DE102014101148A1

DE102014101148A1 - Verfahren zum Herstellen eines fluidführenden Bauteils durch schichtweisen Aufbau

Info

Publication number: DE102014101148A1
Application number: DE102014101148.1A
Authority: DE
Inventors: c/o Airbus Operations GmbH Hummel Gerhard; Alexander Altmann; Frank Schubert; Lothar Kroll
Original assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH; Airbus Operations GmbH; Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH; Airbus Operations GmbH; Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2015-07-30

Abstract

In einem Verfahren zum Herstellen eines einen Überhang aufweisenden Bauteils (2) erfolgt das Aufbringen eines Schichtabschnitts mit vorbestimmten Abmessungen eines partikelförmigen Werkstoffs in einem vorbestimmten Bereich auf einer Basisschicht und das Erwärmen des Schichtabschnitts mittels einer Wärmequelle derart, dass sich die Partikel des Werkstoffs innerhalb vorbestimmter Abmessungen miteinander verbinden. Dabei wird unterhalb eines vorgesehenen Überhangs mindestens eine Stützstruktur (10) aufgebaut, die sich in Aufbaurichtung zu dem Überhang erstreckt. Die mindestens eine Stützstruktur (10) weist mindestens einen ersten Abschnitt (12) mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen ersten Breite auf und einen zweiten Abschnitt (14) mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen zweiten Breite direkt an dem Überhang. Die zweite Breite übersteigt die erste Breite, wobei das Verhältnis zwischen einem lokalen Überhangradius und der zweiten Breite in einem Bereich von 0,75–2,25 liegt. Damit kann die Dehnungsbeeinflussung des Bauteils minimiert werden, dennoch wird die innere Oberflächenqualität bei prägnanten Überhängen durch die Stützstruktur verbessert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines fluidführenden Bauteils durch schichtweisen Aufbau.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei Bauteilen für Fahrzeuge und insbesondere für Flugzeuge werden oft beträchtliche Anstrengungen unternommen, um deren Gewicht zu reduzieren und einen wirtschaftlicheren Betrieb des Fahrzeugs durch Einsparung von Kraftstoff zu ermöglichen. Dies erstreckt sich auf jegliche Arten von Bauteilen, die in ein Fahrzeug integrierbar sind, zum Beispiel auch auf fluidführende Leitungssysteme oder andere hydraulische Komponenten.
Beispielsweise ist ein Verfahren zum Herstellen eines hydraulischen Steuerblocks in metallischer Leichtbauweise aus DE 10 2006 062 373 A1 bekannt, bei dem ein System von Schaltungselementen mit belastungsgerechten Wandungen ausgeführt ist, die direkt oder mit weiteren Elementen zu einer zusammenhängenden Struktur verbunden und sämtlich durch ein generatives Fertigungsverfahren erzeugt sind.
Desweiteren sind aus DE 10 2012 008 369 A1 und DE 10 2012 008 371 A1 Verfahren zum Herstellen von fluidführenden Bauteilen durch schichtweisen Aufbau bekannt.
Aus der Herstellung fluidführender Leitungssysteme mittels generativer Verfahren, wie etwa SLM, SLS oder EBM, resultieren fühlbare Oberflächenrauigkeiten auch in Überhangbereichen. Diese entstehen durch das selektive Aufschmelzen von Pulvermaterial während der Fertigung, so dass eine lokale Dichtezunahme erfolgt, wobei diese lokal dichteren Bereiche in Überhängen jeweils nur auf einem darunter liegenden Pulverbett gestützt sind und als Folge das aufgeschmolzene Material partiell in das Pulverbett einsinken kann. Dies führt dazu, dass lose Pulverpartikel daran anhaften. Für mechanisch und insbesondere durch Innendruck belastete Bauteile mit darin enthaltenen Überhängen können diese fertigungsbedingten Geometrieabweichungen zu lokalen Spannungsüberhöhungen führen, die auch in einer lokalen Ermüdung des Bauteils resultieren könnten.
