Gaseinlass wird im Rahmen der Anmeldung insbesondere aber als Öffnung verstanden, aus der Gas in die Prozesskammer hinein strömt. Die Gaseinlassöffnung bildet also eine Schnittstelle zwischen einem Hohlraum der Gaszuführungsvorrichtung und einem durch die Prozesskammer gebildeten Hohlraum. Mit dem Verlassen des Gaseinlasses wird ein Prozessgasstrom von einem geführten Strahl zu einem ungeführten Strahl bzw. einem Freistrahl. Der Gaseinlass kann bzw. die Gaseinlässe können innerhalb der Prozesskammer im Wesentlichen über das gesamte Baufeld bewegbar oder stationär, d. h. relativ zur Prozesskammer ortsfest, angeordnet sein. Im Folgenden ist in der Regel von nur einem einzigen Gaseinlass die Rede, auch wenn mehrere Gaseinlässe - soweit sinnvoll - erfindungsgemäß möglich sind und von der Beschreibung grundsätzlich mit umfasst sein sollen.
• Der Gasauslass oder die Gasauslässe insgesamt, zumindest aber seine bzw. ihre Auslassöffnung(en) sind bevorzugt in höchstens einem Translationsfreiheitsgrad und/oder in höchstens einem Rotationsfreiheitsgrad relativ zum Baufeld bewegbar. In der Regel genügt entweder die translatorische oder die rotatorische Bewegbarkeit des mindestens einen Gasauslasses. Sie wird konstruktiv, also mittels mechanischer und motorisch bewegbarer Vorrichtungen, und steuerungstechnisch im Sinne einer Ansteuerung der bewegbaren Vorrichtungen sichergestellt. Ganz allgemein ist der Gasauslass bzw. sind die Gasauslässe innerhalb der Prozesskammer in einer vertikalen Draufsicht auf das Baufeld betrachtet ausschließlich außerhalb des Baufelds bewegbar. Der mindestens eine Gasauslass als dreidimensionaler Körper wird also in einem Teilraum der Prozesskammer oberhalb der Erstreckungsebene des zweidimensionalen Baufelds bewegt und dort nur in einem rahmenartigen Bereich der Prozesskammer, der nicht über dem Baufeld liegt. Im Folgenden ist in der Regel nur noch von einem einzigen Gasauslass die Rede, auch wenn mehrere Gasauslässe - soweit sinnvoll - erfindungsgemäß möglich sind und von der Beschreibung grundsätzlich mit umfasst sein sollen.
• Der Gasauslass kann vielgestaltige Vorrichtungen umfassen, z. B. eine Düse, einen evtl. mehrgliedrigen Rohrabschnitt oder ein z.B. abschnittsweise flexibles Gehäuse, optional mit einer angeschlossenen Gasabsaugung, ggf. hin zu einem Prozessgasreiniger. Funktional relevant ist aber insbesondere die zweidimensionale Auslassöffnung des Gasauslasses, durch die Gas aus der Prozesskammer abfließt. Ihrer Bewegbarkeit dient die konstruktive Ausgestaltung des Gasauslasses. Er ist also zumindest abschnittweise bewegbar, so dass sich jedenfalls die Lage seiner Auslassöffnung im Raum bzw. relativ zum Baufeld verändern lässt. Die Auslassöffnung erstreckt sich in der Regel in einer Ebene orthogonal zur Erstreckungsebene des Baufelds und lässt sich demgegenüber und in einer dazu parallelen horizontalen Bewegungsebene translatorisch und/oder rotatorisch bewegen. Die rotatorische Bewegung kann eine Drehung der Auslassöffnung oder auch ihre Verschwenkung bedeuten. Die Auslassöffnung bildet eine regelmäßig vertikale Schnittstelle zwischen einem Hohlraum einer Gasabführeinrichtung stromab der Auslassöffnung und einem durch die Prozesskammer gebildeten Hohlraum.
• Die Erfindung wendet sich also davon ab, entweder einen unbewegten „globalen“ Gasauslass vorzusehen, der häufig etwa eine Baufeldbreite einnimmt, oder einen mobilen, evtl. zusammen mit dem Gaseinlass zwangsgeführten Gasauslass über dem Baufeld vorzusehen. Während der globale Gasauslass lokal ungezielt wirkt, erfordert der mobile Gasauslass an sich in der Regel einen hohen Koordinations- und Steuerungsaufwand, der zusätzlich durch eine notwendige Koordination mit der Leiteinrichtung noch zunimmt. Die Erfindung ermöglicht es vielmehr, die gezieltere Wirkung eines mobilen Gasauslasses mit einem freigehaltenen Baufeld zu kombinieren, womit eine Kollision von Vorrichtungen für den Gasauslass mit einem Energiestrahlbündel ausgeschlossen werden und bestimmte Bereiche oberhalb des Baufelds effektiver von verunreinigtem Prozessgas befreit (in der Folge auch als „Entlüften“ bezeichnet) werden können, die zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Reinigung und/oder eine gegebenenfalls erhöhte Reinigungsleistung erfordern.
• Die Erfindung verfolgt das Ziel einer Verminderung und/oder eines Abtransports von atmosphärischen Verunreinigungen mittels eines möglichst effektiven und gezielten Abtransports des mit Verunreinigung befrachteten Prozessgases. Die Mobilität des Gasauslasses (bzw. seiner Auslassöffnung) erlaubt es, seine Zielentlüftungszone zu verlagern und damit auch seine Wirkung besser mit einer gegebenenfalls verlagerbaren Zielbeströmungszone des Gaseinlasses zu koordinieren.
• Eine Zielentlüftungszone eines mittels des Gasauslasses aus der Prozesskammer abgeführten Prozessgases ist typischerweise ein vorzugsweise baufeldnaher Teilbereich der Prozesskammer. Sie kann in einer vertikalen Projektion auf das Baufeld betrachtet innerhalb des Baufeldumrisses und/oder außerhalb des Baufeldumrisses liegen, d. h. über einem das Baufeld umgebenden Prozesskammerboden. Vorzugsweise umfasst die Zielentlüftungszone einen Bereich, in dem zumindest abschnittsweise aktuell ein oder mehrere Strahlengänge eines oder mehrerer Energiestrahlbündel verläuft/verlaufen. Ein Ort, eine Ausdehnung und/oder eine Orientierung der Zielentlüftungszone können/kann grundsätzlich konstant oder variabel sein. Sie bzw. ihre dynamische Veränderung können/kann jeweils zumindest indirekt abhängig von Ort/Ausdehnung/Orientierung des Strahlungseinwirkbereichs bzw. deren dynamischer Veränderung sein. Eine Position der Zielentlüftungszone kann mit einer Position des Gasauslasses koordiniert sein bzw. sich mit jener bewegen. Typischerweise liegt die Zielentlüftungszone in der vertikalen Draufsicht auf das Baufeld betrachtet und auf den Prozessgasstrom bezogen mindestens stromabwärts des bzw. der Strahlungseinwirkbereiche (bezogen auf die Strömungsrichtung eines eingeströmten Gasvolumens). Die Zielentlüftungszone kann als Mindesterfassungsbereich einer gasabführenden bzw. gasabsaugenden Wirkung eines (definierten) mobilen Gasauslasses verstanden werden, wobei in dem Mindesterfassungsbereich vorzugsweise ein Mindestmaß an Effektivität bzw. Reinigungswirkung vorausgesetzt wird. In diesem Fall kann also eine tatsächliche Zone der Entlüftung mittels des Gasauslasses größer sein. Je kürzer die Distanz des Gasauslasses bzw. der Gasauslässe zur Zielentlüftungszone ist, desto konzentrierter kann er dort wirken. Optional, d. h. nicht notwendig, kann die Zielentlüftungszone einen Strahlungseinwirkbereich und gegebenenfalls eine Umgebung des Strahlungseinwirkbereichs auf der Baufeldoberfläche umfassen.
• Eine Zielbeströmungszone eines mittels des Gaseinlasses in die Prozesskammer eingeströmten Prozessgases ist typischerweise ein vorzugsweise baufeldnaher Teilbereich der Prozesskammer. Sie kann in einer vertikalen Projektion auf das Baufeld betrachtet innerhalb des Baufeldumrisses und/oder außerhalb des Baufeldumrisses liegen, d. h. über einem das Baufeld umgebenden Prozesskammerboden. Vorzugsweise umfasst die Zielbeströmungszone einen Bereich, in dem zumindest abschnittsweise aktuell ein oder mehrere Strahlengänge eines oder mehrerer Energiestrahlbündel verläuft/verlaufen. Ein Ort, eine Ausdehnung und/oder eine Orientierung der Zielbeströmungszone können/kann grundsätzlich konstant oder variabel sein. Sie bzw. ihre dynamische Veränderung können/kann jeweils zumindest indirekt abhängig von Ort/Ausdehnung/Orientierung des Strahlungseinwirkbereichs bzw. deren dynamischer Veränderung sein. Eine Position der Zielbeströmungszone kann mit einer Position des Gaseinlasses koordiniert sein bzw. sich mit jener bewegen. Typischerweise liegt die Zielbeströmungszone in der vertikalen Draufsicht auf das Baufeld betrachtet und auf den Prozessgasstrom bezogen mindestens stromabwärts des bzw. der Strahlungseinwirkbereiche. Die Zielbeströmungszone kann als Mindesterfassungsbereich einer lokalen Beströmung bzw. Einblasung von Prozessgas durch einen Gaseinlass verstanden werden, wobei in dem Mindesterfassungsbereich vorzugsweise ein Mindestmaß an Effektivität bzw. Reinigungswirkung vorausgesetzt wird. In diesem Fall kann also eine tatsächliche Zone der Beströmung mittels des Gaseinlasses größer sein. Je kürzer die Distanz eines Gaseinlasses zur Zielbeströmungszone ist, desto konzentrierter kann er dort wirken. Optional, d. h. nicht notwendig, kann die Zielbeströmungszone einen Strahlungseinwirkbereich und gegebenenfalls eine Umgebung des Strahlungseinwirkbereichs auf der Baufeldoberfläche umfassen.
