DE102021105453A1

DE102021105453A1 - Process for the additive manufacturing of a three-dimensional object

Info

Publication number: DE102021105453A1
Application number: DE102021105453.2A
Authority: DE
Inventors: Kirstin Riener; Florian Funcke; Alexander Nagler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts , insbesondere eines Fahrzeugbauteils, in einer additiven Fertigungsvorrichtung durch sukzessive, schichtweise und selektive Verfestigung eines, insbesondere pulver- oder strangförmigen, Baumaterials zur Bildung des dreidimensionalen Objekts, wobei eine Aluminiumlegierung für das pulverförmige Baumaterial verwendet wird, welche wenigstens einen ersten Legierungsbestandteil enthält oder aufweist, wobei der erste Legierungsbestandteil Zirconium und/oder Titan und/oder Hafnium enthält oder aufweist.Method for the additive manufacturing of a three-dimensional object, in particular a vehicle component, in an additive manufacturing device by successive, layered and selective solidification of a, in particular powdered or strand-shaped, building material to form the three-dimensional object, wherein an aluminum alloy is used for the powdered building material, which at least contains or has a first alloying component, wherein the first alloying component contains or has zirconium and/or titanium and/or hafnium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, in einer additiven Fertigungsvorrichtung durch sukzessive, schichtweise und selektive Verfestigung eines, insbesondere pulver- oder strangförmigen, Baumaterials zur Bildung des dreidimensionalen Objekts.The invention relates to a method for the additive manufacturing of a three-dimensional object, in particular a vehicle component, in an additive manufacturing device by successive, layered and selective solidification of a building material, in particular in powder or strand form, to form the three-dimensional object.

Entsprechende additive Verfahren sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen dem Grunde nach bekannt. Beispielhaft ist auf selektive Laserschmelzverfahren zu verweisen, in welchen dreidimensionale Objekte durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem vermittels eines Laserstrahls verfestigbaren pulver- oder drahtförmigen Baumaterial aufgebaut werden.Corresponding additive methods are basically known from the prior art in a large number of different embodiments. For example, reference is made to selective laser melting processes in which three-dimensional objects are built up by successive, layered, selective hardening of layers of building material from a building material in powder or wire form that can be hardened by means of a laser beam.

Bekanntermaßen werden entsprechende additive Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt, um die Eigenschaften der jeweils herstellbaren bzw. herzustellenden dreidimensionalen Objekte zu verbessern. Entsprechende Weiterentwicklungsvorhaben zielen insbesondere darauf ab, die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der jeweils herstellbaren bzw. herzustellenden dreidimensionalen Objekte zu verbessern.As is known, corresponding additive methods are continuously being further developed in order to improve the properties of the three-dimensional objects that can be produced or are to be produced. Corresponding further development projects are aimed in particular at improving the mechanical and/or thermal properties of the three-dimensional objects that can be produced or are to be produced.