Es ist bekannt, durch mechanische und/oder chemisch abtragende Verfahren nach dem generativen Verfahren die Oberflächenrauigkeit zu verbessern. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Stützung der lokal aufgeschmolzenen Bereiche während der generativen Herstellung. Dazu zählen temporäre Stützstrukturen, die nach der generativen Fertigung zu entfernen sind. Ein anderer bekannter Stützmechanismus besteht in der Integration von Stegen, die nach Herstellung des Bauteils darin verbleiben. Allerdings wird damit zum Einen der fluidführende Querschnitt verringert und zum Anderen die Struktursteifigkeit in Verschneidungsbereichen erhöht, was bei durch Innendruck belasteten Bauteilen im Allgemeinen zu Dehnungsbehinderungen zwischen Leitungsanschlüssen in dem betreffenden Verschneidungsbereich führt, woraus Spannungsüberhöhungen resultieren können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellen eines fluidführenden Bauteils, welches mindestens einen Überhang aufweist, vorzuschlagen, das sowohl eine Reduktion der Herstelldauer, der entstehenden Kosten und notwendiger Nacharbeiten sowie insbesondere die möglichst geringe Beeinflussung des Bauteils durch Stützstrukturen ermöglicht, wobei dennoch das gefertigte Bauteil mindestens die gleichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen soll, wie die eines auf andere Arten gefertigten Bauteils.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es wird ein Verfahren zum Herstellung eines mindestens einen Überhang aufweisenden fluidführenden Bauteils vorgeschlagen, das das ein- oder mehrfache Durchführen von Bearbeitungsschritten zum schichtweisen Aufbau des Bauteils aufweist. Die Bearbeitungsschritte weisen mindestens das Aufbringen eines Schichtabschnitts mit vorbestimmten Abmessungen eines partikelförmigen Werkstoffs in einem vorbestimmten Bereich auf einer Basisschicht und das Erwärmen des Schichtabschnitts mittels einer Wärmequelle derart, dass sich die Partikel des Werkstoffs innerhalb vorbestimmter Abmessungen miteinander verbinden, auf. Dabei wird unterhalb eines vorgesehenen Überhangs mindestens eine Stützstruktur aufgebaut, die sich in Aufbaurichtung zu dem Überhang erstreckt, wobei die mindestens eine Stützstruktur mindestens einen ersten Abschnitt mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen ersten Breite aufweist und einen zweiten Abschnitt mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen zweiten Breite direkt an dem Überhang aufweist, wobei das Verhältnis zwischen einem lokalen Überhangradius und der zweiten Breite in einem Bereich von 0,75–2,25 liegt.
Die Basisschicht kann dabei als eine Schicht verstanden werden, die vor jedem Aufbringen einer weiteren Schicht vorhanden ist. Zu Beginn des Verfahrens kann die Basisschicht beispielsweise als eine Tragstruktur realisiert sein, die aus mehreren Lagen schmelz- oder sinterbaren Werkstoffs hergestellt ist. Alle weiteren darauf aufgebrachten Werkstoffschichten bilden die Basisschicht für die jeweils nachfolgende Schicht aus.
Ein Überhang ist weiterhin als ein solcher Teil eines solchen Schichtabschnitts zu verstehen, unter den sich ein direkt darunterliegender Schichtabschnitt lokal nicht erstreckt und den darüberliegenden Schichtabschnitt folglich – ohne darunterliegende Stützstruktur – nicht stützt. In Aufbaurichtung ist somit ein sich über eine freie Fläche erstreckender Versatz vorhanden. Ein erster Schichtabschnitt kann etwa eine Ausnehmung aufweisen, über die sich partiell ein zweiter Schichtabschnitt erstreckt. Der Überhangradius ist als ein Wölbungsradius des Überhangs anzusehen, der etwa ein im Bereich der Stützstruktur vorliegender konkaver Deckenwölbungsradius des durch schichtweisen Aufbau erzeugten Innenraums des Bauteils sein kann.