• Vorzugsweise werden Ort, Ausdehnung und/oder Orientierung der Zielentlüftungszone und der Zielbeströmungszone aufeinander abgestimmt. Dies kann mittels einer Koordinierung der Position, Orientierung und/oder Bewegung eines oder mehrerer Gasauslässe und Gaseinlässe erfolgen.
• Das Ziel einer Reinhaltung bzw. Reinigung der Zielentlüftungszone wird also durch die erfindungsgemäße Lösung erreicht. Einer Verteilung bzw. Ausbreitung der Verunreinigung stromabwärts des Strahlungseinwirkbereichs durch den einem Gaseinlass entweichenden Freistrahl kann beispielsweise begegnet werden, indem die Auslassöffnung des Gasauslasses eine größere Ausdehnung hat als die Gaseinlassöffnung insbesondere eines Gaseinlasses, sodass die Verunreinigung trotz einer bestimmten Ausbreitung auf direktem Wege in den Gasauslass geschoben werden kann. Eine mit ihrer Ausbreitung einhergehende Verdünnung der Verunreinigung bewirkt außerdem ein geringeres Maß an Störung, falls ein Energiestrahlbündel sie vor ihrem Abtransport aus der Prozesskammer durchquert.
• Zudem verlieren Freistrahlen mit steigender Distanz ihres unbegrenzten Verlaufs infolge ihrer Auffächerung sowohl an eindeutiger Richtung als auch an Geschwindigkeit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere bei Verwendung eines bewegbaren Gaseinlasses eine Distanz zwischen Gaseinlass und Gasauslass verkürzen und damit eine Zielgenauigkeit bzw. Effektivität eines ungeführten Prozessgasstroms in Bezug auf seine verdrängende und damit reinigende Funktion hoch halten. Sie gewinnt damit umso mehr an Wert, je größer ein Baufeld ist und je größer ein Abstand zwischen einem entlang des Baufelds angeordneten stationären Gaseinlass und stationären Gasauslass ist. Das macht ihren Einsatz insbesondere bei Großfeldanlagen gewinnbringend, ohne einen vergleichbar hohen Koordinations- und Steuerungsaufwand zu erfordern, den eine Kombination aus zugleich (bzw. koordiniert) über dem Baufeld bewegbaren Gaseinlässen und - auslässen bedeutet. In Abgrenzung von einer Kleinfeldanlage kann eine Großfeldanlage beispielsweise ein Baufeld aufweisen, dessen kürzeste Seitenlänge eines rechteckigen Baufelds oder dessen Durchmesser eines kreisrunden Baufelds mindestens 400mm, vorzugsweise mindestens 800mm, besonders bevorzugt mindestens 1000mm beträgt.
• Beim selektiven Verfestigen von Metall kann im Vergleich zu anderen additiven Herstellungsverfahren unter Umständen ein erhöhtes Maß an Verunreinigung der Prozesskammeratmosphäre auftreten. Die Verunreinigung kann beispielsweise Spratzer, Rauch, Kondensat oder sonstige aufgewirbelte Partikel umfassen. Sie kann zumindest einen Teil der in Form des Energiestrahlbündels zum Baufeld gelenkten Strahlungsenergie absorbieren oder streuen, bevor jene das Baufeld erreicht, wodurch ein Verfestigungsprozess beeinträchtigt werden kann. Von besonderem Vorteil ist daher eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit additiven Herstellverfahren und -vorrichtungen, bei denen ein metallenes oder zumindest metallhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, das mindestens 50 Volumenprozent, bevorzugt mindestens 80 Volumenprozent, besonders bevorzugt mindestens 90 Volumenprozent Metall enthält. Das metallene Aufbaumaterial kann beispielsweise ein sortenreines Metallpulver oder ein Metalllegierungspulver sein.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Auslassöffnung in einer Wandung der Prozesskammer und/oder angrenzend an einen bzw. nahe einem Rand des Baufelds angeordnet sein. In der Wandung der Prozesskammer kann sie zum Beispiel als bloße ortsveränderbare Öffnung oder in einem aufwändigeren Fall als bewegbare Düse in einer Aussparung der Wandung der Prozesskammer ausgebildet sein. Der Baufeldrand einerseits und die Wandung der Prozesskammer andererseits definieren denjenigen Raum, in dem sich die Auslassöffnung bewegen kann bzw. sich die dafür nötigen bewegbaren Vorrichtungen des Gasauslasses erstrecken können. Die Mobilität der Vorrichtungen des Gasauslasses braucht nicht ausschließlich der Bewegbarkeit der Auslassöffnung zu dienen, sondern kann auch dem Zweck geschuldet sein, gerade den Raum zwischen dem Baufeldrand und der Wandung der Prozesskammer bedarfsweise ganz oder zumindest teilweise frei zu machen, nämlich wenn zum Beispiel die Beschichtungseinrichtung zeitweise einen Bewegungsspielraum benötigt.
• Grundsätzlich kann die Auslassöffnung angrenzend an einen bzw. nahe einem Rand des Baufelds angeordnet sein. Außerdem kann die Auslassöffnung prinzipiell in Richtung zum Baufeld hin bzw. vom Baufeld weg bewegbar ausgestaltet sein, etwa, um eine Kollision mit anderen beweglichen Komponenten in der Prozesskammer (etwa Beschichter o.ä.) zu vermeiden. Auch eine Bewegbarkeit der Auslassöffnung mit einer vertikalen Komponente ist möglich.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Auslassöffnung im Wesentlichen horizontal verfahrbar angeordnet sein. Als „im Wesentlichen horizontal“ wird hierbei verstanden, dass die horizontale Bewegungskomponente die Hauptbewegungskomponente ist, insbesondere die Verfahrbarkeit der Auslassöffnung von der Horizontalen höchstens um 25°, bevorzugt höchstens um 10°, besonders bevorzugt höchstens um 5° abweicht, wobei es prinzipiell gewünscht ist, eine exakt horizontale Verfahrbarkeit zu ermöglichen bzw. zu realisieren. Ist die Auslassöffnung entlang eines Baufeldrands bewegbar, lässt sich das Baufeld von einem seiner Ränder aus vollständig erfassen, sofern der Wirkbereich ausgehend von der Auslassöffnung sich mindestens so weit erstreckt, wie sich das Baufeld darunter erstreckt. In einer geeigneten Ausführungsform kann die Auslassöffnung an einer verfahrbaren Düse ausgebildet sein, die sich parallel zu einem Baufeldrand (d. h. in einer Ebene senkrecht zum Baufeld) bewegen lässt. Gemäß einer alternativen geeigneten Ausführungsform kann die Auslassöffnung derart an einer verfahrbaren Düse ausgebildet sein, dass sie sich entlang einer kurvierten Bahn, z. B. in einem kreissegmentförmigen Bogen, relativ zu dem Baufeldrand in einer Ebene parallel zum Baufeld bewegen lässt. Die Düse kann als eine Art Läufer zum Beispiel auf einer Schiene geführt sein, die stromabwärts über einen Schlauch oder über ein flexibles Rohr an eine Gasleitungseinrichtung innerhalb der Herstellvorrichtung angeschlossen ist. Der Verlauf der Schienenführung kann sich an der Umrissform des Baufelds orientieren, bei einem rechteckigen Baufeld naheliegender Weise geradlinig und parallel zu einem Baufeldrand, bei einem kreisrunden Baufeld dagegen zum Beispiel bogenförmig verlaufen. Aus zum Beispiel konstruktiven Gründen können auch von der Umrandung des Baufelds unabhängige Verläufe der Schienenführung sinnvoll sein, beispielsweise konvexe oder konkave Verläufe neben einem rechteckig berandeten Baufeld oder geradlinige Verläufe bei einem gekrümmt umrandeten Baufeld.