In diesem Zusammenhang sind Ansätze bekannt, die Eigenschaften der jeweils herstellbaren bzw. herzustellenden Bauteile über die Verwendung besonderer Baumaterialien positiv zu verbessern. Dies gilt insbesondere für die Verwendung von auf Leichtmetallen bzw. Leichtmetalllegierungen basierenden Baumaterialen, als diese ein besonders interessantes Anwendungs- bzw. Eigenschaftsspektrum versprechen.In this context, attempts are known to positively improve the properties of the components that can be produced or are to be produced by using special building materials. This applies in particular to the use of building materials based on light metals or light metal alloys, as these promise a particularly interesting range of applications and properties.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, anzugeben, mit welchem sich dreidimensionale Objekte mit verbesserten Eigenschaften zu insbesondere vertretbaren Kosten herstellen lassen. Proceeding from this, the invention is based on the object of specifying a method for the additive production of a three-dimensional object, in particular a vehicle component, with which three-dimensional objects with improved properties can be produced at, in particular, reasonable costs.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, gemäß Anspruch 1, durch ein dreidimensionales Objekt gemäß Anspruch 14 oder ein Baumaterial gemäß Anspruch 15 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.The object is achieved by a method for the additive manufacturing of a three-dimensional object, in particular a vehicle component, according to claim 1, by a three-dimensional object according to claim 14 or by a building material according to claim 15. The claims dependent on this relate to possible embodiments of the method.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft sonach ein Verfahren zur additiven Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts. Bei einem verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekt kann es sich insbesondere um ein an oder in einem Fahrzeug zu verbauendes Fahrzeugbauteil handeln. Insbesondere kommen im bestimmungsgemäßen Betrieb mechanisch und/oder thermisch belastete Fahrzeugbauteile, wie z. B. Bestandteile einer Antriebseinrichtung bildende Antriebsbauteile, wie z. B. Lüfterräder einer Turboladereinrichtung, Bestandteile einer Fahrzeugkarosserie bildende Fahrzeugkarosseriebauteile, wie z. B. Fahrzeugkarosserieknoten, etc. in Betracht. Auch kann das Fahrzeugbauteil ein Bauteil des Fahrwerks umfassen, welches eine definierte Elastizität und eine hinreichende Festigkeit, insbesondere im Lichte wechselnder Belastungen wie z. B. aufgrund von Schwingungen und Stößen, aufweist.A first aspect of the invention therefore relates to a method for the additive production of at least one three-dimensional object. A three-dimensional object that can be produced according to the method can in particular be a vehicle component to be installed on or in a vehicle. In particular, mechanically and / or thermally stressed vehicle components such. B. components of a drive device forming drive components such. B. fan wheels of a turbocharger device, components of a vehicle body forming vehicle body components such. B. vehicle body node, etc. into consideration. Also, the vehicle component can include a component of the chassis, which has a defined elasticity and sufficient strength, especially in the light of changing loads such. B. due to vibration and shock has.

Verfahrensgemäß wird das wenigstens eine herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive, schichtweise und selektive Verfestigung eines pulver- oder strangförmigen, insbesondere als Baumaterialschichten aufgebrachten, Baumaterials aufgebaut bzw. das Baumaterial sukzessive, schichtweise und selektiv verfestigt, um das dreidimensionale Objekt auszubilden. Insbesondere wird das wenigstens eine herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive, schichtweise und selektive Belichtung (Bestrahlung) und daraus resultierende Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem, insbesondere vermittels eines Energiestrahls verfestigbaren pulver- oder strangförmigen, Baumaterial aufgebaut. Verfahrensgemäß erfolgt der aus der sukzessiven, schichtweisen und selektiven Verfestigung von Baumaterialschichten aus dem pulver- oder strangförmigen Baumaterial resultierende additive Aufbau des wenigstens einen herzustellenden Objekts sonach insbesondere vermittels wenigstens eines Energiestrahls. Bei einem entsprechenden Energiestrahl kann es sich um einen Laserstrahl oder um einen Elektronstrahl handeln. Konkret kann das Verfahren sonach als selektives Lasersinterverfahren, selektives Laserschmelzverfahren oder selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren implementiert werden. Entsprechend kann zur Durchführung des Verfahrens konkret eine selektive Lasersintervorrichtung, eine selektive Laserschmelzvorrichtung oder eine selektive Elektronenstrahlschmelzvorrichtung als additive Fertigungsvorrichtung eingesetzt werden. Grundsätzlich kann das Verfahren jedoch mit anderen pulver(bett)basierten additiven Herstellungsverfahren implementiert respektive mit anderen pulver(bett)basierten additiven Herstellungsvorrichtungen oder drahtbasierten additiven Herstellungsverfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann Baumaterial pulver- oder strangförmige, beispielsweise drahtförmig, ausgebildet sein. Im Falle eines drahtförmigen Baumaterials kann dieses als vor oder nach dessen bereichsselektives Auftragen auf einen Verfestigungsort mittels Energieeinwirkung aufgeschmolzen werden.According to the method, the at least one three-dimensional object to be produced is built up by successive, layered and selective solidification of a powdery or strand-like building material, in particular applied as building material layers, or the building material is successively, layered and selectively solidified in order to form the three-dimensional object. In particular, the at least one three-dimensional object to be produced is built up by successive, layered and selective exposure (irradiation) and the resulting hardening of building material layers from a building material in powder or strand form, in particular hardenable by means of an energy beam. According to the method, the additive structure of the at least one object to be produced resulting from the successive, layered and selective solidification of layers of building material from the powdered or strand-shaped building material takes place in particular by means of at least one energy beam. A corresponding energy beam can be a laser beam or an electron beam. Specifically, the method can therefore be implemented as a selective laser sintering method, a selective laser melting method or a selective electron beam melting method. Correspondingly, a selective laser sintering device, a selective laser melting device or a selective electron beam melting device can be used as an additive manufacturing device to carry out the method. In principle, however, the method can be implemented with other powder (bed)-based additive manufacturing methods or carried out with other powder (bed)-based additive manufacturing devices or wire-based additive manufacturing methods. For example, building material can be in the form of a powder or a strand, for example a wire. In the case of a wire-shaped building material, this can be used as a before or after its area-selective application to a Ver place of consolidation are melted by the action of energy.

