DE102018212480A1 - Additive manufacturing process with selective irradiation and simultaneous application as well as heat treatment - Google Patents
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Abstract
Es wird ein additives Herstellungsverfahren für im Heißgaspfad von Strömungsmaschinen anzuwendende Bauteile (10) angegeben. Das Verfahren umfasst das selektive Bestrahlen eines Basismaterials (P) für das Bauteil (10) mit einem Laser- oder Elektronenstrahl (B1) zeitgleich mit (i) dem Auftragen neuen Basismaterials (P) für den Aufbau des Bauteils (10), und (ii) einer Wärmebehandlung, beispielsweise durch eine Induktionsheizung (120), eines bereits bestrahlten Materials (S) für das Bauteil (10), wobei das selektive Bestrahlen und die Wärmebehandlung derart abgestimmt sind, dass eine Struktur (S) für das Bauteil (10) gerichtet erstarrt. Weiterhin werden ein entsprechend hergestelltes Bauteil sowie eine entsprechende Vorrichtung angegeben.An additive manufacturing method for components (10) to be used in the hot gas path of turbomachines is specified. The method comprises the selective irradiation of a base material (P) for the component (10) with a laser or electron beam (B1) at the same time as (i) the application of new base material (P) for the construction of the component (10), and (ii ) a heat treatment, for example by induction heating (120), of an already irradiated material (S) for the component (10), the selective irradiation and the heat treatment being coordinated in such a way that a structure (S) is directed for the component (10) stiffens. Furthermore, a correspondingly manufactured component and a corresponding device are specified.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren insbesondere für im Heißgaspfad von Strömungsmaschinen wie Gasturbinen anzuwendende Bauteile.
Die genannten Bauteile sind vorzugsweise aus einer Superlegierung hergestellt, insbesondere aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein.The present invention relates to an additive manufacturing method, in particular for components to be used in the hot gas path of turbomachines such as gas turbines.
The components mentioned are preferably made from a superalloy, in particular from a nickel- or cobalt-based superalloy. The alloy can be precipitation hardened or precipitation hardenable.
Durch das vorgestellte Verfahren soll insbesondere ein epitaktischer Materialaufbau und/oder eine gerichtet erstarrte Materialstruktur für das Bauteil, beispielsweise in stängelkristalliner oder einkristalliner Form, erreicht werden.The method presented is intended, in particular, to achieve an epitaxial material structure and / or a directionally solidified material structure for the component, for example in stem-crystalline or single-crystalline form.
In Gasturbinen wird thermische Energie und/oder Strömungsenergie eines durch Verbrennung eines Brennstoffs, z.B. eines Gases, erzeugten Heißgases in kinetische Energie (Rotationsenergie) eines Welle Rotors umgewandelt. Dazu ist in der Gasturbine ein Strömungskanal ausgebildet, in dessen axialer Richtung der Rotor bzw. eine Welle gelagert ist.In gas turbines, thermal energy and / or flow energy is generated by burning a fuel, e.g. a gas, hot gas generated converted into kinetic energy (rotational energy) of a shaft rotor. For this purpose, a flow channel is formed in the gas turbine, in the axial direction of which the rotor or a shaft is mounted.
Zweckmäßigerweise ragen die Turbinenschaufeln in den Strömungskanal hinein. Wird der Strömungskanal von einem Heißgas durchströmt, werden die Laufschaufeln mit einer Kraft beaufschlagt, die in ein auf die Welle wirkendes Drehmoment umgewandelt wird, das den Turbinenrotor antreibt, wobei die Rotationsenergie z.B. zum Betrieb eines Generators genutzt werden kann.The turbine blades expediently protrude into the flow channel. If a hot gas flows through the flow channel, the blades are subjected to a force which is converted into a torque acting on the shaft which drives the turbine rotor, the rotational energy e.g. can be used to operate a generator.