• Alternativ kann die Auslassöffnung im Bereich der Wandung der Prozesskammer angeordnet sein. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Auslassöffnung durch eine Art Schieber vor einer Öffnung in der Wandung der Prozesskammer realisiert sein, also durch einen in der Ebene der Wandung der Prozesskammer verschiebbaren Tür- oder Wandabschnitt, der einen fluidisch angeschlossenen Durchbruch bzw. eine Öffnung in der Wandung jedenfalls bei aktivem Gasauslass nur teilweise bedeckt und die verbleibende Teilöffnung als Auslassöffnung durch seine Verlagerung relativ zur Wandung ebenfalls verlagert. Die Verlagerung des Schiebers ist dabei auf eine translatorische Bewegung nicht beschränkt, sondern kann auch rotatorisch vor dem Durchbruch, aber im Wesentlichen in dessen Öffnungsebene verlagert werden, wodurch sich die Auslassöffnung verschieben lässt. Der derart gestaltete Gasauslass kann auch über eine Mehrzahl an verlagerbaren Schiebern verfügen, die jeweils eine Auslassöffnung für sich allein oder mehrere Auslassöffnungen gemeinsam betätigen. Der Gasauslass kann dazu einen parallel zu seiner Hauptströmungsrichtung unterteilten Auslasstrichter aufweisen, der eine Anzahl von Auslasszellen bietet, d. h. sein Gesamtvolumen in definierte Teilvolumina kassettiert. Die Auslasszellen bzw. Teilvolumina verfügen jeweils über Öffnungsflächen in die Prozesskammer hinein. Selektives Verschließen der Öffnungsflächen der Auslasszellen bzw. Teilvolumina verlagert die Öffnungsflächen und führt so zu mindestens einer bewegbaren Auslassöffnung im Bereich der Prozesskammerwandung.
• Eine Auslassöffnung kann sich folglich auch aus mehreren Öffnungsflächen zusammensetzen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Auslassöffnung einen variablen Öffnungsquerschnitt aufweisen. Sie kann folglich nicht nur hinsichtlich ihrer horizontalen Position gegenüber dem Baufeld variabel ausgebildet sein, sondern auch eine variable Größe bieten. Bei gleichbleibendem Gasstrom durch die Auslassöffnung hindurch kann daher - jedenfalls bei einer Absaugung - mit der Veränderung ihres Öffnungsquerschnitts auch ein Wirkbereich des Gasauslasses in die Tiefe der Prozesskammer hinein beeinflusst werden. Die Veränderung des Öffnungsquerschnitts kann zum Beispiel durch eine entsprechende Ansteuerung der obigen Schieber vor den einzelnen Öffnungsflächen erfolgen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass eine komplette Abschaltung der Auslassöffnung im Sinne eines Totalverschlusses des Öffnungsquerschnitts nicht mehr als „Bewegung der Auslassöffnung“ verstanden wird, sondern als eine Komplettblockade der Auslassöffnung.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mindestens zwei unabhängig voneinander bewegbare Auslassöffnungen an derselben Seite eines Baufelds übereinander angeordnet sein. Beispielsweise können zwei Schienen übereinander neben dem Baufeld verlaufen, auf denen unabhängig voneinander jeweils eine Gasauslassdüse hin- und her verfahrbar ist. Alternativ können zwei Auslassöffnungen eines oder zweier getrennter Gasauslässe auf eine der oben beschriebenen Weisen in der Wandung der Prozesskammer übereinander angeordnet sein. Die Auslassöffnungen können damit übereinander angeordnet sein, um einen Wirkbereich zu vergrößern bzw. mindestens zwei separate Wirkbereiche zu erzeugen.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mindestens zwei unabhängig voneinander bewegbare Auslassöffnungen neben dem Baufeld und in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Sie können an aneinander angrenzenden und/oder an einander gegenüberliegenden Seiten des Baufelds und dort an dessen Rand oder an oder in der Wandung der Prozesskammer an- oder untergebracht sein. Damit kann eine Wirkungsrichtung der Gasabfuhr vom Baufeld variiert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Beströmungsrichtung durch einen Gaseinlass. Die Anordnung mehrerer richtungsverschiedener Gasauslässe kann auch deren zeitgleichen Betrieb ermöglichen, so dass sich ihre Wirkungsrichtungen auf dem Baufeld kreuzen. Jedenfalls theoretisch ist damit sogar eine zumindest lokale 360°-Einwirkung auf das Baufeld möglich, wenn das Baufeld an allen seinen Seiten über Gasauslässe bzw. Auslassöffnungen verfügt.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Verfahrweg bzw. die Öffnung des Gasauslasses mindestens die Länge einer Baufeldseite haben, entlang welcher er wirkt. Dabei wird hinsichtlich der „Öffnung des Gasauslasses“ vorausgesetzt, dass sie bereichsweise verschließbar und im Betrieb entsprechend lokal verschlossen ist und die bewegbare bzw. verlagerbare Auslassöffnung den jeweils nicht verschlossenen Bereich der Öffnung bildet. Der „Verfahrweg“ bezieht sich dagegen zumindest auf die Auslassöffnung des Gasauslasses unabhängig von dessen konstruktiver Gestaltung. Bei geeigneter Distanz zwischen Gasauslass und Baufeld bzw. geeignetem Prozessgasvolumenstrom stellt der Gasauslass seine zuverlässige Einwirkung zumindest auf den gesamten entlang der Baufeldseite verlaufenden Baufeldrand sicher, ohne z. B. an dessen Enden Wirkungseinbußen zu erleiden. Eine vergleichsweise große horizontale, aber auch vertikale Ausdehnung der Auslassöffnung des Gasauslasses kommt einer effizienten Erfassung insbesondere eines lokal als Freistrahl eingedüsten und sich dabei aufweitenden Prozessgasstroms bzw. des fortgeblasenen Prozessgasvolumens entgegen.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine horizontale Erstreckung der zumindest einen Auslassöffnung geringer als eine horizontale Erstreckung der angrenzenden Seite des Baufelds. Vorzugsweise beträgt die horizontale Erstreckung der Auslassöffnung maximal 50%, weiter bevorzugt maximal 30%, besonders bevorzugt maximal 20% der horizontalen Erstreckung der angrenzenden Baufeldseite.
• In einem einfachen Fall kann mindestens eine Auslassöffnung pro Referenzprozessstelle und/oder pro definierte Zielentlüftungszone bzw. Zielbeströmungszone vorgesehen sein. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann mehr als ein Gasauslass einer Referenzprozessstelle und/oder einer Zielentlüftungszone und/oder einer Zielbeströmungszone zugeordnet sein. Es können also zwei oder mehr Gasauslässe bzw. Auslassöffnungen eine einzige Referenzprozessstelle und/oder Zielentlüftungszone und/oder Zielbeströmungszone im Baufeld bedienen, um die Referenzprozessstelle und/oder Zielentlüftungszone und/oder Zielbeströmungszone effektiver vom ggf. mit Verunreinigungen belasteten Prozessgas zu befreien und so einer dortigen Verunreinigung effektiv entgegen zu wirken.
• Eine „Referenzprozessstelle“ kann eine oder mehrere zu einem Zeitpunkt vorhandene (Strahlungs-) Einwirkfläche(n) (insbesondere des bzw. der Energiestrahlbündel(s)) auf dem Baufeld umfassen. Optional kann sie zusätzlich einen definierten Bewegungsbereich der (Strahlungs-) Einwirkfläche(n) umfassen, dessen Ausdehnung z. B. durch eine vorgegebene Zeitspanne definiert sein kann, in der sich die aktuelle(n) (Strahlungs-) Einwirkfläche(n) auf dem Baufeld bewegt/bewegen. Vorzugsweise wird sie als zweidimensionaler Ausschnitt aus der Arbeitsebene bzw. der Baufeldoberfläche verstanden. Die Referenzprozessstelle kann z.B. in Abhängigkeit einer jeweils angewandten Bestrahlungsstrategie beispielsweise einen Abschnitt eines Streifens bzw. einer Bahn umfassen („Stripe“-Bestrahlungsstrategie), der/die typischerweise durch eine konstante Maximalbreite definiert ist. Alternativ kann sie beispielsweise - anteilig oder vollständig - die Fläche eines „Schachbrettfelds“ bei einer sogenannten „Chess“-Bestrahlungsstrategie umfassen. Die beispielhaft genannten Streifen und Schachbrettfelder werden dabei üblicherweise vom Energiestrahlbündel hochfrequent „ausschraffiert“. Ein Ort, eine Ausdehnung und/oder eine Orientierung der Zielentlüftungszone bzw. Zielbeströmungszone bzw. ihre dynamische Veränderung können zumindest indirekt abhängig vom Ort, der Ausdehnung und/oder der Orientierung der Referenzprozessstelle bzw. deren dynamischer Veränderung sein.