Zur Bildung des dreidimensionalen Objekts kann alternativ oder zusätzlich ein Auftragsschweißverfahren eingesetzt werden, z. B. ein „cold metal transfer“-Verfahren auch CMT-Schweißverfahren genannt. Hierbei kann beispielsweise ein MIG-CMT- oder ein MAG-CMT-Schweißverfahren angewandt werden. In diesem Fall wird das Baumaterial nicht in Form eines Pulverbetts in der Fertigungsvorrichtung bereitgestellt, sondern es erfolgt eine Bereitstellung eines strang- bzw. drahtförmigen Baumaterials, welches durch Energieeinbringung an selektiven Orten geschmolzen wird und aushärtet zur Ausbildung des dreidimensionalen Objekts. Die Energieeinbringung kann beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung in oder an dem strangförmigen Baumaterial erfolgen, wobei durch Lichtbogenentladung das Aufschmelzen des Baumaterials erfolgt. Ein derartiges Verfahren ist auch unter dem Begriff „Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)“ bekannt, ein Fertigungsvorrichtungen, welches dieses Verfahren anwenden, werden zum Beispiel von dem Unternehmen Fronius angeboten bzw. vermarktet.Alternatively or additionally, a build-up welding process can be used to form the three-dimensional object, e.g. B. a "cold metal transfer" process also called CMT welding process. A MIG-CMT or a MAG-CMT welding process can be used here, for example. In this case, the construction material is not provided in the form of a powder bed in the production device, but a strand-like or wire-like construction material is provided, which is melted by energy input at selective locations and hardens to form the three-dimensional object. The energy can be introduced, for example, by applying an electrical voltage in or on the strand-shaped building material, the melting of the building material taking place by arc discharge. Such a method is also known by the term “Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)”, a manufacturing device which uses this method is offered or marketed by the company Fronius, for example.

Das Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung eines besonderen Baumaterials aus, welches in besonderen Eigenschaften des oder der jeweilig herzustellenden dreidimensionalen Objekte resultiert. Wie erwähnt, wird verfahrensgemäß ein, insbesondere pulver- oder strangförmiges, Baumaterial verwendet. Das verfahrensgemäß verwendete Baumaterial ist sonach ein Baumaterialpulver bzw. ein Baumaterialstrang oder auch Baumaterialdraht.The process is characterized by the use of a special construction material, which results in special properties of the three-dimensional object or objects to be produced. As mentioned, according to the method, a building material, in particular one in the form of a powder or strand, is used. The building material used according to the method is therefore a building material powder or a building material strand or building material wire.