Moderne Gasturbinen sind Gegenstand stetiger Verbesserung, um ihre Effizienz zu steigern. Dies führt allerdings unter anderem zu immer höheren Temperaturen im Heißgaspfad. Die metallischen Materialien für Laufschaufeln, insbesondere in den ersten Stufen, werden ständig hinsichtlich ihrer Festigkeit bei hohen Temperaturen (Kriechbelastung, thermomechanische Ermüdung) verbessert.Modern gas turbines are subject to constant improvement in order to increase their efficiency. However, this leads, among other things, to ever higher temperatures in the hot gas path. The metallic materials for blades, especially in the first stages, are constantly being improved in terms of their strength at high temperatures (creep load, thermomechanical fatigue).
Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund ihres für die Industrie disruptiven Potenzials zunehmend interessant auch für die Serienherstellung der oben genannten Turbinenkomponenten, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder Brennerkomponenten. Additive Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS), oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM).Generative or additive manufacturing is becoming increasingly interesting due to its disruptive potential for industry, and also for the serial production of the above-mentioned turbine components, such as turbine blades or burner components. Additive manufacturing processes include, for example, as a powder bed process, selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM).
Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielsweise bekannt aus
Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufacturing“) haben sich weiterhin als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei und der Wahl entsprechender Fertigungsparameter erfolgen kann.Additive manufacturing processes (English: "additive manufacturing") have also proven to be particularly advantageous for complex or complex or filigree designed components, such as labyrinthine structures, cooling structures and / or lightweight structures. Additive manufacturing through a particularly short chain of process steps is particularly advantageous, since a manufacturing or manufacturing step of a component can take place on the basis of a corresponding CAD file and the selection of corresponding manufacturing parameters.
Häufig stehen jedoch die Material- oder Struktureigenschaften additiv hergestellter Bauteile oder Bauteilabschnitte denjenigen von konventionell gefertigten Komponenten oder Strukturen nach. Gründe hierfür sind häufig die großen an den additiven „Schweißprozessen“ beteiligten Temperaturgradienten, welche die Strukturen anfällig für Heiß- oder Erstarrungsrisse machen. Verfahrenstechnisch ist es bisher weiterhin noch nicht möglich, einkristalline, stängelkristalline oder gerichtet erstarrte Strukturen additiv aufzubauen.Often, however, the material or structural properties of additively manufactured components or component sections are inferior to those of conventionally manufactured components or structures. The reasons for this are often the large temperature gradients involved in the additive "welding processes", which make the structures susceptible to hot or solidification cracks. In terms of process technology, it has not yet been possible to additively build up single-crystalline, stem-crystalline or directionally solidified structures.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen die gerichtete, dendritische oder epitaktische Erstarrung von Material im Wege der additiven Fertigung ermöglicht wird. Neben den bekannten Vorteilen der additiven Technologie in Bezug auf die Designfreiheitsgrade, soll das beschriebene Verfahren die Bauteile auch hinsichtlich ihrer Struktur verbessern und/oder eine Nachbearbeitung vereinfachen oder ganz entbehrlich machen.It is therefore an object of the present invention to provide means by which the directional, dendritic or epitaxial solidification of material is made possible by means of additive manufacturing. In addition to the known advantages of additive technology in relation to the degrees of design freedom, the described method is also intended to improve the structure of the components and / or to simplify post-processing or to make it completely unnecessary.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren für, beispielsweise im Heißgaspfad von Strömungsmaschinen wie Gasturbinen, anzuwendende Bauteile.One aspect of the present invention relates to an additive manufacturing method for components to be used, for example in the hot gas path of turbomachines such as gas turbines.
Dabei soll das beschriebene Verfahren nicht auf die additive Herstellung von Komponenten für Strömungsmaschinen beschränkt sein. Das vorgestellte Verfahren soll vielmehr lediglich durch seine Eignung für die Herstellung der genannten Bauteile eingeschränkt sein, wobei es sich für benachbarte Technologiefelder wie beispielsweise den Automobil- oder Luftfahrtsektor oder Maschinenherstellung im Allgemeinen, selbstverständlich ebenfalls eignen kann.The method described should not be limited to the additive manufacturing of components for turbomachines. Rather, the method presented is intended to be restricted only by its suitability for the manufacture of the components mentioned, although it can of course also be suitable for neighboring technology fields such as, for example, the automotive or aviation sector or machine manufacture in general.