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Auslassöffnung in einer unteren Hälfte, vorzugsweise in einem untersten Fünftel, besonders bevorzugt in einem untersten Zehntel der Prozesskammer bezogen auf eine lichte Höhe der Prozesskammer, jeweils senkrecht zum Baufeld betrachtet, bewegbar sein. Da eine Prozesskammer einen zerklüfteten Innenraum aufweisen kann, z. B. ein uneinheitliches Höhenniveau der Decke, bezieht sich der Begriff „lichte Höhe“ auf eine maximale Innenhöhe der Prozesskammer. Beispielsweise können die genannten Werte in Bezug auf die lichte Höhe der Prozesskammer einem Abstandswert im bestimmungsgemäßen Betrieb des Gasauslasses von kleiner oder gleich 20cm, vorzugsweise kleiner oder gleich 10cm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 5cm zum Baufeld entsprechen. In den genannten Höhenbereichen der Prozesskammer ist eine besonders hohe Wirksamkeit des Gasauslasses zu erwarten. Außerdem unterscheidet er sich damit von einem evtl. separaten Auslass einer Deckenbeströmung, die regelmäßig etwa in einer oberen Hälfte oder in einem oberen Viertel der Prozesskammer wirkt und insbesondere einem Freiblasen oder Abschirmen eines Einkoppelfensters für die Zufuhr von Strahlungsenergie dient. Auf einem dem Gasauslass entsprechenden Höhenniveau kann auch der Gaseinlass angeordnet sein.
• Zumindest experimentell lässt sich feststellen, dass es einen erkennbaren Wirkungsunterschied zwischen einer Einblasung durch einen Gaseinlass und einer Abführung bzw. Absaugung durch einen Gasauslass gibt. Demnach liegt die Wirksamkeit einer Einblasung um ein mehrfaches über derjenigen einer Absaugung. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann daher die bewegbare Auslassöffnung mit einem bewegbaren Gaseinlass zusammenwirken, um eine noch höhere Wirksamkeit zu erreichen. Der mobile Gaseinlass lässt sich nahe an einen Strahlungseinwirkbereich bzw. an eine Zielbeströmungszone heranfahren und kann dort lokal wirken. In Kombination mit einem Abführen bzw. Absaugen des Prozessgases aus der Zielentlüftungszone und/oder zumindest aus einem Bereich der Prozesskammer oberhalb der Referenzprozessstelle durch den Gasauslass lässt sich die Effizienz der erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung sicherstellen.
• Im Gegensatz zu einer globalen Einblasung, bei der ein vollständiges Baufeld bzw. ein Volumen innerhalb der Prozesskammer oberhalb des Baufelds beströmt wird, wobei die Grundfläche des Volumens mindestens der Ausdehnung des Baufelds entspricht, wirkt der bewegbare Gaseinlass lokal, indem er nur einen Teilbereich des Baufelds anfährt, d. h. ein Teilvolumen oberhalb des Baufelds erfasst, wobei die Grundfläche des Volumens einem Teilbereich des Baufelds entspricht. Die Ausführungsform mit einem bewegbaren Gaseinlass verfolgt das Ziel einer Verminderung und/oder eines Abtransports von atmosphärischen Verunreinigungen mittels eines Anströmens und damit Verdrängens und/oder Verdünnens der Verunreinigung mit verunreinigungsfreiem oder zumindest verunreinigungsarmem Prozessgas, das gezielt jenseits einer Auftreffstelle des Energiestrahlbündels auf dem Baufeld abgeführt wird. Im Übrigen wird wegen weiterer Merkmale des bewegbaren Gaseinlasses auf die parallele Anmeldung mit dem Titel „Herstellvorrichtung und Verfahren für additive Herstellung mit mobiler Beströmung“ und mit der Anmeldernummer EM2017-073 vom selben Tage hingewiesen, die diesbezüglich auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
• Der bewegbare und ggf. mit einem ebenfalls bewegbaren Gaseinlass synchronisierte Gasauslass schließt nicht aus, dass die Herstellvorrichtung nach einer weiteren Ausgestaltung über eine „globale Einströmung“ verfügt. Dabei kann es sich um eine Deckenbeströmung bzw. Deckeneinblasung handeln, die regelmäßig etwa in einer oberen Hälfte oder in einem oberen Viertel der Prozesskammer wirkt und insbesondere einem Freiblasen oder Abschirmen eines Einkoppelfensters für die Zufuhr von Strahlungsenergie dient. Alternativ oder zusätzlich zur Deckenbeströmung kann eine vergleichsweise großflächig eingeführte, abwärts gerichtete Strömung vorgesehen sein, die analog zu einer Reinraumströmung ein Aufsteigen von Verunreinigungen in einen oberen Bereich der Prozesskammer vermindert bzw. Verunreinigungen nahe ihrem Entstehungsort im unteren Bereich der Prozesskammer hält, während sie verdünnt bzw. abtransportiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann es sich um eine seitliche Einströmung mit höherer Geschwindigkeit handeln. Für die Erfassung auch des zusätzlich eingeströmten Gasvolumens kann der bewegbare Gasauslass zur Verfügung stehen.
• Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung der oben beschriebenen Art mit mindestens einem Gaseinlass und mindestens einem bewegbaren Gasauslass für Prozessgas, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels abgetastet werden, wobei der bewegbare Gasauslass im Betrieb einer Referenzprozessstelle und/oder einer der Referenzprozessstelle zugeordneten Zielentlüftungszone des bewegbaren Gasauslasses zugeordnet wird.
• Im Falle einer bewegbaren Ausbildung des Gaseinlasses wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens der bewegbare Gasauslass im Betrieb einer der Referenzprozessstelle zugeordneten Zielbeströmungszone des Gaseinlasses zugeordnet.
• Mit der Zuordnung des mobilen Gasauslasses zu einer Referenzprozessstelle und/oder zu einer Zielentlüftungszone verfolgt die Erfindung das Prinzip, eventuell verunreinigtes Gasvolumen aus der Zielentlüftungszone abzutransportieren. Die Fokussierung der Wirkung des Gasauslasses mittels bewegbarer Auslassöffnung steigert die Effizienz des Gasabtransports. Damit lässt sich zum Beispiel das Ziel einer verunreinigungsfreien Zufuhr von Strahlungsenergie auf das Baufeld erreichen, jedoch ohne den Einsatz bzw. Durchsatz großer Gasvolumina. Grundsätzlich kann der mobile Gasauslass einem im Betrieb der Herstellvorrichtung typischerweise rasch über das Baufeld bewegten Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels zugeordnet werden. Die Zuordnung zu einer Referenzprozessstelle und/oder zu einer Zielentlüftungszone definiert eine Bedarfsschwelle für die Ansteuerung des Gasauslasses, die zu einer Reduzierung der Bewegungen des Gasauslasses führen kann. Damit lässt sich eine durch die Prozesskammer bzw. über das Baufeld geführte Gasströmung beruhigen, da deren Durchlaufzeit in der Regel erheblich länger ist, als die Verweildauer eines Strahlungseinwirkbereichs an einer Prozessstelle auf dem Baufeld. Dies kann eine Wirksamkeit der Abfuhr von Verunreinigungen aus der Prozesskammer erhöhen.
• Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens können das Einstellen der Position des Gasauslasses und damit die Ansteuerung der Bewegung der Auslassöffnung in Abhängigkeit von einer oberhalb des Baufelds detektierten lokalen Verunreinigungskonzentration in der Prozesskammer erfolgen. Die Erfassung einer lokalen Verunreinigungskonzentration, etwa einer Rauchkonzentration, kann zusätzlich andere Einflüsse jenseits der Position und Orientierung eines Gaseinlasses berücksichtigen, beispielsweise Einflüsse einer weiteren Strömung eines anderen Gaseinlasses oder einer Deckenbeströmung. Damit kann die Bewegung der Auslassöffnung hinsichtlich ihrer angestrebten Wirkung genauer gesteuert werden. Ihre Steuerung kann optional über eine Verbindung zu einem Monitoring-System verfügen, das beispielsweise fortlaufend eine lokale Konzentration von Verunreinigungen der Prozesskammeratmosphäre zumindest in einem Teilbereich der Prozesskammer detektiert.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann die Orientierung einer Öffnung eines bewegbaren Gaseinlasses abhängig von einer Position oder Orientierung der Auslassöffnung des Gasauslasses eingestellt werden. Bei einer verfahrbaren Auslassöffnung stellt ihre Position, bei einer verschwenkbaren Auslassöffnung ihre Orientierung den Bezugspunkt für die Ansteuerung des Gaseinlasses dar. Vorzugsweise wird die Gaseinlassöffnung so positioniert und orientiert, dass sie der Gasauslassöffnung im Betrieb der Beströmungsvorrichtung in einer vertikalen Draufsicht auf das Baufeld stets gegenüber liegt. Diese Ansteuerung verspricht eine hohe Wirksamkeit des Zusammenspiels von Gaseinlass und Gasauslass, der sich u. a. in einem geringen Einsatz bzw. Durchsatz von Prozessgas niederschlagen kann.