Die Besonderheit des verfahrensgemäß verwendeten Baumaterials besteht in seiner Zusammensetzung, d. h. insbesondere in seiner (gewichts)anteilsmäßigen chemischen Zusammensetzung. Das verfahrensgemäß verwendete Baumaterial ist eine auf Aluminium basierende Legierung, kurz eine Aluminiumlegierung, welche neben Aluminium als ersten Legierungsbestandteil Zirconium und/oder Titan und/oder Hafnium aufweist bzw. enthält. Die Bestandteile der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung sind sonach einerseits Aluminium als Matrix, welches typischerweise den größten (gewichts)anteilsmäßigen Anteil der Aluminiumlegierung bildet, und anderseits Zirconium und/oder Titan und/oder Hafnium als ersten Legierungsbestandteil bzw. als erste Gruppe eines Legierungsbestandteils. Es gilt zu beachten, dass nachfolgend auch im Falle von einem Vorliegen z. B. Zirconium und Titan diese als erster Legierungsbestandteil beschrieben werden, womit eine erste Gruppe an wenigstens zwei Stoffen bzw. Elementen aus Zirconium, Titan und Hafnium gebildet bzw. gemeint sein kann. Wie sich im Weiteren ergibt, weist die verfahrensgemäß als Baumaterial verwendete Aluminiumlegierung typischerweise weitere Legierungsbestandteile auf, also weitere Legierungsbestandteile, welche andere Elemente als die unter den hier als ersten Legierungsbestandteil beschriebenen Elementen Zirconium, Titan oder Hafnium umfasst oder umfassen. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung von Aluminiumlegierungen in additiven Fertigungsverfahren insbesondere dahingehend problematisch ist, dass Aluminiumlegierungen, insbesondere eine Aluminiumknetlegierung, hierbei zu Rissbildungen neigen, welche im Lichte der bestimmungsgemäßen Verwendung der dreidimensionalen Objekte nicht hinnehmbar sind. Auch liegen die Werte der Bruchdehnung für im Zuge eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellter dreidimensionaler Objekte nicht in dem vorliegenden Zielbereich von größer 3 %, bevorzugt größer 10 %, besonders bevorzugt von größer 15%. Durch die Zugabe von Zirconium, Titan und/oder Hafnium in eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Aluminiumknetlegierung, konnte eine höherfeste Aluminiumlegierung für eine funktionale Absicherung mittels additiver Fertigungsverfahren in den angegebenen Bruchdehnungsbereichen erzielt werden. Mit anderen Worten wird durch die Zugabe von Zirconium, Titan und/oder Hafnium die Neigung zur Heißrissbildung herabgesetzt, sodass durch die Zugabe von Zirconium, Titan und/oder Hafnium zu einer Aluminium-Knetlegierung eine Heißrissbildung verhindert und folglich eine hinreichende Festigkeit, insbesondere hinreichend hohe Bruchdehnungswerte, erzielt werden konnte(n).The special feature of the building material used according to the method is its composition, i. H. especially in its (weight) proportional chemical composition. The construction material used according to the method is an aluminum-based alloy, in short an aluminum alloy, which, in addition to aluminum, has or contains zirconium and/or titanium and/or hafnium as the first alloy component. The components of the aluminum alloy used according to the method as a building material are therefore on the one hand aluminum as the matrix, which typically forms the largest (by weight) proportion of the aluminum alloy, and on the other hand zirconium and/or titanium and/or hafnium as the first alloy component or as the first group of an alloy component. It should be noted that in the following, even in the event of a presence, e.g. B. zirconium and titanium, these are described as the first alloy component, with which a first group of at least two substances or elements from zirconium, titanium and hafnium can be formed or meant. As can be seen below, the aluminum alloy used according to the method as a construction material typically has other alloying components, ie further alloying components which include or include elements other than the zirconium, titanium or hafnium elements described here as the first alloying component. It has been found that the use of aluminum alloys in additive manufacturing processes is particularly problematic in that aluminum alloys, in particular a wrought aluminum alloy, tend to form cracks, which are unacceptable given the intended use of the three-dimensional objects. The values of the elongation at break for three-dimensional objects produced in the course of an additive manufacturing process are also not in the present target range of greater than 3%, preferably greater than 10%, particularly preferably greater than 15%. By adding zirconium, titanium and/or hafnium to an aluminum alloy, in particular a wrought aluminum alloy, it was possible to achieve a higher-strength aluminum alloy for functional validation using additive manufacturing processes in the specified elongation at break ranges. In other words, the addition of zirconium, titanium and/or hafnium reduces the tendency to form hot cracks, so that the addition of zirconium, titanium and/or hafnium to a wrought aluminum alloy prevents hot cracking and consequently adequate strength, in particular sufficiently high strength Elongation at break values could (have) been achieved.