Das Verfahren umfasst das selektive Bestrahlen eines Basismaterials für das Bauteil mit einem Laser- oder Elektronenstrahl. Vorzugsweise erfolgt das selektive Bestrahlen mit einem Laserstrahl derart, dass ein zuvor aufgetragenes Basismaterial, beispielweise Pulver, auf einer Herstellungsfläche oder diese bildend, selektiv mit einem Laserstrahl exponiert wird.The method comprises the selective irradiation of a base material for the component with a laser or electron beam. The selective irradiation with a laser beam is preferably carried out in such a way that a previously applied base material, for example powder, on a production surface or forming it, is selectively exposed to a laser beam.
Die Herstellungsfläche kann demnach durch das Basismaterial, durch eine Bauplattform als Substrat und/oder durch eine bereits verfestigte oder aufgebaute Struktur gebildet sein.The production area can accordingly be formed by the base material, by a construction platform as a substrate and / or by an already solidified or built structure.
Zeitgleich mit dem selektiven Bestrahlen umfasst das Verfahren das Auftragen eines Basismaterials, insbesondere neuen, also zuvor noch nicht aufgetragenen Basismaterials, für den Aufbau des Bauteils und eine Wärmebehandlung, beispielsweise durch eine Induktionsheizung, beispielsweise eines zuvor bereits bestrahlten Materials für das Bauteil oder eines Teils des Bauteils bzw. seiner Struktur.Simultaneously with the selective irradiation, the method comprises the application of a base material, in particular new base material, that is to say one that has not yet been applied, for the construction of the component and a heat treatment, for example by induction heating, for example a previously irradiated material for the component or part of the component Component or its structure.
Das selektive Bestrahlen und die Wärmebehandlung sind gemäß dem Verfahren derart abgestimmt, dass eine Struktur für das Bauteil gerichtet erstarrt oder verfestigt wird, vorzugsweise durch epitaktisches Wachstum beziehungsweise epitaktischen Aufbau. Die genannte Wärmebehandlung kann beispielsweise eine Wärmenachbehandlung sein.The selective irradiation and the heat treatment are coordinated in accordance with the method in such a way that a structure for the component is solidified or solidified in a directed manner, preferably through epitaxial growth or epitaxial structure. The heat treatment mentioned can be, for example, a heat treatment.
Der Ausdruck „zeitgleich“ soll vorliegend bedeuten, dass die in diesem Zusammenhang beschriebenen Verfahrensschritte den additiven Aufbau der Struktur als Ganzes betreffen und vorzugsweise nicht einzelner Schichten. Genau genommen findet das Auftragen neuen Basismaterials und das selektive Bestrahlen genau dieser (neu aufgetragenen) „Materialdosis“ nicht gleichzeitig statt. Vielmehr wird durch das Verfahren ein kontinuierlicher Prozess beschrieben, wobei Material für die aufzubauende Struktur bzw. das Bauteil jedoch beispielsweise in unterschiedlichen Bereichen der Herstellungsfläche bzw. des Bauteils gleichzeitig bearbeitet, also aufgetragen wird und in einem anderen Teil beispielsweise selektiv bestrahlt wird. Ein weiterer Teil, beispielsweise eine bereits verfestigte Struktur des Bauteils kann weiterhin gleichzeitig mit Wärme behandelt werden.In the present case, the expression “at the same time” is intended to mean that the method steps described in this connection relate to the additive structure of the structure as a whole and preferably not to individual layers. Strictly speaking, the application of new base material and the selective irradiation of precisely this (newly applied) “material dose” does not take place at the same time. Rather, the method describes a continuous process, but material for the structure to be built or the component is simultaneously processed, for example, in different areas of the production area or the component, that is to say applied and is selectively irradiated in another part, for example. Another part, for example an already solidified structure of the component, can still be treated with heat at the same time.
