DE102019205587A1

DE102019205587A1 - Schichtbauverfahren und Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen zumindest einer Wand eines Bauteils sowie Computerprogrammprodukt und Speichermedium

Info

Publication number: DE102019205587A1
Application number: DE102019205587.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Jakimov; Steffen Schlothauer; Katrin Friedberger
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-10-22
Also published as: US12121970B2; EP3956088A1; WO2020211887A1; US20220241860A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zumindest eines Wandbereichs (12) eines Bauteils (14). Das Schichtbauverfahren umfasst zumindest die Schritte a) Auftragen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs (22) auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone (I) mindestens einer bewegbaren Bauplattform (24), b) Durchführen eines ersten Verfestigungsschritts, bei welchem der Werkstoff (22) selektiv mit wenigstens einem Energiestrahl (28) bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls (28) derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad erzeugt und ein defektbehafteter Wandbereich der Wand (12) hergestellt wird, c) ohne Auftragen einer weiteren Pulverschicht Durchführen eines zweiten Verfestigungsschritts, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte defektbehaftete Wandbereich selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl (28) bestrahlt wird, d) schichtweises Absenken der Bauplattform (24) um eine vordefinierte Schichtdicke und e) ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Schritte a) bis d). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schichtbauvorrichtung (10), ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium und ein Bauteil (14) mit wenigstens einem additiv hergestellten Wandbereich (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen zumindest einer Wand eines Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium und ein Bauteil mit wenigstens einer additiv hergestellten Wand.
Additive Schichtbauverfahren bezeichnen Prozesse, bei denen anhand eines virtuellen Modells eines herzustellenden Bauteils oder Bauteilbereichs Geometriedaten ermittelt werden, welche in Schichtdaten zerlegt werden (sog. „slicen“). Abhängig von der Geometrie des Modells wird eine Belichtungs- bzw. Bestrahlungsstrategie bestimmt, gemäß welcher die selektive Verfestigung eines Werkstoffs erfolgen soll. Neben der Anzahl und Anordnung von Bestrahlungsvektoren, zum Beispiel Linienbelichtung, Streifenbelichtung, Chess-Strategie, Islandstragie etc., sind Bestrahlungsparameter wie beispielsweise die Energiestrahlleistung und die Belichtungsgeschwindigkeit eines zum Verfestigen zu verwendenden Energiestrahls von Bedeutung. Beim Schichtbauverfahren wird dann der gewünschte Werkstoff schichtweise abgelagert und selektiv mittels des wenigstens einen Energiestrahls verfestigt, um den gewünschten Bauteilbereich additiv aufzubauen. Damit unterscheiden sich additive bzw. generative Herstellungsverfahren von konventionellen abtragenden oder urformenden Fertigungsmethoden. Beispiele für additive Herstellungsverfahren sind generative Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren, die beispielsweise zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen wie Flugtriebwerke verwendet werden können. Beim selektiven Laserschmelzen werden dünne Pulverschichten des oder der verwendeten Werkstoffe auf eine Bauplattform aufgebracht und mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen lokal im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgeschmolzen und verfestigt. Anschließend wird die Bauplattform abgesenkt, eine weitere Pulverschicht aufgebracht und erneut lokal verfestigt. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das fertige Bauteil bzw. der fertige Bauteilbereich erhalten wird. Das Bauteil kann anschließend bei Bedarf weiterbearbeitet oder ohne weitere Bearbeitungsschritte verwendet werden. Beim selektiven Lasersintern wird das Bauteil in ähnlicher Weise durch laserunterstütztes Sintern von pulverförmigen Werkstoffen hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei beispielsweise durch Laserstrahlen eines CO₂-Lasers, Nd:YAG-Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen. Ebenfalls bekannt sind Elektronenstrahlverfahren, bei welchen der Werkstoff durch einen oder mehrere Elektronenstrahlen selektiv verfestigt wird.