In einer vorteilhaften Weiterführung kann es vorgesehen sein, dass eine Aluminiumlegierung für das, insbesondere pulverförmige oder strangförmige, Baumaterial verwendet wird, welche als wenigstens einen weiteren Legierungsbestandteil Kupfer in einem Anteil von maximal 0,75 Gew.-%, bevorzugt von maximal 0,50 Gew.-%, besonders bevorzugt von maximal 0,2 Gew.-%, höchst bevorzugt von maximal 0,1 Gew.-%, aufweist. Der Kupferanteil kann beispielsweise einen Mindestwert von mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,15 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, relativ zur Gesamtlegierung aufweisen.In an advantageous development, it can be provided that an aluminum alloy is used for the building material, in particular in powder form or in strand form, which as at least one other alloy component contains copper in a proportion of at most 0.75% by weight, preferably at most 0.50 % by weight, particularly preferably not more than 0.2% by weight, most preferably not more than 0.1% by weight. The copper content can, for example, have a minimum value of at least 0.1% by weight, preferably at least 0.15% by weight, particularly preferably at least 0.2% by weight, relative to the alloy as a whole.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass eine Aluminiumlegierung für das, insbesondere pulver- oder strangförmige, Baumaterial verwendet wird, welche als wenigstens einen weiteren Legierungsbestandteil Magnesium in einem Anteil von maximal 4,0 Gew.-%, bevorzugt von maximal 2,0 Gew.-%, besonders bevorzugt von maximal 1,5 Gew.-%, aufweist. Bevorzugt weist die Aluminiumlegierung einen Mindestwert an Magnesium von mindestens 0,20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,50 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,90 Gew.-%, auf.In a further advantageous embodiment, it can be provided that an aluminum alloy is used for the building material, in particular in powder or strand form, which contains magnesium as at least one further alloy component in a proportion of at most 4.0% by weight, preferably at most 2 0% by weight, particularly preferably not more than 1.5% by weight. The aluminum alloy preferably has a minimum value of magnesium of at least 0.20% by weight, preferably at least 0.50% by weight, particularly preferably at least 0.90% by weight.