Die Stützstruktur wird hierbei über ihren Profilquerschnitt definiert. Die eigentliche Stützstruktur folgt bevorzugt kontinuierlich dem Verlauf von Überhängen quer zu der Aufbaurichtung in dem Bauteil und bildet somit ein überwiegend stegartiges Bauteil aus. Es ist selbstverständlich möglich, dass je nach Größe des Überhangs oder Anzahl der Überhänge auch mehrere Stützstrukturen sinnvoll sein können, um die Fertigungsqualität zu verbessern.
Die erste Breite kann die zweite Breite deutlich unterschreiten und wird bevorzugt auf Basis der Eigenschaften des pulverförmigen Materials ausgewählt und auf den Fertigungsprozess abgestimmt. Damit soll sichergestellt werden, dass ein möglichst feiner erster Stützstrukturabschnitt hergestellt wird, der beim Aufbau zu einer ausreichenden Eigenstabilität führt und nicht der Gefahr unterliegt, während des Aufbauprozesses geschädigt oder zerstört zu werden. Der zweite Abschnitt hingegen ist ausschließlich von einer kennzeichnenden geometrischen Größe des Überhangs abhängig, für die sich besonders der Überhangradius anbietet.
Wie vorangehend definiert ist die zweite Breite, die an einer Stelle gemessen wird, die sich direkt an den Überhang anschließt, aus einem Bereich auszuwählen, der mit dem lokalen Überhangradius ein ein Verhältnis aufweist, das aus einem Bereich von 0,75–2,25 auszuwählen ist:
„R“ ist dabei als lokaler Überhangradius anzusehen, während „S₂“ für die zweite Breite steht, wie in der weiter nachfolgenden Figurenbeschreibung verwendet. Ist das Bauteil etwa eine Rohrleitung, deren vorgesehene Flussrichtung etwa senkrecht zur Aufbaurichtung ausgerichtet ist, entspricht der Rohrleitungsradius dem lokalen Überhangradius.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen fluidführender Bauteile kann folglich erreicht werden, eine möglichst geringe Beeinflussung eines Strömungsquerschnitts zu realisieren, gleichzeitig werden möglichst geringe Dehnungsbehinderungen durch eine möglichst schlanke Gestaltung der Stützstruktur erreicht. Dies ist insbesondere bei in einen sogenannten Verschneidungsbereich ragender Stützstruktur vorteilhaft, in dem ein erster Hohlkörper und ein zweiter Hohlkörper zumindest bereichsweise ineinander übergehen.
Ein Kern der Erfindung liegt zusammenfassend darin, bei der generativen Herstellung eines fluidführenden Bauteils mit einem durch einen Hohlraum bedingten Überhang diesen durch eine in dem Bauteil verbleibende Stützstruktur zu stützen, wobei sich die Stützstruktur in Aufbaurichtung von einer entgegen der Aufbaurichtung unter dem Überhang liegenden und bereichsweise geschlossenen Schicht zu dem zu stützenden Überhang erstreckt. Durch das Verwenden einer ersten Breite und einer zweiten Breite in der Stützstruktur kann die strömungsmechanische Beeinflussung eines fluidführenden Bauteils reduziert werden, denn nur ein kleiner Abschnitt, der direkt mit dem Überhang in Berührung steht, muss die größere zweite Breite aufweisen. Der erste Abschnitt mit der ersten Breite dient zum Herstellen einer ausreichenden Stützfunktion des zweiten Abschnitts während des Fertigungsprozesses und sollte so schmal wie möglich ausgeführt sein. Die hieraus resultierende Beeinflussung des Dehnungsverhaltens des zu fertigenden Bauteils ist damit besonders gering.