Bei verschiedenen Bauteilen ist es wichtig, dass Wände oder Wandbereiche mit möglichst geringen Wandstärken hergestellt werden können. Beispielsweise müssen Anstreifdichtungen wie etwa Honigwabendichtungen für Strömungsmaschinen möglichst dünnwandig sein, um einem einlaufenden Dichtfin einen möglichst geringen Widerstand zu bieten. Eine einzelne Laser- oder Elektronenstrahlspur entspricht bei derartigen Schichtbauverfahren prinzipiell der dünnsten Struktur bzw. Wanddicke, die hergestellt werden kann. Durch Wärmeleitungseffekte beträgt die Aushärtebreite (Aushärtezone) in der Regel sogar etwas mehr als der Fokusdurchmesser bzw. die Spurstärke, so dass für dünne Strukturen auch ein möglichst geringer Energieeintrag erforderlich ist. Die Spurstärke und der Energieeintrag in den Werkstoff können über entsprechende Belichtungsparameter minimiert werden. Ein niedriger Energieeintrag und/oder eine hohe Belichtungsgeschwindigkeit führen jedoch zu einer erhöhten Anzahl an Defekten (insbesondere Bindefehlern) in den hergestellten Strukturen, wodurch im Fall von Anstreifdichtungen keine ausreichende Dichtwirkung mehr gewährleistet werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine Herstellung von dünnen Wandbereichen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften ermöglicht ist. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium anzugeben, welche eine entsprechende Steuerung einer solchen Schichtbauvorrichtung ermöglichen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit wenigstens einem additiv hergestellten Wandbereich mit verbesserten mechanischen Eigenschaften anzugeben.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Schichtbauverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Schichtbauvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 12, durch ein computerlesbares Speichermedium gemäß Patentanspruch 13 sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zumindest eines Wandbereichs eines Bauteils, insbesondere einer Anstreifdichtung einer Strömungsmaschine. Das erfindungsgemäße Schichtbauverfahren umfasst zumindest die Schritte a) Auftragen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone mindestens einer bewegbaren Bauplattform, b) Durchführen eines ersten Verfestigungsschritts, bei welchem der Werkstoff selektiv mit wenigstens einem Energiestrahl bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % einer herzustellenden Wanddicke beträgt, erzeugt und ein defektbehafteter Wandbereich der Wand hergestellt wird, c) ohne Auftragen einer weiteren Pulverschicht Durchführen eines zweiten Verfestigungsschritts, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte defektbehaftete Wandbereich selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass der defektbehaftete Wandbereich zu einem Wandbereich mit einer geringeren Defektdichte umgeschmolzen wird, d) schichtweises Absenken der Bauplattform um eine vordefinierte Schichtdicke und e) ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Schritte a) bis d). Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der herzustellende Wandbereich der Wand durch mindestens zweimaliges Beaufschlagen bzw. Abtasten des pulverförmigen Werkstoffs mit dem Energiestrahl bei vergleichsweise niedriger Energieeinkopplung und ohne erneuten Pulverauftrag zwischen den zwei Verfestigungsschritten hergestellt wird. Dieser Vorgang wird dann für mindestens eine weitere oder für alle Wandbereiche wiederholt, bis die Wand fertiggestellt ist. Hierdurch können sehr dünne Wände mit vergleichsweise hoher mechanischer Stabilität hergestellt werden, da durch den zweiten Verfestigungsschritt Defekte wie beispielsweise Bindefehler, die beim ersten Verfestigungsschritt bewusst entstanden sind, je nach Belichtungsparameter vollständig oder zumindest nahezu vollständig ausgeheilt werden können, ohne dass es zu einer nennenswerten Verbreiterung der Wanddicke kommt. Im ersten Verfestigungsschritt werden dabei Belichtungsparameter eingestellt, die zu einem so geringen Energieeintrag führen, dass die gebildete Wandstruktur defektbehaftet ist und ohne den zweiten Verfestigungsschritt nicht oder nicht akzeptabel über mehrere Schichten aufbaubar wäre. Hierdurch kann ein besonders geringer Schmelzbaddurchmesser realisiert werden. Unter einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % der herzustellenden Wanddicke beträgt, sind insbesondere Schmelzbaddurchmesser von 25 %, 26 %, 27 %, 28 %, 29 %, 30 %, 31 %, 32 %, 33 %, 34 %, 35 %, 36 %, 37 %, 38 %, 39 %, 40 %, 41 %, 42 %, 43 %, 44 %, 45 %, 46 %, 47 %, 48 %, 49 %, 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57 %, 58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87 %, 88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 % oder 100 % der herzustellenden Wanddicke zu verstehen. Mit anderen Worten entspricht der Schmelzbaddurchmesser maximal der herzustellenden Wanddicke, höchstens aber einem Viertel der herzustellenden Wanddicke, so dass maximal zwei, drei oder vier nebeneinander liegende, nicht überlappende Belichtungsvektoren oder Scans den betreffenden Schichtbereich der herzustellenden Wand bilden. Dabei ist zu betonen, dass grundsätzlich auch