Der Ausdruck „abgestimmt“ soll beispielsweise bedeuten, dass eine Wärmebehandlung sowie eine entsprechende Wahl einer Vielzahl von Parametern vorzugsweise derart gewählt ist, dass eine entsprechende epitaktische oder gerichtete Erstarrung erfolgt. Die genannte Abstimmung kann beispielsweise auf räumliche Ausgestaltung einer Heizeinrichtung (Induktionsheizung) und deren Betrieb betreffen.The expression “matched” is intended to mean, for example, that heat treatment and a corresponding selection of a large number of parameters are preferably selected such that a corresponding epitaxial or directional solidification takes place. The aforementioned coordination can relate, for example, to the spatial design of a heating device (induction heating) and its operation.
Durch das beschriebene Verfahren kann auf einer Seite für die genannten Bauteile ein generatives Herstellungsverfahren gewählt werden, welches den generativen Aufbau besonders komplexer Geometrieen ermöglicht.Using the described method, a generative manufacturing process can be selected on one side for the components mentioned, which enables the generative construction of particularly complex geometries.
Auf der anderen Seite können durch das beschriebene Verfahren die strukturellen Nachteile, welche üblicherweise mit der additiven Fertigung einhergehen, vermieden werden. Insbesondere kann sogar eine besonders vorteilhafte feine, dendritische Mikrostruktur erreicht werden, welche aufgrund der den additiven Prozessen inhärenten großen Temperaturgradienten ausgebildet wird. Weiterhin kann mit Vorteil ein im Vergleich zu bekannten additiven Prozessen homogeneres Gefüge mit insbesondere kleineren interdendritischen Bereichen, erzielt werden. Demgemäß kann unter Umständen auf eine nachträgliche Wärmebehandlung, beispielsweise ein außerhalb der Vorrichtung oder Anlage stattfindendes Lösungsglühen oder spannungsrelaxierendes Erwärmen verzichtet oder diese Behandlungen zumindest eingeschränkt werden.On the other hand, the structural disadvantages that are usually associated with additive manufacturing can be avoided by the described method. In particular, a particularly advantageous fine, dendritic microstructure can be achieved, which is formed on the basis of the large temperature gradients inherent in the additive processes. Furthermore, a more homogeneous structure, in particular with smaller interdendritic areas, can be achieved compared to known additive processes. Accordingly, subsequent heat treatment, for example solution annealing that takes place outside the device or system or stress-relaxing heating can be dispensed with, or these treatments can at least be restricted.
In einer Ausgestaltung wird eine Bauplattform, auf welcher die Struktur für das Bauteil aufgebaut wird, während des selektiven Bestrahlens und während der Wärmebehandlung sukzessive abgesenkt, d.h. insbesondere beispielsweise zu weiteren Anlagenkomponenten einer entsprechenden additiven Herstellungsanlage. Die oben genannte Herstellungsfläche verbleibt dabei vorzugsweise auf gleicher vertikaler Position (z-Richtung). Dies wird vorzugsweise dadurch ermöglicht, dass die Bauplattform nur um ein geringes, beispielsweise seiner Schichtdicke einer aufgetragenen und/oder verfestigten Bauteilschicht entsprechendes Maß, abgesenkt wird.In one embodiment, a building platform on which the structure for the component is built is successively lowered during the selective irradiation and during the heat treatment, i.e. in particular, for example, to other system components of a corresponding additive manufacturing system. The above-mentioned production area preferably remains in the same vertical position (z direction). This is preferably made possible by the fact that the building platform is lowered only by a small amount, for example its layer thickness corresponding to an applied and / or solidified component layer.
In einer Ausgestaltung erfolgt das Auftragen neuen Basismaterials mit einer Auftragvorrichtung von oben auf die Herstellungsfläche. Diese Ausgestaltung ermöglicht insbesondere eine kohärente und/oder kontinuierliche Durchführung des Verfahrens, wobei beispielsweise die Verfahrensschritte des selektiven Bestrahlens, des Auftragens und der Wärmebehandlung zumindest teilweise gleichzeitig und ohne unnötige Ausfallzeiten durchgeführt werden können.In one embodiment, the application of new base material is carried out from above onto the production area using an application device. This configuration enables, in particular, a coherent and / or continuous implementation of the method, it being possible, for example, for the method steps of selective irradiation, application and heat treatment to be carried out at least partially simultaneously and without unnecessary downtimes.