Die Stützstruktur kann dabei einen Übergangsbereich zwischen dem ersten Abschnitt erster Breite und dem zweiten Abschnitt zweiter Breite aufweisen, in dem sich die Breite in Aufbaurichtung ab einem Übergangspunkt sukzessive erhöht, d.h. von der ersten Breite zu der zweiten Breite. Diese Durchführung der Breitenerhöhung in Aufbaurichtung erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung eines begrenzten Aufbauwinkels des Übergangsbereichs an die Eigenschaften des pulverförmigen Materials und des Fertigungsprozesses.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Stützstruktur einen Übergangsbereich von der ersten Breite zu der zweiten Breite auf, wobei zwei aufeinanderfolgende Schichten derart dimensioniert sind, dass ein lokaler erster Aufbauwinkel von 50° nicht überschritten wird. Die Verbindungslinie von Schichtkanten aufeinanderfolgender Schichten führt also zu einem zu der Aufbaurichtung messbaren Winkel, der als Aufbauwinkel angesehen werden kann. Der Übergangsbereich kann somit Flanken aufweisen, die zu der Aufbaurichtung einen lokalen Winkel von höchstens 45° aufweisen. Folglich kann eine relativ zügige Verbreiterung der Stützstruktur erfolgen, so dass die Beeinflussung des Dehnungsverhaltens minimiert wird. Der erste Aufbauwinkel kann tatsächlich etwas größer als 45° sein, abhängig von den jeweiligen Materialeigenschaften des pulverförmigen Materials, so dass insbesondere hohe Oberflächenrauigkeiten in diesem Bereich vermieden werden können und weder im Übergangsbereich noch direkt zwischen Stützstruktur und den zu stützenden Überhängen erhöhte Materialbeanspruchungen resultieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform nimmt der erste Aufbauwinkel in dem Übergangsbereich sukzessive zu, so dass eine abgerundete Stützstruktur mit einem besonders günstigen Verlauf der mechanischen Spannungen entsteht. Beispielhaft kann die Gestaltung der Randflächen des Übergangsbereichs mit einer konstanten Krümmung ausgestattet sein, die tangentenstetig in der Randfläche des ersten Abschnitts mündet und einen besonders geringen Winkel zu der Tangente direkt benachbart zu den zu stützenden Überhängen aufweist. Kerbwirkungen können damit besonders vorteilhaft verringert werden.
Des Weiteren ist besonders vorteilhaft, wenn die Stützstruktur einen stegartigen Abschnitt aufweist, dessen Breite konstant der ersten Breite entspricht. Die erste Breite könnte dabei mindestens 0,2 mm betragen. Damit wird eine besonders geringe Beeinflussung des Strömungsquerschnitts des betreffenden Abschnitts des herzustellenden Bauteils verursacht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden bei dem Verfahren ein erster Hohlkörper und ein zweiter Hohlkörper aufgebaut, die zumindest bereichsweise in einem Verschneidungsbereich ineinander übergehen, wobei zumindest der erste Abschnitt der Stützstruktur eine in den Verschneidungsbereich ragende Endfläche aufweist, die einen von 0 verschiedenen Winkel zu der Aufbaurichtung einschließt. Dieser Winkel könnte sich aus den Materialeigenschaften des partikelförmigen Materials ergeben und beispielsweise in einem Bereich von bis zu 60° und bevorzugt stets bei mindestens 45° liegen. Der besondere Vorteil liegt darin, dass die Dehnungskompatibilität zwischen den ineinander übergehenden Hohlkörpern verstärkt wird. Als Folge werden entstehende Spannungsüberhöhungen in diesem Verschneidungsbereich deutlich reduziert und die Belastbarkeit des Bauteils im Bereich der miteinander verbundenen Hohlkörper erhöht.
Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn sich ein erster Hohlkörper senkrecht zu der Aufbaurichtung erstreckt und ein zweiter Hohlkörper zumindest abschnittsweise parallel zu der Aufbaurichtung. Dies kann folglich insbesondere Einmündungen von Rohrleitungsanschlüssen oder dergleichen in eine Sammelkammer, einen Verteiler oder eine größere Rohrleitung betreffen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der partikelförmige Werkstoff ein metallischer Werkstoff. Damit lassen sich Bauteile mit einer hohen Festigkeit und insbesondere Druckfestigkeit beispielsweise für den Einsatz in Hydrauliksystemen herstellen. Zur Erreichung eines besonders niedrigen Gewichts eignen sich hier Leichtmetalllegierungen wie etwa AlSi10Mg oder TiAl6V4. Eine anschließende Wärmebehandlung zur Homogenisierung des Metallgefüges verbessert die Werkstoffeigenschaften noch deutlich.