bereichsweise oder vollständig überlappende Belichtungsvektoren (Hatches) oder Scans vorgesehen sein können. Beim ersten Verfestigungsschritt sollen die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass das Werkstoffpulver vorzugsweise in der unmittelbar angrenzenden Umgebung des Schmelzbades in die entstehende Schmelze gezogen wird, um den defektbehafteten Wandbereich zu bilden. Nach diesem Vorgang ist auf dem defektbehafteten Wandbereich sowie in der angrenzenden Umgebung kein oder nur sehr wenig unverfestigtes Werkstoffpulver übrig. Beim zweiten Verfestigungsschritt wird die vergleichsweise schwache Energie des Energiestrahls vorzugsweise nur zum Wiederaufschmelzen des bereits verfestigten Werkstoffs im Wandbereich verwendet, um dadurch die bestehenden Defekte teilweise oder vollständig zu heilen und die nötige mechanische Stabilität sicherzustellen. Die eingebrachte Energie sollte bei diesem Verfestigungsschritt vorzugsweise so niedrig wie möglich eingestellt werden. Zusammenfassend sind die Energieeinträge der beiden Verfestigungsschritte so auf einander abgestimmt, dass der im ersten Verfestigungsschritt gebildete Schmelzbaddurchmesser die gewünschte Wanddicke nicht überschreitet und dass beim zweiten Verfestigungsschritt möglichst wenig und vorzugsweise kein weiteres Werkstoffpulver eingezogen, sondern nur der bereits erzeugte defektbehaftete Wandbereich umgeschmolzen wird, um die Defekte des ersten Verfestigungsschritts teilweise oder vollständig zu heilen. Gegebenenfalls kann Schritt c) - jeweils ohne zusätzlichen Pulverauftrag - ein- oder mehrmals wiederholt werden, um eine besonders geringe Defektdichte und eine entsprechend hohe mechanische Stabilität des hergestellten Wandbereichs zu gewährleisten. Generell können mit Hilfe des Verfahrens nicht nur Wandbereiche bzw. einzelne Wände, sondern auch komplette Bauteile hergestellt werden. Die Ausdrücke „ein/eine“ sind im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmter Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als „mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können „ein/eine“ auch als „nur ein/nur eine“ verstanden werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Wand mit einer Wanddicke zwischen von 100 µm und 4000 µm, also beispielsweise mit einer Wanddicke von 100 µm, 110 µm, 120 µm, 130 µm, 140 µm, 150 µm, 160 µm, 170 µm, 180 µm, 190 µm, 200 µm, 210 µm, 220 µm, 230 µm, 240 µm, 250 µm, 260 µm, 270 µm, 280 µm, 290 µm, 300 µm, 310 µm, 320 µm, 330 µm, 340 µm, 350 µm, 360 µm, 370 µm, 380 µm, 390 µm, 400 µm, 410 µm, 420 µm, 430 µm, 440 µm, 450 µm, 460 µm, 470 µm, 480 µm, 490 µm, 500 µm, 510 µm, 520 µm, 530 µm, 540 µm, 550 µm, 560 µm, 570 µm, 580 µm, 590 µm, 600 µm, 610 µm, 620 µm, 630 µm, 640 µm, 650 µm, 660 µm, 670 µm, 680 µm, 690 µm, 700 µm, 710 µm, 720 µm, 730 µm, 740 µm, 750 µm, 760 µm, 770 µm, 780 µm, 790 µm, 800 µm, 810 µm, 820 µm, 830 µm, 840 µm, 850 µm, 860 µm, 870 µm, 880 µm, 890 µm, 900 µm, 910 µm, 920 µm, 930 µm, 940 µm, 950 µm, 960 µm, 970 µm, 980 µm, 990 µm, 1000 µm, 1010 µm, 1020 µm, 1030 µm, 1040 µm, 1050 µm, 1060 µm, 1070 µm, 1080 µm, 1090 µm, 1100 µm, 1110 µm, 1120 µm, 1130 µm, 1140 µm, 1150 µm, 1160 µm, 1170 µm, 1180 µm, 1190 µm, 1200 µm, 1210 µm, 1220 µm, 1230 µm, 1240 µm, 1250 µm, 1260 µm, 1270 µm, 1280 µm, 1290 µm, 1300 µm, 1310 µm, 1320 µm, 1330 µm, 1340 µm, 1350 µm, 1360 µm, 1370 µm, 1380 µm, 1390 µm, 1400 µm, 1410 µm, 1420 µm, 1430 µm, 1440 µm, 1450 µm, 1460 µm, 1470 µm, 1480 µm, 1490 µm, 1500 µm, 1510 µm, 1520 µm, 1530 µm, 1540 µm, 1550 µm, 1560 µm, 1570 µm, 1580 µm, 1590 µm, 1600 µm, 1610 µm, 1620 µm, 1630 µm, 1640 µm, 1650 µm, 1660 µm, 1670 µm, 1680 µm, 1690 µm, 1700 µm, 1710 µm, 1720 µm, 1730 µm, 1740 µm, 1750 µm, 1760 µm, 1770 µm, 1780 µm, 1790 µm, 1800 µm, 1810 µm, 1820 µm, 1830 µm, 1840 µm, 1850 µm, 1860 µm, 1870 µm, 1880 µm, 1890 µm, 1900 µm, 1910 µm, 1920 µm, 1930 µm, 1940 µm, 1950 µm, 1960 µm, 1970 µm, 1980 µm, 1990 µm, 2000 µm, 2010 µm, 2020 µm, 2030 µm, 2040 µm, 2050 µm, 2060 µm, 2070 µm, 2080 µm, 2090 µm, 2100 µm, 2110 µm, 2120 µm, 2130 µm, 2140 µm, 2150 µm, 2160 µm, 2170 µm, 2180 µm, 2190 µm, 2200 µm, 2210 µm, 2220 µm, 2230 µm, 2240 µm, 2250 µm, 2260 µm, 2270 µm, 2280 µm, 2290 µm, 2300 µm, 2310 µm, 2320 µm, 2330 µm, 2340 µm, 2350 µm, 2360 µm, 2370 µm, 2380 µm, 2390 µm, 2400 µm, 2410 µm, 2420 µm, 2430 µm, 2440 µm, 2450 µm, 2460 µm, 2470 µm, 2480 µm, 2490 µm, 2500 µm, 2510 µm, 2520 µm, 2530 µm, 2540 µm, 2550 µm, 2560 µm, 2570 µm, 2580 µm, 2590 µm, 2600 µm, 2610 µm, 2620 µm, 2630 µm, 2640 µm, 2650 µm, 2660 µm, 2670 µm, 2680 µm, 2690 µm, 2700 µm, 2710 µm, 2720 µm, 2730 µm, 2740 µm, 2750 µm, 2760 µm, 2770 µm, 2780 µm, 2790 µm, 2800 µm, 2810 µm, 2820 µm, 2830 µm, 2840 µm, 2850 µm, 2860 µm, 2870 µm, 2880 µm, 2890 µm, 2900 µm, 2910 µm, 2920 µm, 2930 µm, 2940 µm, 2950 µm, 2960 µm, 2970 µm, 2980 µm, 2990 µm, 3000 µm, 3010 µm, 3020 µm, 3030 µm, 3040 µm, 3050 µm, 3060 µm, 3070 µm, 3080 µm, 3090 µm, 3100 µm, 3110 µm, 3120 µm, 3130 µm, 3140 µm, 3150 µm, 3160 µm, 3170 µm, 3180 µm, 3190 µm, 3200 µm, 3210 µm, 3220 µm, 3230 µm, 3240 µm, 3250 µm, 3260 µm, 3270 µm, 3280 µm, 3290 µm, 3300 µm, 3310 µm, 3320 µm, 3330 µm, 3340 µm, 3350 µm, 3360 µm, 3370 µm, 3380 µm, 3390 µm, 3400 µm, 3410 µm, 3420 µm, 3430 µm, 3440 µm, 3450 µm, 3460 µm, 3470 µm, 3480 µm, 3490 µm, 3500 µm, 3510 µm, 3520 µm, 3530 µm, 3540 µm, 3550 µm, 3560 µm, 3570 µm, 3580 µm, 3590 µm, 3600 µm, 3610 µm, 3620 µm, 3630 µm, 3640 µm, 3650 µm, 3660 µm, 3670 µm, 3680 µm, 3690 µm, 3700 µm, 3710 µm, 3720 µm, 3730 µm, 3740 µm, 3750 µm, 3760 µm, 3770 µm, 3780 µm, 3790 µm, 3800 µm, 3810 µm, 3820 µm, 3830 µm, 3840 µm, 3850 µm, 3860 µm, 3870 µm, 3880 µm, 3890 µm, 3900 µm, 3910 µm, 3920 µm, 3930 µm, 3940 µm, 3950 µm, 3960 µm, 3970 µm, 3980 µm, 3990 µm oder 4000 µm hergestellt wird, wobei jeweilige Zwischenwerte als mitoffenbart anzusehen sind. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass eine Wand mit einer Wandhöhe von mindestens 1 mm, also beispielsweise von 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, 19 mm, 20 mm, 21 mm, 22 mm, 23 mm, 24 mm, 25 mm, 26 mm, 27 mm, 28 mm, 29 mm, 30 mm, 31 mm, 32 mm, 33 mm, 34 mm, 35 mm, 36 mm, 37 mm, 38 mm, 39 mm, 40 mm, 41 mm, 42 mm, 43 mm, 44 mm, 45 mm, 46 mm, 47 mm, 48 mm, 49 mm, 50 mm oder mehr hergestellt wird. Hierdurch können die Dimensionen der herzustellenden Wand optimal an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden. Generell können die Wanddicke und/oder die Wandhöhe konstant oder örtlich variierend gewählt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass in Schritt b) die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass das Schmelzbad einen Schmelzbaddurchmesser zwischen von 50 µm und 1000 µm, also beispielsweise von 50 µm, 60 µm, 70 µm, 80 µm, 90 µm, 100 µm, 110 µm, 120 µm, 130 µm, 140 µm, 150 µm, 160 µm, 170 µm, 180 µm, 190 µm, 200 µm, 210 µm, 220 µm, 230 µm, 240 µm, 250 µm, 260 µm, 270 µm, 280 µm, 290 µm, 300 µm, 310 µm, 320 µm, 330 µm, 340 µm, 350 µm, 360 µm, 370 µm, 380 µm, 390 µm, 400 µm, 410 µm, 420 µm, 430 µm, 440 µm, 450 µm, 460 µm, 470 µm, 480 µm, 490 µm, 500 µm, 510 µm, 520 µm, 530 µm, 540 µm, 550 µm, 560 µm, 570 µm, 580 µm, 590 µm, 600 µm, 610 µm, 620 µm, 630 µm, 640 µm, 650 µm, 660 µm, 670 µm, 680 µm, 690 µm, 700 µm, 710 µm, 720 µm, 730 µm, 740 µm, 750 µm, 760 µm, 770 µm, 780 µm, 790 µm, 800 µm, 810 µm, 820 µm, 830 µm, 840 µm, 850 µm, 860 µm, 870 µm, 880 µm, 890 µm, 900 µm, 910 µm, 920 µm, 930 µm, 940 µm, 950 µm, 960 µm, 970 µm, 980 µm, 990 µm oder 1000 µm aufweist, wobei jeweilige Zwischenwerte als mitoffenbart anzusehen sind. Hierdurch kann die Wanddicke der herzustellenden Wand optimal an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass im ersten und im zweiten Verfestigungsschritt gleiche oder unterschiedliche Bestrahlungsparameter eingestellt werden und/oder dass wenigstens ein Bestrahlungsparameter aus der Gruppe Energiestrahlleistung und Belichtungsgeschwindigkeit während des ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritts ein- oder mehrmals variiert wird. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Wand ortsabhängig eingestellt werden. Es kann im ersten Verfestigungsschritt vorgesehen sein, dass die räumliche Defektdichte durch die Variierung bzw. Anpassung der Bestrahlungsparameter eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann im zweiten Verfestigungsschritt der Umfang der Heilung der vorhandenen Defekte durch die Variierung bzw. Anpassung der Bestrahlungsparameter eingestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfestigungsschritt die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass zumindest im Wesentlichen kein angrenzender pulverförmiger Werkstoff in den umgeschmolzenen Wandbereich eingezogen wird. Mit anderen Worten werden die Bestrahlungsparameter derart eingestellt, dass die eingebrachte Energie so niedrig ist, dass unverfestigtes Werkstoffpulver aus der angrenzenden Umgebung des umzuschmelzenden Wandbereichs nicht oder nur in sehr geringem Umfang die zweite Schmelze eingezogen wird, da dies zu einer Verbreiterung der Wanddicke führen würde. Die Wanddicke soll sich beim zweiten Verfestigungsschritt vorzugsweise betragsmäßig um maximal 10 % ändern, also beispielsweise um 0 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 6 %, 7 %, 8 %, 9 % oder 10 %.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass im hergestellten Wandbereich eine vorbestimmte räumliche Defektdichte erzeugt wird. Mit anderen Worten wird der defektbehaftete Wandbereich im zweiten Verfestigungsschritt nicht vollständig ausgeheilt und stattdessen die Defektdichte nur verringert, so dass der resultierende Wandbereich und damit die fertiggestellte Wand eine vorbestimmte räumliche Defektdichte aufweist. Eine durch gezielte Defekte geschwächte Wand kann beispielsweise das Einlaufverhalten einer Anstreifdichtung positiv beeinflussen, da die Gefahr einer Beschädigung des einlaufende Gegenparts (z. B. Dichtfin, Schaufelspitze und dergleichen) deutlich verringert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt die Energiestrahlleistung als Belichtungsparameter des Energiestrahls auf einen Wert von höchstens 80 % einer maximalen Energiestrahlleistung des Energiestrahls, also beispielsweise auf 80 %, 79 %, 78 %, 77 %, 76 %, 75 %, 74 %, 73 %, 72 %, 71 %, 70 %, 69 %, 68 %, 67 %, 66 %, 65 %, 64 %, 63 %, 62 %, 61 %, 60 %, 59 %, 58 %, 57 %, 56 %, 55 %, 54 %, 53 %, 52 %, 51 %, 50 %, 49 %, 48 %, 47 %, 46 %, 45 %, 44 %, 43 %, 42 %, 41 %, 40 %, 39 %, 38 %, 37 %, 36 %, 35 %, 34 %, 33 %, 32 %, 31 %, 30 %, 29 %, 28 %, 27 %, 26 %, 25 %, 24 %, 23 %, 22 %, 21 %, 20 %, 19 %, 18 %, 17 %, 16 %, 15 %, 14 %, 13 %, 12 %, 11 %, 10 % oder weniger der maximalen Energiestrahlleistung des Energiestrahls, und/oder die Belichtungsgeschwindigkeit des Energiestrahls auf mindestens 50 % einer maximalen Belichtungsgeschwindigkeit, also beispielsweise auf 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57 %, 58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87 %, 88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 % oder 100 % der maximalen Belichtungsgeschwindigkeit des Energiestrahls, eingestellt wird. Hierdurch kann der Energieeintrag im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt optimal eingestellt und minimiert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt eine Querschnittsfläche des Energiestrahls in der Aufbau- und Fügezone eingestellt wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer entsprechenden optischen Einrichtung erfolgen. Hierdurch können Spurbreite und Energieeintrag des Energiestrahls eingestellt und minimiert werden, um besonders dünne Wandbereiche herstellen zu können.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem mehrere Wände in Form einer Wabenstruktur hergestellt werden. Hierdurch kann ein Bauteil mit einer besonders hohen Dichtwirkung und einem guten Anstreifverhalten hergestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Werkstoff eine schwerschmelzbare Legierung, insbesondere eine Nickelbasislegierung und/oder eine Cobaltbasislegierung und/oder ein intermetallischer Werkstoff, insbesondere ein Titanaluminid, verwendet wird. Obwohl der Werkstoff grundsätzlich auch ein Kunststoff wie beispielsweise ABS, PLA, PETG, Nylon, PET, PTFE oder dergleichen sein kann, können mit Hilfe von metallischen oder intermetallischen Werkstoffen generell Wandbereiche mit höherer mechanischer, thermischer und chemischer Beständigkeit hergestellt werden. Beispielsweise kann der Werkstoff Elemente aus der Gruppe Eisen, Titan, Nickel, Chrom, Cobalt, Kupfer, Aluminium, oder Titan enthalten. Der Werkstoff kann eine Legierung aus der Gruppe Stahl, Aluminiumlegierung, Titanlegierung, Kobaltlegierung, Chromlegierung, Nickelbasislegierung oder Kupferlegierungen sein. Ebenso können intermetallische Legierungen wie Mg₂Si und Titanaluminide vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Werkstoff eine hochtemperaturfeste Nickelbasislegierungen wie etwa Mar M-247, Inconel 718 (IN718), Inconel 738 (IN738), Waspaloy oder C263 sein. Umgekehrt kann vorgesehen sein, dass der Werkstoff keine Aluminiumlegierung, insbesondere keine AlSiMg-Legierung ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Wandbereichs eines Bauteils durch ein additives Schichtbauverfahren. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Pulverzuführung zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs auf eine Aufbau- und Fügezone einer bewegbaren Bauplattform, mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls zum schichtweisen und lokalen Verfestigen des Werkstoffs zum Ausbilden des Wandbereichs durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs gemäß einer vorbestimmten Belichtungsstrategie sowie eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, die Pulverzuführung so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs auf die Aufbau- und Fügezone der Bauplattform aufträgt, und dazu, dass die Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt werden kann. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung zusätzlich dazu konfiguriert bzw. ausgebildet, einen ersten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der Werkstoff selektives mit dem wenigstens einen Energiestrahl bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % einer herzustellenden Wanddicke beträgt, erzeugt und ein defektbehafteter Wandbereich der Wand hergestellt wird, und ohne Auftragen einer weiteren Pulverschicht einen zweiten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte Wandbereich selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass der defektbehaftete Wandbereich zu einem Wandbereich mit einer geringeren Defektdichte umgeschmolzen wird. Hierdurch können besonders dünnwandige Strukturen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts anzusehen sind. Umgekehrt sind vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts anzusehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung als selektive Lasersinter- und/oder -schmelzvorrichtung ausgebildet ist. Hierdurch können Wandbereiche, Wände und komplette Bauteile hergestellt werden, deren mechanischen Eigenschaften zumindest im Wesentlichen denen des Bauteilwerkstoffs entsprechen. Zur Erzeugung eines Laserstrahls können beispielsweise CO₂-Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder dergleichen vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Elektronen- und/oder Laserstrahlen verwendet werden, deren Belichtungs- bzw. Verfestigungsparameter in der vorstehend beschriebenen Weise angepasst bzw. eingestellt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt die Schichtbauvorrichtung veranlassen, das Schichtbauverfahren nach dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt die Schichtbauvorrichtung veranlassen, das Schichtbauverfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen.
Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe eines Computerprogrammprodukts realisiert werden, das Programmmodule umfasst, die von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugänglich sind und Programmcode speichern, der von oder in Verbindung mit einem oder mehreren Computern, Prozessoren oder Befehlsausführungssystemen einer Schichtbauvorrichtung verwendet wird. Für die Zwecke dieser Beschreibung kann ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium jede Vorrichtung sein, die das Computerprogrammprodukts zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausführungssystem, der Vorrichtung oder der Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Das Medium kann ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem oder ein Ausbreitungsmedium an sich sein, da Signalträger nicht in der Definition des physischen, computerlesbaren Mediums enthalten sind. Dazu gehören ein Halbleiter- oder Festkörperspeicher, Magnetband, eine austauschbare Computerdiskette, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), eine starre Magnetplatte und eine optische Platte wie ein Nur-Lese-Speicher (CD-ROM, DVD, Blue-Ray etc.), oder eine beschreibbare optische Platte (CD-R, DVD-R). Sowohl Prozessoren als auch Programmcode zur Implementierung der einzelnen Aspekte der Erfindung können zentralisiert oder verteilt werden (oder eine Kombination davon).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere eine Anstreifdichtung einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest ein Wand, die mittels einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt und/oder mittels eines Schichtbauverfahrens gemäß dem ersten Erfindungsaspekt hergestellt ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind. Das Bauteil kann als Wabendichtung für eine Gasturbine, insbesondere für ein Flugtriebwerk ausgebildet sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schichtbauvorrichtung; und
2 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils.

1 zeigt schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schichtbauvorrichtung 10. Die Schichtbauvorrichtung 10 dient zur additiven Herstellung zumindest einer Wand 12 eines Bauteils 14 (s. 2) durch ein additives Schichtbauverfahren. Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst mindestens eine Pulverzuführung 16 mit einem Pulverbehälter 18 und einem Beschichter 20. Die eine Pulverzuführung 16 dient zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs 22 auf eine Aufbau- und Fügezone I einer gemäß Pfeil B bewegbaren Bauplattform 24. Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst weiterhin mindestens eine Strahlungsquelle 26 zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls 28, mit dem der Werkstoff 22 gemäß einer vorbestimmten Belichtungsstrategie schichtweise und lokal bestrahlt werden kann, um die Wand 12 schichtweise aus entsprechenden Wandbereichen aufzubauen. Der Begriff „Wandbereich“ bezeichnet also den in einer bestimmten physischen Einzelschicht liegenden Teil der fertigen Wand 12, die in Schichtbauweise aus einer entsprechenden Anzahl von Einzelschichten aufgebaut wird. Zusätzlich ist eine Steuereinrichtung 30 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, die Pulverzuführung 16 so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs 22 auf die Aufbau- und Fügezone I der Bauplattform 24 aufträgt. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 30 dazu ausgebildet, Steuersignale zu erzeugen, die eine Absenkung der Bauplattform 24 um eine vordefinierte Schichtdicke gemäß Pfeil B veranlassen. Zusätzlich ist die Steuereinrichtung 30 dazu konfiguriert, einen ersten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der Werkstoff 22 zum Ausbilden eines Wandbereichs der Wand 12 selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl 28 bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls 28 derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % einer herzustellenden Wanddicke beträgt erzeugt wird. Nach dem Abkühlen des Schmelzbads verfestigt sich der Werkstoff 22 dann zu einem defektbehafteten Wandbereich der Wand 12. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 30 dazu konfiguriert, ohne Auftragen einer weiteren Pulverschicht einen zweiten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte defektbehaftete Wandbereich der Wand 12 selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl 28 bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls 28 derart eingestellt werden, dass lediglich der defektbehaftete Wandbereich zu einem intakten oder zumindest im Wesentlichen intakten Wandbereich der Wand 12 umgeschmolzen wird. Vorzugsweise werden die Bestrahlungsparameter dabei derart eingestellt, dass kein unverfestigtes Pulver in die zweite Schmelze gezogen wird, da dies zu einer Verbreiterung des Wandbereichs und damit der fertigen Wand 12 führen würde.