In einer Ausgestaltung erfolgt das Auftragen neuen Basismaterials mit der Auftragvorrichtung mittels oder über eine Rotationsbewegung der Auftragvorrichtung. Diese Ausgestaltung ist bevorzugt. Dabei kann entweder die Auftragvorrichtung beispielsweise relativ zu weiteren Anlagenteilen rotiert werden.In one embodiment, new base material is applied with the application device by means of or via a rotational movement of the application device. This configuration is preferred. Either the application device can be rotated relative to other system parts, for example.
Alternativ können diejenigen Anlagenteile, welche die Herstellungsfläche umfassen oder definieren relativ zu der Auftragvorrichtung rotiert bzw. gedreht werden. Die Ausgestaltung der Auftragvorrichtung bzw. des Verfahrensschritts des Auftragens über eine Rotationsbewegung bietet den Vorteil, dass die Auftragung von neuem Basismaterial oder Pulver, wie auch der additive Aufbau insgesamt, kontinuierlich und/oder entlang einer Schneckenbewegung durchgeführt werden kann, und damit die Vorteile von bekannten Kristallziehverfahren, wie dem Bridgeman-Verfahren zumindest teilweise genutzt werden können.Alternatively, those parts of the plant which comprise or define the production area can be rotated or rotated relative to the application device. The design of the application device or the method step of application by means of a rotary movement offers the advantage that the application of new base material or powder, as well as the additive structure as a whole, can be carried out continuously and / or along a screw movement, and thus the advantages of known ones Crystal pulling processes like that Bridgeman processes can be used at least partially.
In einer Ausgestaltung wird im Rahmen der Wärmebehandlung unterhalb der Herstellungsfläche ein Temperaturgradient ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch eine vertikal stufenweise regelbare und/oder ansteuerbare Heizeinrichtung erfolgen.In one configuration, a temperature gradient is formed as part of the heat treatment below the production area. This can be done, for example, by a heating device which can be regulated and / or controlled vertically in stages.
In einer Ausgestaltung wird nahe der Herstellungsfläche eine höhere Temperatur eingestellt und - mit zunehmendem Abstand von dieser - eine, beispielsweise graduell und/oder monoton (relativ zu der genannten Temperatur) fallende oder kleinere Temperatur.In one embodiment, a higher temperature is set near the production surface and - with increasing distance from it - a temperature that decreases or decreases, for example, gradually and / or monotonously (relative to the temperature mentioned).
Durch diese Ausgestaltung(en) können große Temperaturgradienten beispielsweise entlang der vertikalen Richtung verhindert und somit die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Heiß- oder Erstarrungsrissen während des Aufbaus der Struktur verhindert werden.This configuration (s) prevents large temperature gradients, for example along the vertical direction, and thus prevents the likelihood of hot or solidification cracks occurring during the construction of the structure.
In einer Ausgestaltung wird die Struktur für das Bauteil epitaktisch und/oder durch gerichtete Erstarrung aufgebaut. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine homogene und/oder defektfreie bzw. defektarme Kristall- oder Materialstruktur erzielt werden, die im Betrieb des Bauteil wesentlich höher belastet werden kann, als beispielsweise im Fall von bekannten additiv aufgebauten Strukturen.In one configuration, the structure for the component is built up epitaxially and / or by directional solidification. This configuration in particular enables a homogeneous and / or defect-free or defect-free crystal or material structure to be achieved, which can be subjected to a considerably higher load during operation of the component than, for example, in the case of known additively constructed structures.