• Eine unmittelbare koaxiale Ausrichtung des Gaseinlasses und des Gasauslasses lässt sich aus prozesstechnischen Gründen während eines Herstellungsvorgangs evtl. nicht immer umsetzen. Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann die Ansteuerung des Gaseinlasses und des Gasauslasses daher einen vorgegebenen Winkel-Schwellenwert berücksichtigen, so dass ein Winkel, den die Öffnungsebenen der Einlassöffnung des Gaseinlasses und der Auslassöffnung des Gasauslasses in einer vertikalen Draufsicht auf das Baufeld betrachtet miteinander einschließen, den Winkel-Schwellenwert nicht überschreitet. Der Winkel-Schwellenwert ermöglicht folglich eine gewisse Toleranz gegenüber einer angestrebten optimalen Ausrichtung des Gaseinlasses und des Gasauslasses zueinander, die aber eine funktional mögliche Abweichung der Ausrichtung ohne gravierende Einbußen der Wirksamkeit mit einbezieht. Damit kann sich der Steuerungsaufwand für den Gaseinlass und den Gasauslass reduzieren.
• Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Steuerungsverfahren für ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung mit einem Gaseinlass und einem bewegbaren Gasauslass für Prozessgas, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels, abgetastet werden, wobei das Steuerungsverfahren so ausgebildet ist, dass es im Betrieb dem bewegbaren Gasauslass einer Referenzprozessstelle und/oder einer der Referenzprozessstelle zugeordneten Zielentlüftungszone des bewegbaren Gasauslasses zuordnet. Eine Erzeugung von Steuerbefehlsdaten im Rahmen des Steuerungsverfahrens kann beispielsweise in Form von Hardware- und/oder Softwarekomponenten in einer Rechenvorrichtung realisiert sein. Die Rechenvorrichtung kann z. B. Teil der obigen Herstellvorrichtung zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts selber sein, beispielsweise als Teil einer Steuereinrichtung o. ä. Alternativ kann die Erzeugung der Steuerbefehlsdaten eigenständig und separat ablaufen, d. h. von der Herstellvorrichtung räumlich getrennt durchgeführt werden. Dann können die erzeugten Steuerbefehlsdaten der Herstellvorrichtung mittels geeigneter Schnittstellen zugeführt werden, beispielsweise über einen Memorystick, eine mobile Festplatte oder einen sonstigen transportablen Datenträger sowie über kabelgebundene bzw. -lose Netzwerke oder „Cloud“-Lösungen.
• Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuerdatenerzeugungsvorrichtung und/oder einer Steuereinrichtung der obigen Herstellvorrichtung zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerdatenerzeugungsvorrichtung und/oder in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung der Erfindung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software- bzw. Firmware-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z. B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software umfassen. Zum Transport zur Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine mobile Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf dem die von einer Rechenvorrichtung zur Erzeugung von Steuerbefehlsdaten und/oder der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind.
• Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
• 1: eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung zur additiven Fertigung von Fertigungsprodukten nach dem Stand der Technik,
• 2: eine schematische Teilschnittansicht auf eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem schwenkbaren Gasauslass in einer der Schnittlinie D-D gemäß 1 entsprechenden Ebene,
• 3: eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung mit einem schwenkbaren Gasauslass,
• 4: eine schematische Schnittansicht mit zwei schwenkbaren Gasauslässen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
• 5: eine schematische Schnittansicht mit zwei Ausführungsformen eines verfahrbaren Gasauslasses gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
• 6: eine schematische Schnittansicht mit einem alternativen verfahrbaren Gasauslass gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
• 7: eine schematische Schnittansicht mit einem alternativen verfahrbaren Gasauslass gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
• 8: eine Ansicht auf die Prozesskammerwandung gemäß der Schnittlinie VIII - VIII in 7,
• 9: eine weitere derartige Ansicht mit zwei Gasauslässen übereinander,
• 10: eine alternative Ansicht zu 8, und
• 11: eine alternative Ansicht zu 9 mit zwei Gasauslässen übereinander.
• Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung ist eine an sich bekannte Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung a1. Zum Aufbauen eines Objekts a2 enthält sie eine quaderförmige Prozesskammer a3 mit einer ebenflächigen Kammerwandung a4. In der Prozesskammer a3 ist ein nach oben offener Baubehälter a5 mit einer Wandung a6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters a5 ist eine Arbeitsebene a7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene a7, der zum Aufbau des Objekts a2 verwendet werden kann, als Baufeld a8 bezeichnet wird.
• In dem Behälter a5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger a10 angeordnet, an dem eine Grundplatte a11 angebracht ist, die den Baubehälter a5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte a11 kann eine getrennt von dem Träger a10 gebildete Platte sein, die an dem Träger a10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger a10 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte a11 noch eine Bauplattform a12 angebracht sein, auf der das Objekt a2 aufgebaut wird. Das Objekt a2 kann aber auch auf der Grundplatte a11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform dient. In 1 ist das in dem Baubehälter a5 auf der Bauplattform a12 zu bildende Objekt a2 unterhalb der Arbeitsebene a7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial a13.
• Die Lasersintervorrichtung a1 enthält weiter einen Vorratsbehälter a14 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial a15 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter a16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials a15 auf das Baufeld a8.
• Die Lasersintervorrichtung a1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung a20 mit einem Laser a21, der einen Laserstrahl a22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung a23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung a24 über ein Einkoppelfenster a25, das an der Oberseite der Prozesskammer a3 in deren Wandung a4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene a7 fokussiert wird.
• Weiter enthält die Lasersintervorrichtung a1 eine Steuereinheit a29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung a1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit a29 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrich-tung, insbesondere in die Steuereinheit a29 geladen werden kann.
• Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger a10 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Durch Verfahren des Beschichters a16 über die Arbeitsebene a7 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials a15 aufgebracht. Zu Sicherheit schiebt der Beschichter a16 eine etwas größere Menge an Aufbaumaterial a15 vor sich her, als für den Aufbau der Schicht erforderlich ist. Den planmä-ßigen Überschuss an Aufbaumaterial a15 schiebt der Beschichter a16 in einen Überlaufbe-hälter a18. Auf beiden Seiten des Baubehälters a5 ist jeweils ein Überlaufbehälter a18 ange-ordnet. Das Aufbringen des pulverförmigen Aufbaumaterials a15 erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts a2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld a8, also den Bereich der Arbeitsebene a7, der durch eine Vertikalbewegung des Trägers a10 abgesenkt werden kann.
• Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts a2 von dem Laserstrahl a22 mit einem Strahlungseinwirkbereich abgetastet, so dass das pulverförmige Aufbaumaterial a15 an Prozessstellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts a2 entsprechen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt a2 fertiggestellt ist und dem Baubehälter a5 entnommen werden kann.
• Zum Erzeugen eines bevorzugt laminaren Gasstroms a34 in der Prozesskammer a3 enthält die Lasersintervorrichtung a1 ferner einen Gaszuführkanal a32, eine Gaseinlassdüse a30, eine Gasabsaugdüse a31 und einen Gasabführkanal a33. Der Gasstrom a34 bewegt sich horizontal über das Baufeld a8 hinweg. Auch die Gaszufuhr und -abfuhr kann von der Steu-ereinheit a29 gesteuert sein. Das aus der Prozesskammer a3 abgesaugte Gas kann einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zugeführt werden, und das gefilterte Gas kann über den Gaszuführkanal a32 wieder der Prozesskammer a3 zugeführt werden, wodurch ein Umluft-system mit einem geschlossenen Gaskreislauf gebildet wird. Statt lediglich einer Gasein-lassdüse a30 und einer Gasabsaugdüse a31 können jeweils auch mehrere Düsen vorgesehen sein.
• 2 zeigt eine schematische Teilschnittansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem schwenkbaren Gasauslass 32 in einer der Schnittlinie D-D gemäß 1 entsprechenden Ebene. Die 2 bietet eine Draufsicht auf die quaderförmige Prozesskammer 3, die von der ebenflächigen, senkrecht aufragenden Kammerwandung 4 umgeben ist. Innerhalb der Prozesskammer 3 liegt das rechteckige Baufeld 8.
• Die Kammerwandung 4 weist eine rechteckige, sich im Wesentlichen waagrecht erstreckende Öffnung 41 auf, die auf einer einem Baufeldrand 81 zugewandten Seite des Baufelds 8 liegt. Sie liegt in einer Höhe knapp über dem Baufeld 8 und weist eine Breite auf, die etwa der Länge des Baufeldrands 81 entspricht. Durch die Öffnung 41 ragt ein abschnittweise horizontal schwenkbarer Gasausabführkanal 33 des Gasauslasses 32 hindurch. Er setzt sich aus einem feststehenden Abschnitt 35 und einem schwenkbaren rohrförmigen Abschnitt 36 zusammen, die an einem Scharnier 37 miteinander fluiddurchgängig verbunden sind und einen Gasstrom 34 leiten. An einem dem Scharnier 37 gegenüberliegenden baufeldseitigen Ende des schwenkbaren Abschnitts 36 liegt eine Auslassöffnung 31. Ihre Erstreckungsebene steht in jeder Position des schwenkbaren Abschnitts 36 orthogonal zum Baufeld 8.
• Die Lage des Scharniers 37 und die Länge des schwenkbaren Abschnitts 36 sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Auslassöffnung 31 am Baufeldrand 81 über dessen gesamte Länge hinweg verschwenkt werden kann, ohne das Baufeld 8 selbst auch nur teilweise zu überstreichen. Damit behindert der schwenkbare Abschnitt 36 keine Aktion des nicht dargestellten Laserstrahls auf dem Baufeld 8. Zur Abdeckung der Öffnung 41 kann eine nicht dargestellte Jalousie an dem schwenkbaren Abschnitt 36 angebracht sein, die sich mit ihm mitbewegt und die Öffnung 41 ggf. beidseits abdeckt und sich jenseits der Öffnung 41 vor oder hinter die Kammerwandung 4 schiebt.
• 3 zeigt eine vergleichbare schematische Schnittansicht der Vorrichtung mit einem alternativen teilweise schwenkbaren Gasabführkanal 33: sein horizontal schwenkbarer rohrförmiger Abschnitt 36 lässt sich in eine Nische 42 in der Kammerwandung 4 einklappen. Die Nische 42 weist eine Tiefe in Richtung der Ebene des Baufelds 8 auf, die mindestens dem Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 36 entspricht. Sein Scharnier 37 liegt ebenfalls in der Nische 42 und schließt ihn an einen nicht dargestellten feststehenden Abschnitt des Gasausabführkanals 33 an. Der feststehende Abschnitt kann vertikal, horizontal oder in einem anderen Winkel fluidleitend an das Scharnier angeschlossen sein. An einem dem Scharnier 37 gegenüberliegenden Ende weist der schwenkbare Abschnitt 36 eine Auslassöffnung 31 des Gasauslasses 32 auf.
• Der Schwenkbereich des schwenkbaren Abschnitts 36 ermöglicht es der Auslassöffnung 31, den Baufeldrand 81 abzufahren, ohne über das Baufeld 8 an sich zu ragen. Seine horizontale Verschwenkbewegung reicht also nicht über den Baufeldrand 81 in das Baufeld 8 bzw. in das Volumen oberhalb des Baufelds 8 hinein. Dabei ist das Volumen oberhalb des Baufelds 8 vom übrigen Volumen der Prozesskammer 3 bzw. a3 abgegrenzt, indem ein Lot auf den Baufeldrand 81 gefällt wird. Während einer Aktion des nicht dargestellten Beschichters, z. B. bei einer Beschichtungsfahrt über das Baufeld 8, klappt der schwenkbare Abschnitt 36 in die Nische 42, um dessen Arbeitsraum zwischen dem Baufeldrand 81 und der Kammerwandung 4 während seines Betriebs nicht zu beeinträchtigen.
• 4 zeigt in einer weiteren schematischen Schnittansicht zwei teilweise schwenkbare Gasabführkanäle 33a, 33b, die dem Gasabführkanal 33 der 3 prinzipiell vergleichbar konstruiert sind. Auch ihre jeweiligen Scharniere 37a, 37b als Schwenkpunkte ihrer schwenkbaren Abschnitte 36a, 36b liegen in einer Nische 42 in der Kammerwandung 4, deren Abmessungen denjenigen gemäß 3 entsprechen. Ihre Auslassöffnungen 31a, 31b lassen sich jeweils in Viertelkreisbögen v zwischen der Nische 42 und einem ihr zugewandten Rand 81 des Baufelds 8 verschwenken. Ihre geringste Entfernung zum Baufeldrand 81 erreichen sie jeweils an den links- und rechtsseitigen Enden des Baufeldrands 81. Bei einer Auslenkung auf der geometrischen Mitte des Viertelkreisbogens v bzw. bei 45° gegenüber der vollständig in die Nische 42 eingeklappten Position können beide Gasabführkanale 33a, 33b zugleich auf einen mittigen Bereich des Baufeldrands 81 einwirken, sodass sie auch dort für einen geeigneten Gasstrom 34 (vgl. 1) sorgen. Die beiden schwenkbaren Abschnitte 36a, 36b lassen sich ebenfalls und zum gleichen Zweck und unter Nutzung derselben Vorteile vollständig in die Nische 42 einklappen wie zu 3 erläutert.
• 5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht, nun mit zwei unterschiedlichen Ausführungsformen eines verfahrbaren Gasabführkanals beidseits einer Symmetrieachse a: Der linksseitige Gasabführkanal 33c setzt sich in Strömungsrichtung aus einer horizontal schienengeführten Auslassöffnung 31c, einem anschließenden flexiblen Abschnitt 38c und einem schwenkbaren Abschnitt 36c zusammen, der an einem Scharnier 37c an einem feststehenden Abschnitt 35 fluidleitend angeschlossen ist.
• Der rechtsseitige Gaszuführkanal 33d verfügt über eine der Auslassöffnung 31c vergleichbare Auslassöffnung 31d, an die sich ein flexibler Abschnitt 38d zum Beispiel aus einem Wellrohr anschließt, der mechanisch und fluidisch unmittelbar, also insbesondere ohne Zwischenschaltung eines Scharniers, mit dem feststehenden Abschnitt 35 gekoppelt ist.
• Der schwenkbare Abschnitt 36c und der flexible Abschnitt 38d lassen sich in einer im Wesentlichen V-förmigen Nische 43 verschwenken, die sich an die Öffnung 41 auf ihrer dem Baufeld 8 abgewandten Seite anschließt. Die Auslassöffnungen 31c, 31d laufen auf einer Schiene 50, die quer durch die gesamte Öffnung 41 in der Kammerwandung 4 und parallel zum Baufeldrand 81 verläuft. Damit lassen sich die Auslassöffnungen 31c, 31d entlang der gesamten Längenerstreckung des Baufeldrands 81 horizontal verschieben, ohne dass sie ihn überschreiten und damit in bzw. über das Baufeld 8 gelangen würden. Da sie schienengeführt in der Ebene der Kammerwandung 4 verlaufen, behindern sie zu keiner Zeit die Aktion des nicht darstellten Beschichters. Zusammen mit den Auslassöffnungen 31c, 31d kann eine Trennwand, ein Gliedervorhang oder eine Jalousie 55 auf der Schiene 50 verfahren werden, die die Öffnung 41 neben den Auslassöffnungen 31c, 31d in einer Flucht mit der Kammerwandung 4 bedeckt oder verschließt. Sie/er kann einen Bewegungsraum des schwenkbaren Abschnitts 36c bzw. des flexiblen Abschnitts 38d innerhalb der V-förmigen Nische 43 von Verunreinigungen freihalten.