Weiterhin umfasst die Schichtbauvorrichtung 10 eine optische Einrichtung 32, mittels welcher der Energiestrahl 28 über die Aufbau- und Fügezone I bewegt werden kann. Die Strahlungsquelle 26 und die Einrichtung 32 sind mit der Steuereinrichtung 30 zum Datenaustausch gekoppelt. Weiterhin umfasst die Schichtbauvorrichtung 10 eine grundsätzlich optionale Heizeinrichtung 34, mittels welcher das Pulverbett auf eine gewünschte Basistemperatur temperierbar ist. Die Heizeinrichtung 34 kann beispielsweise eine oder mehrere Induktionsspule(n) umfassen. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Heizelemente, beispielsweise IR-Strahler oder dergleichen vorgesehen sein.
2 zeigt eine schematische Perspektivansicht des Bauteils 14, das mit Hilfe der Schichtbauvorrichtung 10 hergestellt wurde. Das Bauteil 14 besteht vorliegend exemplarisch aus Inconel 718 (IN718) und weist eine außergewöhnlich hohe Wärmebeständigkeit bis zu 700 °C sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber Oxidation und Korrosion auf. Hinzu kommt eine exzellente Festigkeit mit hohen Dehn-, Zugfestigkeits- und Kriechbrucheigenschaften. Additiv hergestelltes IN718 behält seine Festigkeit über einen weiten Temperaturbereich hinweg bei, daher ist IN718 eine attraktive Option für extreme Temperaturbedingungen wie sie beispielsweise in Turbinen von Flugtriebwerken herrschen. Aber auch bei sehr niedrigen Temperaturen, wie beispielsweise in kryogenen Umgebungen, kann das Material verwendet werden.
Man erkennt, dass das Bauteil 14 als Wabendichtung ausgebildet ist und dünne, wabenstrukturförmig angeordnete Wände 12 aufweist, die schichtweise auf einem flachen, als Dichtungsträger fungierenden Grundkörper 36 aufgebaut sind. Die Wände 12 entsprechen in ihrer Wanddicke D etwa dem durch den Energiestrahl 28 erzeugten Schmelzbaddurchmesser und weisen eine jeweilige Wandhöhe H von mehreren Millimetern auf. Der Grundkörper 36 kann ebenfalls additiv oder anderweitig hergestellt sein. Wie bereits erwähnt werden die Wände 12 durch zweimaliges Schmelzen mit niedriger Energieeinkoppelung hergestellt, um den Durchmesser des Schmelzbades und damit die Dicke D der jeweils erzeugten Wandbereiche, aus denen die Wände 12 schichtweise aufgebaut werden, zu minimieren. Dazu werden im ersten Verfestigungsschritt Belichtungsparameter verwendet, die zu einem so schwachen Energieeintrag führen, dass mit einem einmaligen Belichten die Wände 12 nicht oder zumindest nicht akzeptabel über mehrere Millimeter Höhe aufbaubar wären. Im ersten Verfestigungsschritt wird der pulverförmige Werkstoff 22 in der Umgebung des durch den Energiestrahl 28 erzeugten Schmelzbades in die Schmelze gezogen und ein erster, vergleichsweise stark defektbehafteter Wandbereich der Wand 12 entsteht. Nach diesem Vorgang ist auf dem defektbehafteten Wandbereich sowie in seiner näheren Umgebung kein oder nur sehr wenig unverfestigtes Pulver übrig. Im zweiten Verfestigungsschritt wird ebenfalls mit möglichst minimalem Energieeintrag lediglich der bereits hergestellte, defektbehaftete Wandbereich wieder aufgeschmolzen, um dadurch die vorhandenen Defekte entweder vollständig zu eliminieren oder um eine gewünschte Defektdichte einzustellen. Der Energieeintrag soll dabei nach Möglichkeit nicht so hoch sein, dass unverfestigtes Pulver aus der weiteren Umgebung in die zweite Schmelze eingezogen wird, da dies zu einer Verbreiterung der Wanddicke D führen würde. Die Energieeinträge der beiden Verfestigungsschritte werden also so auf einander abgestimmt, dass die zunächst erzeugten Wanddicken D den Schmelzbaddurchmesser nach Möglichkeit nicht oder möglichst wenig überschreiten und dass bei der zweiten Bestrahlung möglichst kein weiteres Pulver eingezogen, sondern nur der bereits erzeugte Wandbereich der betreffenden Wand 12 umgeschmolzen wird.