Zusätzlich kann der partikelförmige Werkstoff ein keramischer Werkstoff sein, beispielsweise Zirkonoxid (ZrO₂) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃). Die Druckfestigkeit liegt im Rahmen der von aus metallischen Partikeln hergestellten Bauteilen, wobei die Vorzüge des keramischen Werkstoffs besonders in dem deutlich reduzierten Gewicht liegen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird nach Abschluss des schichtweisen Aufbaus das hergestellte Bauteil in einer Wärmebehandlungsvorrichtung wärmebehandelt. Damit kann das Gefüge des hergestellten Bauteils derart beeinflusst werden, dass es gleichmäßig über die gesamte räumliche Erstreckung des Bauteils ist, so dass während der Herstellung des Bauteils entstandene Spannungen eliminiert werden. Dies kann etwa das Erwärmen auf eine Zieltemperatur, das Halten einer Zieltemperatur und das gezielte Absenken der Temperatur umfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der hergestellte Körper an seiner Außenseite spanend nachbearbeitet. Insbesondere das Bearbeiten von Anschlussflächen, die in Form von Flanschen realisiert sind, kann die Maßhaltigkeit des gesamten Bauteils sichern. Beispielsweise kann die Nachbearbeitung das Schleifen, Bohren, Polieren oder andere Arten gängiger Bearbeitungsmethoden umfassen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein fluidführendes Bauteil, welches durch das vorangehend geschilderte Verfahren hergestellt ist. Das Bauteil ist schichtweise einstückig aufgebaut, weist einen Überhang und mindestens eine unterhalb des Überhangs angeordnete Stützstruktur auf, die sich in Aufbaurichtung zu dem Überhang erstreckt, wobei die mindestens eine Stützstruktur mindestens einen ersten Abschnitt mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen ersten Breite aufweist und einen zweiten Abschnitt mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen zweiten Breite direkt an dem Überhang, wobei die zweite Breite die erste Breite übersteigt und wobei der Quotient aus einem lokalen Überhangradius und der zweiten Breite in einem Bereich von 0,75–2,25 liegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Stützstruktur derart aufgebaut wird, dass der erste Abschnitt stegartig und mit einer konstanten ersten Breite ausgeführt ist. In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform beträgt die erste Breite mindestens 0,2 mm.
Wie vorangehend dargestellt weist das Bauteil in einer vorteilhaften Ausführungsform einen erster Hohlkörper und einen zweiten Hohlkörper auf, die zumindest bereichsweise in einem Verschneidungsbereich ineinander übergehen, wobei die Stützstruktur zumindest teilweise in den Verschneidungsbereich ragt.
Zudem kann zumindest der erste Abschnitt der Stützstruktur eine in den Verschneidungsbereich ragende Endfläche aufweisen, die zu einer Verschneidungsebene einen von Null verschiedenen Winkel und bevorzugt einen Winkel von 50° oder weniger einschließt. Die Verschneidungsebene kann damit etwa als eine Öffnungsebene des ersten oder zweiten Hohlkörpers angesehen werden, die eine Schnittfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlkörper ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
1 zeigt ein durch ein generatives Verfahren hergestelltes Bauteil mit zwei Hohlkörpern und einem Verschneidungsbereich.
2 zeigt die Stützstruktur in einer detaillierten Profildarstellung.
3 zeigt eine Stützstruktur in einem Verschneidungsbereich mit einem zweiten Aufbauwinkel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein fluidführendes Bauteil 2, welches durch ein generatives Verfahren hergestellt ist, in einer seitlichen Schnittdarstellung. Das Bauteil 2 weist exemplarisch einen ersten Hohlkörper 4 als Teilabschnitt des Bauteils 2 auf, der einen geschlossenen Strömungsquerschnitt aufweist, dessen Strömungsrichtung zumindest abschnittsweise senkrecht zu einer Aufbaurichtung liegt. Diese ist entgegengesetzt zu der Richtung der Erdbeschleunigung, welche mit „G“ bezeichnet ist.