In einer Ausgestaltung wird Basismaterial bzw. Pulver vor dem selektiven Bestrahlen mit einem Laser- oder Elektronenstrahl vorgewärmt. Vorzugsweise erfolgt die Vorwärmung mittels eines Laserstrahls. Das Vorwärmen ermöglicht weitere Freiheitsgrade des Wärmemanagements bzw. der Kontrolle der sich während des Prozesses entwickelnden Temperaturen. Genau wie die beschriebene Wärmebehandlung, kann auch die Vorwärmung effizient und zweckmäßig während des additiven Schweißprozesses entstehende Temperaturgradienten mindern und damit das Risiko von entstehenden Heiß- und/oder Erstarrungsrissen vorteilhaft reduzieren.In one embodiment, the base material or powder is preheated before the selective irradiation with a laser or electron beam. Preheating is preferably carried out by means of a laser beam. Preheating enables further degrees of freedom in heat management or the control of the temperatures that develop during the process. Just like the heat treatment described, preheating can also efficiently and expediently reduce the temperature gradients that occur during the additive welding process and thus advantageously reduce the risk of hot and / or solidification cracks.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, welches gemäß dem beschriebenen Verfahren herstellbar und/oder hergestellt ist. Das Bauteil umfasst weiterhin eine gerichtet erstarrte und/oder einkristalline Kristallstruktur mit Schweißspuren, welche ein zumindest weitgehend epitaktisches Kristallwachstum einzelner Schichten oder Bereiche zeigen. Bei den genannten Schweißspuren kann es sich um Schweißraupen oder verfestigte Konturen von Schmelzbädern handeln.Another aspect of the present invention relates to a component which can be produced and / or produced according to the described method. The component furthermore comprises a directionally solidified and / or single-crystalline crystal structure with traces of welding, which show at least largely epitaxial crystal growth of individual layers or regions. The welding traces mentioned can be welding beads or solidified contours of melting baths.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die additive Herstellung des Bauteils wie oben beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Auftragvorrichtung oder einen Vorratsbehälter zum Auftragen von Basismaterial auf die beschriebene Herstellungsfläche.Another aspect of the present invention relates to a device for the additive manufacturing of the component as described above. The device comprises an application device or a storage container for applying base material to the described production area.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine induktive Heizeinrichtung zum Zonenschmelzen bzw. Ausbilden eines Temperaturgradienten, unterhalb der Herstellungsfläche.The device further comprises an inductive heating device for zone melting or forming a temperature gradient, below the production area.
In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung Teil einer additiven Herstellungsanlage, ein Nachrüstsatz dafür oder aber die Vorrichtung stellt selbst die Herstellungsanlage dar.In one embodiment, the device is part of an additive manufacturing system, a retrofit kit for it or the device itself represents the manufacturing system.
In einer Ausgestaltung ist die induktive Heizeinrichtung ähnlich zu einer Vorrichtung zum „Ziehen“ oder Aufbauen von Einkristallen gemäß der sogenannten Bridgman-Stockbarger-Methode eingerichtet. Durch diese Ausgestaltung können vorliegend die Vorteile, insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Kristallordnung und/oder Material- oder Kristallstruktur, dieses Kristallziehverfahrens ausgenutzt werden.In one embodiment, the inductive heating device is set up in a manner similar to a device for “pulling” or building single crystals according to the so-called Bridgman-Stockbarger method. With this configuration, the advantages of this crystal pulling method, in particular with regard to the achievable crystal order and / or material or crystal structure, can be exploited in the present case.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine absenkbare Bauplattform, wobei die Vorrichtung weiterhin Temperatursensoren, beispielsweise entlang einer Aufbaurichtung eingerichtet aufweist.In one configuration, the device comprises a lowerable construction platform, the device furthermore having temperature sensors, for example set up along a construction direction.
Weiterhin sind die Bauplattform und die Auftragvorrichtung, beispielsweise relativ zueinander beweglich, insbesondere rotierbar, eingerichtet.Furthermore, the construction platform and the application device are set up, for example movable relative to one another, in particular rotatable.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine erste Bestrahlungseinrichtung, insbesondere ein erstes Laser-Scansystem, zum Schmelzen beziehungsweise Umschmelzen des Basismaterials.In one configuration, the device comprises a first irradiation device, in particular a first laser scanning system, for melting or remelting the base material.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine zweite Bestrahlungseinrichtung, insbesondere ein zweites Laser-Scansystem, zum Vorwärmen des Basismaterials.In one configuration, the device comprises a second irradiation device, in particular a second laser scanning system, for preheating the base material.