Es ist möglich, dass eine Aluminiumlegierung für das, insbesondere pulver- oder strangförmige, Baumaterial verwendet wird, welche zusätzlich zu dem ersten Legierungsbestandteil wenigstens einen weiteren Legierungsbestandteil enthält, wobei der wenigstens eine weitere Legierungsbestandteil Silicium in einem Anteil von maximal 3,0 Gew.-%, bevorzugt von maximal 2,0 Gew.-%, besonders bevorzugt von maximal 1,5 Gew aufweist. Die Aluminiumlegierung kann beispielsweise einen Mindestwert an Silicium von mindestens 0,20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,50 Gew.-%, aufweisen.It is possible that an aluminum alloy is used for the building material, in particular in powder or strand form, which in addition to the first alloy component contains at least one further alloy component, the at least one further alloy component containing silicon in a maximum proportion of 3.0% by weight. %, preferably not more than 2.0% by weight, particularly preferably not more than 1.5% by weight. For example, the aluminum alloy can have a minimum silicon content of at least 0.20% by weight, preferably at least 0.50% by weight.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Aluminiumlegierung für das, insbesondere pulver- oder strangförmige, Baumaterial verwendet wird, welche zusätzlich zu dem ersten Legierungsbestandteil einen Hauptlegierungsbestandteil aufweist, der einen höheren (gewichts)anteilsmäßigen Anteil aufweist als die übrigen einzelnen Legierungsbestandteile der Aluminiumlegierung mit Ausnahme des Aluminiums, wobei der Hauptlegierungsbestandteil Silicium oder Magnesium ist. Mit anderen Worten weist die hauptsächlich aus Aluminium bestehende Legierung einen, den neben dem Aluminium größten gewichtsmäßigen Einzelanteil eines Legierungsbestandteiles bildenden Hauptlegierungsbestandteil auf. Dieser Hauptlegierungsbestandteil kann Silicium oder Magnesium sein. Beispielsweise kann Silicium oder Magnesium den größten gewichtsmäßigen Anteil an der vorliegenden Aluminiumlegierung nach dem Aluminium selbst bilden und damit beispielsweise einen höheren Anteil ausmachen als z. B. das Titan, Zirconium oder Hafnium einzeln oder zusammen betrachtet. Es ist beispielsweise möglich, dass die Summe an Titan, Zirconium und Hafnium in der Aluminiumlegierung gleich oder größer dem gewichtsmäßigen Anteil an Silicium oder Magnesium ist.It can be provided, for example, that an aluminum alloy is used for the building material, in particular in powder or strand form, which, in addition to the first alloy component, has a main alloy component which has a higher proportion (by weight) than the other individual alloy components of the aluminum alloy with the exception of aluminium, the main alloying component being silicon or magnesium. In other words, the alloy consisting mainly of aluminum has a main alloy component which, in addition to aluminum, makes up the largest individual proportion by weight of an alloy component. This main alloying ingredient can be silicon or magnesium. For example, silicon or magnesium can form the largest proportion by weight of the present aluminum alloy after the aluminum itself and thus, for example, make up a higher proportion than z. B. the titanium, zirconium or hafnium considered individually or together. It is possible, for example, that the sum of titanium, zirconium and hafnium in the aluminum alloy is equal to or greater than the proportion by weight of silicon or magnesium.

Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine Aluminiumlegierung für das, insbesondere pulver- oder strangförmige, Baumaterial verwendet wird, dessen erster, Zirconium und/oder Titan und/oder Hafnium aufweisender, Legierungsbestandteil einen Anteil von 0,40 bis 10,00 Gew.-%, bevorzugt von 0,40 bis 6,00 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,50 bis 3,50 Gew.-%, höchst bevorzugt von 0,90 bis 2,00 Gew.-%, aufweist. Damit kann es vorgesehen sein, dass der erste Legierungsbestandteil aus einem, zwei oder drei der Stoffe: Zirconium, Titan und/oder Hafnium besteht. Diese aus wenigstens einem der Elemente Zirconium, Titan und Hafnium, ggf. auch aus mehreren oder aus allen dreien dieser Elemente, gebildete erste Legierungsbestandteil kann in Summe einen Anteil von 0,40 bis 10,00 Gew.-%, bevorzugt von 0,40 bis 6,00 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,50 bis 3,50 Gew.- %, höchst bevorzugt von 0,9 bis 2,0 Gew.-%, an der Gesamtlegierung ausmachen.Alternatively or additionally, it can be provided that an aluminum alloy is used for the building material, in particular in powder or strand form, the first alloy component of which, zirconium and/or titanium and/or hafnium, has a proportion of 0.40 to 10.00 wt %, preferably from 0.40 to 6.00% by weight, particularly preferably from 0.50 to 3.50% by weight, most preferably from 0.90 to 2.00% by weight. It can thus be provided that the first alloy component consists of one, two or three of the following substances: zirconium, titanium and/or hafnium. This first alloying component, formed from at least one of the elements zirconium, titanium and hafnium, possibly also from several or from all three of these elements, can total a proportion of 0.40 to 10.00% by weight, preferably 0.40 to 6.00% by weight, particularly preferably from 0.50 to 3.50% by weight, most preferably from 0.9 to 2.0% by weight, of the total alloy.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, dass eine Aluminiumlegierung für das pulverförmige Baumaterial verwendet wird, das Titan und Zirconium aufweist, wobei das Titan und das Zirconium zusammen einen Anteil von 0,40 bis 10,00 Gew.-%, bevorzugt von 0,40 bis 6,00 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,50 bis 3,50 Gew.-%, höchst bevorzugt von 0,90 bis 2,0 Gew.-%, an der Gesamtlegierung aufweist. Für Aluminiumlegierungen, welche Titan und Zirconium aufweisen konnte eine deutliche Reduzierung der Heißrissbildung bzw. eine Verhinderung der Heißrissbildung bei deren Verwendung in einem additiven Herstellungsverfahren festgestellt werden. Hierbei kann es beispielsweise zweckmäßig sein, wenn der Gehalt an Titan und Zirconium 0,25 bis 4,0 Gew.-% bevorzugt 0,5 bis 2,0 Gew.-% besonders bevorzugt 0,75 bis 1,33 Gew.-%, höchst bevorzugt 0,95 bis 1,05 Gew.-%, beträgt.In a preferred embodiment, it may be expedient to use an aluminum alloy for the powdered building material, which has titanium and zirconium, the titanium and zirconium together making up a proportion of 0.40 to 10.00% by weight, preferably 0 40 to 6.00% by weight, particularly preferably from 0.50 to 3.50% by weight, most preferably from 0.90 to 2.0% by weight, based on the overall alloy. For aluminum alloys containing titanium and zirconium, a significant reduction in hot cracking or prevention of hot cracking when used in an additive manufacturing process was observed. It can be expedient here, for example, if the content of titanium and zirconium is 0.25 to 4.0% by weight, preferably 0.5 to 2.0% by weight, particularly preferably 0.75 to 1.33% by weight. , most preferably 0.95 to 1.05% by weight.