Ein zweiter Hohlkörper 6 als ein weiterer Teilabschnitt des Bauteils 2, der ebenfalls einen geschlossenen Strömungsquerschnitt aufweist, erstreckt sich quer zu der Aufbaurichtung und vereinigt sich in einem Verschneidungsbereich 8 mit dem ersten Hohlkörper 4. Aufgrund des quer zu der Aufbaurichtung verlaufenden Strömungsquerschnitts entfernen sich Umfangskanten des pulverförmigen Materials während des Aufbaus zunächst voneinander, um anschließend, etwa ab der halben Höhe bei kreisrundem Querschnitt, wieder zusammenzulaufen.
Um eine Umfangskontur eines Strömungsquerschnitts in Aufbaurichtung zusammenführen zu können, wird der lichte Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten Schicht für Schicht verringert, wobei unter jeder Schicht jeweils ein bis zu einem oberen Scheitelpunkt des zweiten Hohlkörpers 6 prägnanter werdender Überhang entsteht. In dem Bereich mit den stärksten Überhängen wird eine Stützstruktur 10 aufgebaut, die das Einsinken von lokal aufgeschmolzenem Material in das darunterliegende Pulverbett verhindert.
Die Stützstruktur weist einen ersten Abschnitt 12 auf, an den sich ein zweiter Abschnitt 14 anschließt, welcher bündig in einen oberen Scheitelpunkt des zweiten Hohlraums 6 läuft, wie weiter anhand 2 dargestellt.
In 2 wird eine seitliche Schnittdarstellung der Stützstruktur 10 in dem zweiten Hohlkörper 6 gezeigt. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Abschnitt 12 stegartig ausgeführt ist und sich parallel zur Aufbaurichtung mit unveränderter Schichtbreite hergestellt wird. Somit wird ein Steg mit einer ersten Breite s₁ hergestellt, welche so klein wie möglich ausgewählt sein sollte, um das Strömungsverhalten in dem resultierenden Bauteil 2 sowie dessen Dehnungsverhalten insbesondere in Übergangsbereichen zwischen verschiedenen Hohlräumen möglichst wenig zu beeinflussen. Bei metallischen oder keramischen Pulvermaterialen sind schmale erste Abschnitte 12 mit einer Breite von ca. 0,2 mm durchaus denkbar.
Der zweite Abschnitt 14 befindet sich in einem Bereich, in dem der durchströmbare Querschnitt des zweiten Hohlkörpers 6 geschlossen wird, so dass sich der zweite Abschnitt 14 direkt an eine Oberseite des durchströmbaren Querschnitts anschließt. Dort sind die lokal größten Überhänge zu erwarten, so dass dort eine Abstützung erfolgt.
Dieser zweite Abschnitt 14 kennzeichnet sich durch seine maximale zweite Breite S₂ aus, die die erste Breite S₁ des ersten Abschnitts 12 übersteigt. Hierbei wird ein Übergangsbereich 16 gebildet, in dem ein kontinuierlicher Übergang von der ersten Breite S₁ zu der maximalen zweiten Breite S₂ erfolgt, so dass schließlich eine ausreichende Stützfläche für einen oberen Querschnittsbereich des durchströmten zweiten Hohlraums 6 bereitgestellt wird. Die maximale Breite S₂ des zweiten Abschnitts 14 ist von der Prägnanz des Überhangs abhängig, der in dem dargestellten Fall in Form eines lokalen Überhangradius R charakterisierbar ist, der ein Wölbungsradius im Bereich der Stützstruktur ist. In diesem Falle entspricht der Überhangradius dem Radius der kreisrunden Querschnittsfläche des zweiten Hohlraums 6.