• 6 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht mit einer schienengeführten verfahrbaren Auslassöffnung 31d und einem flexiblen Abschnitt 38d in der V-förmigen Nische 43 wie gemäß 5. Abweichend davon liegt die Schiene 50 aber nahe dem Baufeldrand 81, um auf kürzerem Wege mit einem Gaseinlass 30 zusammenzuwirken. Auch eine baufeldnahe Anordnung der Auslassöffnung 31d schließt die Anordnung einer nicht dargestellten Trennwand zum Schutz der Öffnung 41 in der Kammerwandung 4 nicht aus.
• Die Auslassöffnung 31d wirkt in einer Hauptwirkungsrichtung entsprechend der Achse b auf das Baufeld 8 ein. Ein über dem Baufeld 8 bewegbarer Gaseinlass 30 bildet einen Strömungskegel 12 des einströmenden Prozessgases aus und ist prozessbedingt mit seiner Hauptwirkungsrichtung entsprechend der Achse c in einem Winkel auf die Kammerwandung 4 gerichtet. Damit schließen die beiden Achsen b, c einen Winkel α ein. Der Gaseinlass 30 und der Gasauslass 32 sind folglich nicht koaxial zueinander ausgerichtet. Steuerungsseitig ist ein Winkel-Schwellwert für den Winkel α hinterlegt, der nicht überschritten werden darf. Anderenfalls könnte die Gefahr bestehen, dass die Auslassöffnung 31d den Strömungskegel 12 nicht mehr vollständig erfasst, so dass Teile seines Gasvolumens aus der Prozesskammer 3 nicht unmittelbar abgeführt werden, sondern vorher beispielsweise zu unerwünschten Verwirbelungen führen könnten. Der Strömungskegel 12 ist in der hier gezeigten Draufsicht Teilmenge einer trapezförmigen Zielbeströmungszone 21, die sich ausgehend von der Einlassöffnung des Gaseinlasses 30 in Richtung der Auslassöffnung 31d des Gasauslasses 32 erstreckt. Die Zielbeströmungszone 21 stellt einen definierten Mindestwirkbereich des Gaseinlasses 32 dar, aus dem Verunreinigungen der Atmosphäre der Prozesskammer 3 effektiv entfernt werden. Um die Auslassöffnung 31d des Gasauslasses 32 herum erstreckt sich eine in der Draufsicht halbkreisförmige Zielentlüftungszone 22, die einen definierten Mindestwirkbereich des Gasauslasses 32 bildet. Ort und gegebenenfalls Orientierung sowie Ausdehnung der Zielbeströmungszone 21 und der Zielentlüftungszone 22 werden in der Ansteuerung derart mit der Position der Prozessstelle 9 auf dem Baufeld 8 koordiniert, dass ein möglichst effektiver Abtransport von Verunreinigungen aus einem baufeldnahen Bereich der Prozesskammer 3 oberhalb des Baufelds 8 stattfindet. Eine besonders günstige Ausrichtung des Gaseinlasses 30 und des Gasauslasses 32 zueinander in der vorliegenden Darstellung zeigt sich daran, dass der Strömungskegel 12 und damit ein wesentlicher Anteil der von der Prozessstelle 9 ausgehenden, durch das einströmende Gas verdrängten Verunreinigung im Wesentlichen direkt in die Auslassöffnung des Gasauslasses 32 zielt. Dies mindert die Wahrscheinlichkeit eines unerwünschten, länger als notwendigen Verbleibens der Verunreinigung in der Prozesskammer 3, z. B. in Form eines stehenden Wirbels bzw. einer Walze.
• 7 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht eines Gasauslasses 32 mit einer alternativen verfahrbaren bzw. verlagerbaren Auslassöffnung 31e. Die V-förmige Nische 43, die sich von der Öffnung 41 in der Kammerwandung 4 ausgehend verjüngt, mündet auf ihrer baufeldabgewandten Seite in einen feststehenden Abschnitt 35e eines Gasabführkanals 33e. In Strömungsrichtung davor liegt eine Mehrzahl an fächerförmig angeordneten, ebenfalls feststehenden vertikalen Wandabschnitten 39e. Sie geben der Nische 43 die Form eines in horizontaler Richtung gegliederten Auslasstrichters. Jeder Abschnitt 39e mündet baufeldseitig mit einer Auslassöffnung 31e in der Erstreckungsebene der Kammerwandung 4. Jede Auslassöffnung 31e lässt sich unabhängig von einer benachbarten oder anderen Auslassöffnung 31e mit einer in der Ebene der Kammerwandung 4 verschiebbaren Lamelle 54 vorzugsweise fluiddicht verschließen.
• 8 zeigt eine Ansicht auf die Kammerwandung 4 gemäß der Schnittlinie VIII - VIII in 7. Die sich im Wesentlichen horizontal erstreckende rechteckige Öffnung 41, die sich quer und über die Länge des Baufeldrands 81 zieht, unterteilt sich geometrisch betrachtet in sechs quadratische Flächen 56. Zwei davon stellen die Auslassöffnungen 31 e dar, die übrigen sind durch die Lamellen 54 verschlossen. Durch Ansteuerung der Lamellen 54 lassen sich die quadratischen Flächen 56 jeweils unabhängig voneinander von einer verschlossenen Position in Auslassöffnungen 31e umschalten. Damit lassen sich die Auslassöffnungen 31e am Baufeldrand 81 sehr flexibel und schnell in ihrer Position verändern. Eine Lageänderung der Auslassöffnungen 31e dauert nur noch so lange, wie eine quadratische Fläche 56 geöffnet bzw. geschlossen wird. Dabei kann die Öffnung 41 auch in anderen Mustern als der in 8 dargestellten Weise angesteuert werden, beispielsweise mit nur einer Auslassöffnung 31e entsprechend einer quadratischen Fläche 56, mit zwei oder mehreren nebeneinander liegenden Flächen 56 als Auslassöffnung 31e bis hin zu allen geöffneten Flächen 56 als einer einzigen Auslassöffnung 31e. Damit lässt bzw. lassen sich die Auslassöffnung(en) 31e nicht nur hinsichtlich ihrer Position, sondern auch hinsichtlich ihrer Größe variieren
• In einer einfacheren Ausführungsform kann die Öffnung 41 über genau vier horizontal verschiebbare Lamellen 54 verfügen, so dass zwei quadratische Flächen 56 als Auslassöffnungen 31e unverschlossen bleiben. Die unverschlossenen Flächen 56 bzw. Auslassöffnungen 31e können an jeder der sechs Positionen innerhalb der Öffnung 41 und auch nebeneinander angeordnet sein.
• 9 zeigt eine Ansicht der Kammerwandung 4 mit einer Öffnung 41. Sie setzt sich aus zwei vertikal in der Kammerwandung 4 übereinander liegenden Reihen 57 aus jeweils sechs quadratischen Flächen 56 zusammen. Jede Reihe 57 ist prinzipiell aufgebaut und angesteuert wie die Öffnung 41 gemäß 8. Die verschiebbaren Lamellen 54 bilden quasi einen Gliedervorhang, der aufgrund der in der Prozesskammer 3 vorherrschenden Temperaturen hochtemperaturfest ist.
• In dem dargestellten Muster, nämlich mit einer identischen Ansteuerung der oberen und der unteren Reihe 57 lässt sich die Absaugintensität am Baufeldrand 81 lokal intensivieren. Mit einer jeweils individuellen Ansteuerung der oberen und der unteren Reihe 57 dagegen lassen sich eine oder mehrere Auslassöffnungen 31e übereinander und unabhängig voneinander bewegen und ihre Position den aktuellen Anforderungen zum Beispiel der Position mehrerer bewegbarer Gaseinlässe oder einer aktuellen Konzentration bzw. Menge von Verunreinigungen der Gasatmosphäre über dem Baufeld 8 anpassen.
• 10 zeigt eine Ansicht auf die Kammerwandung 4 gemäß der Schnittlinie X - X in 5. In der rechteckigen Öffnung 41, die sich quer und über die Länge des Baufeldrands 81 erstreckt, lassen sich zwei Auslassöffnungen 31c oder 31d horizontal verschieben. Sie decken damit den gesamten Baufeldrand 81 strömungstechnisch ab.
• 11 bietet eine vergleichbare Ansicht zu 10, jedoch mit zwei vertikal übereinander liegenden Öffnungen 41. In jeder der Öffnungen 41 lassen sich Auslassöffnungen 31c oder 31d horizontal verschieben. Jene lassen sich also vollkommen unabhängig voneinander bewegen und insbesondere in einer vertikalen Richtung eine höhere Konzentration ihrer Wirksamkeit erziehen.
• Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Herstellvorrichtungen um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Auslassöffnungen in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso können die Prozesskammer und das Baufeld in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. gestalterischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrmals oder mehrfach vorhanden sein können.
• Bezugszeichenliste