Für die Anwendung als Anstreif-Wabenstruktur kann das Bauteil 14 mit gezielten Defektquantitäten versehen bzw. hergestellt werden. Eine durch Defekte geschwächte Wand 12 kann das Einlaufverhalten positiv beeinflussen, da die Gefahr einer Beschädigung des einlaufende Gegenstücks (z. B. Fin oder Schaufelspitze) deutlich verringert werden kann.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Schichtbauvorrichtung
12: Wand
14: Bauteil
16: Pulverzuführung
18: Pulverbehälter
20: Beschichter
22: Werkstoff
24: Bauplattform
26: Strahlungsquelle
28: Energiestrahl
30: Steuereinrichtung
32: optische Einrichtung
34: Heizeinrichtung
36: Grundkörper
D: Wanddicke
H: Wandhöhe
I: Aufbau- und Fügezone
B: Absenkrichtung Bauplattform

Claims

Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zumindest einer Wand (12) eines Bauteils (14), insbesondere einer Anstreifdichtung einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest folgende Schritte: a) Auftragen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs (22) auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone (I) mindestens einer bewegbaren Bauplattform (24); b) Durchführen eines ersten Verfestigungsschritts, bei welchem der Werkstoff (22) selektiv mit wenigstens einem Energiestrahl (28) bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls (28) derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % einer herzustellenden Wanddicke (D) beträgt, erzeugt und ein defektbehafteter Wandbereich der Wand (12) hergestellt wird; c) ohne Auftragen einer weiteren Pulverschicht Durchführen eines zweiten Verfestigungsschritts, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte defektbehaftete Wandbereich selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl (28) bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls (28) derart eingestellt werden, dass der defektbehaftete Wandbereich zu einem Wandbereich der Wand (12) mit einer geringeren Defektdichte umgeschmolzen wird; d) schichtweises Absenken der Bauplattform (24) um eine vordefinierte Schichtdicke; und e) ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Schritte a) bis d).
Schichtbauverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass eine Wand (12) mit einer Wanddicke (D) zwischen von 100 µm und 4000 µm hergestellt wird und/oder dass eine Wand (12) mit einer Wandhöhe (H) von mindestens 1 mm hergestellt wird.
Schichtbauverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls (28) derart eingestellt werden, dass das Schmelzbad einen Schmelzbaddurchmesser zwischen von 50 µm und 1000 µm aufweist.
Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und im zweiten Verfestigungsschritt gleiche oder unterschiedliche Bestrahlungsparameter eingestellt werden und/oder dass wenigstens ein Bestrahlungsparameter aus der Gruppe Energiestrahlleistung und Belichtungsgeschwindigkeit während des ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritts ein- oder mehrmals variiert wird.
Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfestigungsschritt die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass zumindest im Wesentlichen kein angrenzender pulverförmiger Werkstoff (22) in den defektbehafteten Wandbereich (12) eingezogen wird.
Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass die Wand (12) eine vorbestimmte räumliche Defektdichte aufweist.
Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt die Energiestrahlleistung als Belichtungsparameter des Energiestrahls (28) auf einen Wert von höchstens 80 % einer maximalen Energiestrahlleistung und/oder die Belichtungsgeschwindigkeit des Energiestrahls (28) auf mindestens 50 % einer maximalen Belichtungsgeschwindigkeit eingestellt wird und/oder dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt eine Querschnittsfläche des Energiestrahls (28) in der Aufbau- und Fügezone (I) eingestellt wird.
Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wände (12) in Form einer Wabenstruktur hergestellt werden.
Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff (22) eine schwerschmelzbare Legierung, insbesondere eine Nickelbasislegierung und/oder eine Cobaltbasislegierung und/oder ein intermetallischer Werkstoff, insbesondere ein Titanaluminid, verwendet wird.
Schichtbauvorrichtung (10) zur additiven Herstellung zumindest einer Wand (12) eines Bauteils (14) durch ein additives Schichtbauverfahren, umfassend: - mindestens eine Pulverzuführung (16) zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs (22) auf eine Aufbau- und Fügezone (I) einer bewegbaren Bauplattform (24); - mindestens eine Strahlungsquelle (26) zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls (28) zum schichtweisen und lokalen Verfestigen des Werkstoffs (22) zum Ausbilden des Wandbereichs (12) durch selektives Bestrahlen des Werkstoffs (22) gemäß einer vorbestimmten Belichtungsstrategie; und - eine Steuereinrichtung (30), welche dazu ausgebildet ist: - die Pulverzuführung (16) so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs (22) auf die Aufbau- und Fügezone (I) der Bauplattform (24) aufträgt, und - die Bauplattform (24) schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abzusenken, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) dazu konfiguriert ist: - einen ersten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der Werkstoff (22) selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl (28) bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls (28) derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % einer herzustellenden Wanddicke (D) beträgt, erzeugt und ein defektbehafteter Wandbereich der Wand (12) hergestellt wird; und - ohne Auftragen einer weiteren Pulverschicht einen zweiten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte defektbehaftete Wandbereich (12) selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl (28) bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls (28) derart eingestellt werden, dass der defektbehaftete Wandbereich zu einem Wandbereich mit einer geringeren Defektdichte umgeschmolzen wird.
Schichtbauvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese als selektive Lasersinter- und/oder -schmelzvorrichtung ausgebildet ist.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Steuereinrichtung (30) einer Schichtbauvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 die Schichtbauvorrichtung (10) veranlassen, das Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinrichtung (30) einer Schichtbauvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 die Schichtbauvorrichtung (10) veranlassen, das Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Bauteil (14), insbesondere Anstreifdichtung einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest ein Wand (12), die mittels einer Schichtbauvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 und/oder mittels eines Schichtbauverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.