Die maximale zweite Breite S₂ ist von dem Überhangradius abhängig. Der Quotient aus dem Überhangradius R und der zweiten Breite S₂ liegt in einem Bereich von 0,75 bis 2,25, wie in vorangehend gezeigter Gleichung:
steund bevorzugt das 0,75- bis 2,25-fache des Radius R, wobei die zweite Breite S₂ in dem gezeigten Beispiel eher der unteren Grenze dieses Bereichs entspricht.
Der Übergangsbereich 16 zwischen der ersten Breite s₁ und der maximalen zweiten Breite S₂ weist weiterhin in einer senkrechten Schnittfläche des Bauteils 2 einen ersten Aufbauwinkel α zu der Aufbaurichtung von 40° oder mehr auf, so dass der zweite Abschnitt 14 ein sich in Aufbaurichtung keilartig erweiterndes Profil besitzt, dessen Flanken einen Winkel von 50° oder weniger, bevorzugt 45°, zu der Horizontalen aufweisen. Die Stützstruktur 10 weist somit erst an ihrem oberen Ende eine breite Auflagefläche zum Stützen des Materials auf.
Wie in den Detaildarstellungen I und II, die sich auf einen Ausschnitt A zwischen dem Ort maximaler zweiter Breite S₂ und eine Innenfläche 17 beziehen, gezeigt, kann neben einer rein keilartigen Gestaltung (I) auch ein sanfteres Auslaufen gewählt werden, wie mit in Aufbaurichtung flacher werdenden Tangenten T1 und T2 gezeigt. Damit können Kerbspannungen verringert werden.
Werden bei der Herstellung eines fluidführenden Bauteils 2 zwei Hohlkörper 4 und 6 miteinander verbunden, kann wie in 1 bereits gezeigt, besonders dort eine Stützstruktur 10 angeordnet sein, die zum Minimieren der Änderung der Dehnungseigenschaften angepasst ist. Eine Abwandlung wird in 3 in Form einer Stützstruktur 18 in einer dreidimensionalen Schnittdarstellung gezeigt, wobei ein in der Zeichnungsebene rechts dargestellter Schnitt durch die Erstreckungsebene der Stützstruktur 18 verläuft.
Um das Dehnungsverhalten möglichst wenig zu beeinflussen, weist die Stützstruktur 18 eine in den Verschneidungsbereich 8 ragende Endfläche 19 auf, die einen Winkel von 50° oder weniger zur Aufbaurichtung aufweist. Dafür ist ein zweiter Aufbauwinkel β erforderlich, der folglich zu einer in der Strömungsrichtung in dem ersten Hohlkörper 6 angestellten Stützstruktur 18 führt, die an ihrem in Aufbaurichtung oberen Ende ebenfalls einen zweiten Abschnitt 22 aufweist, dessen Breite die eines darunterliegenden ersten Abschnitts 20 übersteigt.
Die Steifigkeit der Stützstruktur wird somit in einem Übergangsbereich zu dem ersten Hohlkörper 4 größerer Ausdehnung deutlich verringert. Die Stützstruktur wird dementsprechend nicht durch die in dem Verschneidungsbereich 8 liegende Querschnittsfläche begrenzt, sondern sie läuft mittels des zweiten Aufbauwinkels β in diesen kontinuierlich aus. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Stützstruktur 18 nicht zwangsläufig linear in den Verschneidungsbereich 8 auslaufen muss, sondern auch mit einer von Null verschiedenen Krümmung oder einem Krümmungsverlauf, um eine Optimierung der Dehnung oder des Lastverlaufs durchzuführen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006062373 A1 [0003]
DE 102012008369 A1 [0004]
DE 102012008371 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines einen Überhang aufweisenden Bauteils (2), aufweisend das ein- oder mehrfache Durchführen von Bearbeitungsschritten zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (2), die Bearbeitungsschritte aufweisend: – mindestens das Aufbringen eines Schichtabschnitts mit vorbestimmten Abmessungen eines partikelförmigen Werkstoffs in einem vorbestimmten Bereich auf einer Basisschicht, – Erwärmen des Schichtabschnitts mittels einer Wärmequelle derart, dass sich die Partikel des Werkstoffs innerhalb vorbestimmter Abmessungen miteinander verbinden, wobei dabei unterhalb eines vorgesehenen Überhangs