a1

Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung

a2

Objekt

a3

Prozesskammer

a4

Kammerwandung

a5

Baubehälter

a6

Wandung

a7

Arbeitsebene

a8

Baufeld

a10

bewegbarer Träger

a11

Grundplatte

a12

Bauplattform

a13

unverfestigtes Aufbaumaterial

a14

Vorratsbehälter

a15

pulverförmiges Aufbaumaterial

a16

Beschichter

a18

Überlaufbehälter

a20

Belichtungsvorrichtung

a21

Laser

a22

Laserstrahl

a23

Umlenkvorrichtung

a24

Fokussiervorrichtung

a25

Einkoppelfenster

a29

Steuereinheit

a30

Gaseinlassdüse

a31

Gasauslassdüse

a32

Gaszuführkanal

a33

Gasabführkanal

a34

Gasstrom

3

Prozesskammer

4

Kammerwandung

8

Baufeld

9

Prozessstelle

12

Strömungskegel

21

Zielbeströmungszone

22

Zielentlüftungszone

30

Gaseinlass

31, 31a...31e

Auslassöffnung

32

Gasauslass

33, 33a...33e

Gasabführkanal

35, 35a...35e

feststehender Abschnitt

36, 36a... 36c

schwenkbarer Abschnitt

37, 37a...37c

Scharnier

38c...38d

flexibler Abschnitt

39e

feststehender Abschnitt

41

Öffnung

42, 43

Nische

50

Schiene

54

Lamelle

55

Jalousie

56

quadratische Fläche

57

Reihe

81

Baufeldrand

a

Symmetrieachse

b

Wirkachse des Gasauslasses 32

c

Wirkachse des Gaseinlasses 30

v

Viertelkreisbogen

α

Winkel zwischen den Achsen b, c

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014108061 A1 [0003]

Claims (15)

1. Herstellvorrichtung (a1) zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (a2), wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials (a15) Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen (9) in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen (9) mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels (a22), abgetastet werden, - mit einem Baubehälter (1) zur Aufnahme des Aufbaumaterials, - mit einer Prozesskammer (3) oberhalb des Baubehälters (1), - mit einem Baufeld (8) zwischen dem Baubehälter (1) und der Prozesskammer (3), - mit mindestens einem Gaseinlass (30) zum Einführen von Prozessgas in die Prozesskammer (3), - mit mindestens einem Gasauslass (32) zum Abführen des Prozessgases aus der Prozesskammer (3), - wobei der mindestens eine Gasauslass (32) ausschließlich außerhalb des Baufelds (8) bewegbar ist.
2. Herstellvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Auslassöffnung (31) des mindestens einen Gasauslasses (32) in höchstens einem Translationsfreiheitsgrad und/oder in höchstens einem Rotationsfreiheitsgrad relativ zum Baufeld (8) bewegbar ist.
3. Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (31) in einer Wandung (4) der Prozesskammer (3) und/oder angrenzend an einen bzw. nahe einem Rand (81) des Baufelds (8) angeordnet ist.
4. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (31) im Wesentlichen horizontal verfahrbar angeordnet ist.
5. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (31) an einer verfahrbaren Düse ausgebildet ist.
6. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (31) durch einen Schieber (54) in der Wandung (4) realisiert ist.
7. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (31) einen variablen Öffnungsquerschnitt aufweist.
8. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Auslassöffnungen (31c; 31d; 31e) übereinander an derselben Seite der Prozesskammer (3) und/oder dass mindestens zwei Auslassöffnungen an angrenzenden und/oder an gegenüberliegenden Seiten der Prozesskammer angeordnet sind.
9. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrweg (50; 55) bzw. die Öffnung (41) des Gasauslasses (32) mindestens die Länge einer Baufeldseite (81) hat, entlang welcher er wirkt.
10. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Auslassöffnung pro aktivierbarem Energiestrahlbündel (a22) der Herstellvorrichtung.
11. Herstellvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (31) in einer unteren Hälfte, vorzugsweise einem untersten Fünftel, besonders bevorzugt einem untersten Zehntel einer lichten Höhe der Prozesskammer (3) bewegbar ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (a2) mittels einer additiven Herstellvorrichtung (a1) mit einem Gaseinlass (30) und einem bewegbaren Gasauslass (32) für Prozessgas, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials (a15) Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen (9) in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem die Stellen (9) mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels (a22), abgetastet werden, wobei im Betrieb der bewegbare Gasauslass (32) einer Referenzprozessstelle (9) und/oder einer der Referenzprozessstelle zugeordneten Zielentlüftungszone (22) des bewegbaren Gasauslasses (32) zugeordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Bewegung einer Auslassöffnung (31) des Gasauslasses (32) in Abhängigkeit von einer detektierten lokalen Verunreinigungskonzentration in der Prozesskammer (3) oberhalb des Baufelds (8) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Gaseinlass (30) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung einer Öffnung des Gaseinlasses (30) abhängig von einer Position oder Orientierung der Auslassöffnung (31) des Gasauslasses (32) gewählt/eingestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel, den die Öffnungsebenen des Gaseinlasses (30) und des Gasauslasses (32) miteinander einschließen, einen vorgegebenen Winkel-Schwellenwert nicht überschreitet.

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