In einer Ausgestaltung ist die Bauplattform eingerichtet, einen Kristallisationskeim für die Struktur des Bauteils zu bilden. Unter „Kristallisationskeim“ kann vorliegend jedes Mittel gemeint sein, welches das Ausbilden einer vorteilhaften kristallografischen Orientierung bewirken kann.In one embodiment, the construction platform is set up to form a seed for the structure of the component. In the present case, “crystallization seed” can mean any agent that can bring about the formation of an advantageous crystallographic orientation.
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren oder das Bauteil beziehen, können ferner die Vorrichtung betreffen oder umgekehrt.Refinements, features and / or advantages, which in the present case relate to the method or the component, can also relate to the device or vice versa.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.Further features, properties and advantages of the present invention are explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the attached figures. All described so far and below Features are advantageous both individually and in combination with one another. It is understood that other embodiments may be used and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. The following description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Der hier verwendete Ausdruck „beziehungsweise“, „bzw.“ und „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden.The term "or", "or" and "and / or" used here when used in a series of two or more elements means that each of the elements listed can be used alone, or any combination of two or more of the listed items may be used.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. -
2 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Herstellungsfläche. -
3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm mit angedeuteten Verfahrensschritten des vorgestellten Verfahrens.
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1 shows a schematic sectional view of a device according to the invention. -
2 shows a schematic plan view of a manufacturing area. -
3 shows a schematic flow diagram with indicated method steps of the presented method.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, elements that are the same or have the same effect can each be provided with the same reference symbols. The elements shown and their size relationships with one another are fundamentally not to be regarded as true to scale; rather, individual elements can be shown in an exaggeratedly thick or large size for better illustration and / or for better understanding.
Bei dem Bauteil
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Weiterhin ist die Auftragvorrichtung
Gemäß dieser Ausgestaltung wird das Pulver
Die Herstellungsfläche
Die Vorrichtung
Die Heizeinrichtung
Ein zweites Heizmodul
Ein drittes Heizmodul
Ein viertes Heizmodul
Mit zunehmendem Abstand von der Herstellungsfläche
Zur Begrenzung oder Definition der Herstellungsfläche HF kann die Vorrichtung
Um die Temperaturen entlang des vorgesehenen Temperaturgradienten zweckmäßig und effizient einstellen zu können und/oder zu regeln, umfasst die Vorrichtung
Weiterhin umfasst die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Obwohl dies in den Figuren nicht explizit gekennzeichnet ist kann die Vorrichtung
Das eigentlich vorgestellte Verfahren umfasst als additives Herstellungsverfahren vorzugsweise das selektive Bestrahlen des Basismaterials
Die beschriebene Bestrahlung erfolgt vorzugsweise zumindest teilweise zeitgleich mit dem Auftragen neuen Basismaterials
Das selektive Bestrahlen (a), das Auftragen (i) von Pulver
Im Wege des beschriebenen Verfahrens können so das Umschmelzen a) sowie die Verfahrensschritte des Pulverauftragens (i) durch die Auftragvorrichtung
Wie in
Es ist in
Die Pfeile in
Der Verfahrensschritt b) soll lediglich ein Fertigstellen des Bauteils
Das vorgestellte Verfahren erlaubt es vorteilhafterweise Bauteile mit verbesserten strukturellen und/oder kristallographischen Eigenschaften, insbesondere gerichtet erstarrten Materialphasen und/oder epitaktisch und damit vorzugsweise zumindest teilweise einkristallinen Eigenschaften auszustatten. Epitaktischer Aufbau soll vorliegend bedeuten, dass beispielsweise eine Schicht
Demgemäß sind dem Bauteil
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited to these by the description based on the exemplary embodiments, but encompasses every new feature and every combination of features. This includes in particular any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2601006 B1 [0007]EP 2601006 B1 [0007]
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