mindestens eine Stützstruktur (10, 18) aufgebaut wird, die sich in Aufbaurichtung zu dem Überhang erstreckt, wobei die mindestens eine Stützstruktur (10, 18) mindestens einen ersten Abschnitt (12, 20) mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen ersten Breite (S₁) aufweist und einen zweiten Abschnitt (14, 22) mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen zweiten Breite (S₂) direkt an dem Überhang, wobei die zweite Breite (S₂) die erste Breite (S₁) übersteigt und wobei das Verhältnis zwischen einem lokalen Überhangradius (R) und der zweiten Breite (S2) in einem Bereich von 0,75–2,25 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stützstruktur (10, 18) einen Übergangsbereich (16) von der ersten Breite (S₁) zu der zweiten Breite (S₂) aufweist, wobei zwei aufeinanderfolgende Schichten derart dimensioniert sind, dass ein lokaler Aufbauwinkel (α) von 50° nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stützstruktur (10, 18) derart aufgebaut wird, dass der erste Abschnitt (12, 20) stegartig und mit einer konstanten ersten Breite (S₁) ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Breite (S₁) mindestens 0,2 mm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Hohlkörper (4) und ein zweiter Hohlkörper (6) aufgebaut werden, die zumindest bereichsweise in einem Verschneidungsbereich (8) ineinander übergehen, wobei die Stützstruktur (10, 18) zumindest teilweise in den Verschneidungsbereich (8) ragt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zumindest der erste Abschnitt (12, 20) der Stützstruktur (10, 18) eine in den Verschneidungsbereich (8) ragende Endfläche (19) aufweist, die einen von Null verschiedenen zweiten Aufbauwinkel (β) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der partikelförmige Werkstoff ein metallischer Werkstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der partikelförmige Werkstoff ein keramischer Werkstoff ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Abschluss des schichtweisen Aufbaus das hergestellte Bauteil (2) wärmebehandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das hergestellte Bauteil (2) zumindest an seiner Außenseite spanend nachbearbeitet wird.
Bauteil (2), das schichtweise einstückig aufgebaut ist, einen Überhang und mindestens eine unterhalb des Überhangs angeordnete Stützstruktur (10, 18) aufweist, die sich in Aufbaurichtung zu dem Überhang erstreckt, wobei die mindestens eine Stützstruktur (10, 18) mindestens einen ersten Abschnitt (12, 20) mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen ersten Breite (S₁) aufweist und einen zweiten Abschnitt (14, 22) mit einer zur Aufbaurichtung quer gemessenen zweiten Breite (S₂) direkt an dem Überhang, wobei die zweite Breite (S₂) die erste Breite (S₁) übersteigt und wobei das Verhältnis zwischen einem lokalen Überhangradius (R) und der zweiten Breite (S2) in einem Bereich von 0,75–2,25 liegt.
Bauteil (2) nach Anspruch 11, wobei die Stützstruktur (10, 18) derart aufgebaut wird, dass der erste Abschnitt (12, 20) stegartig und mit einer konstanten ersten Breite (S₁) ausgeführt ist.
Bauteil (2) nach Anspruch 12, wobei die erste Breite (S₁) mindestens 0,2 mm beträgt.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner aufweisend einen erster Hohlkörper (4) und einen zweiten Hohlkörper (6), die zumindest bereichsweise in einem Verschneidungsbereich (8) ineinander übergehen, wobei die Stützstruktur (10, 18) zumindest teilweise in den Verschneidungsbereich (8) ragt.
Bauteil (2) nach Anspruch 14, wobei zumindest der erste Abschnitt (12, 20) der Stützstruktur (10, 18) eine in den Verschneidungsbereich (8) ragende Endfläche (19) aufweist, die zu einer Verschneidungsebene einen von Null verschiedenen Winkel einschließt.