Es ist möglich, dass eine Aluminiumlegierung für das pulverförmige Baumaterial verwendet wird, die wenigstens zwei der Elemente: Zirconium, Titan, Hafnium aufweist, wobei das gewichtsmäßige Verhältnis wenigstens zweier dieser Elemente zueinander im Bereich von 0,25 bis 4,00, bevorzugt von 0,5 bis 2,0, besonders bevorzugt von 0,75 bis 1,33, höchst bevorzugt von 0,90 bis 1,10, liegt. Bevorzugt können die Elemente Zirconium, Titan und Hafnium - sofern gemeinsam vorhanden - beispielsweise in einem in etwa gleichen Anteil in der Aluminiumlegierung vorliegen.It is possible that an aluminum alloy is used for the powdered building material, which has at least two of the elements: zirconium, titanium, hafnium, the weight ratio of at least two of these elements to one another being in the range from 0.25 to 4.00, preferably from 0 .5 to 2.0, more preferably from 0.75 to 1.33, most preferably from 0.90 to 1.10. The elements zirconium, titanium and hafnium—if present together—can preferably be present in approximately the same proportion in the aluminum alloy, for example.

Es kann sich beispielsweise als zweckmäßig erweisen, wenn die Aluminiumlegierung zumindest (a) Magnesium in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,25 und 3,00 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,35 und 2,00 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,6 und 1,2 Gew.-%, und (b) Zirconium und/oder Titan und/oder Hafnium in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,4 und 4,0 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,5 und 2,5 Gew.-%, und (c) Kupfer in einem gewichtsmäßigen Anteil von unter 0,5 Gew.-%, insbesondere von unter 0,25 Gew.-%, oder Magnesium in einem gewichtsmäßigen Anteil von unter 3,5 Gew.-%, insbesondere von unter 1,7 Gew.-%, und (d) Silicium in einem gewichtsmäßigen Anteil von unter 4,0 Gew.-%, insbesondere von unter 1,5 Gew.-%, enthält. Hierbei sind die Angaben der gewichtsmäßigen Anteile für Zirconium und/oder Titan und/oder Hafnium im Falle, dass wenigsten zwei oder alle drei Stoffe in der Aluminiumlegierung enthalten sind, als Summenanteile bzw. als addierter Anteil dieser zwei oder drei Stoffe zu verstehen. In dieser Ausführung kann es beispielsweise zweckmäßig sein, wenn zumindest das Silicium einen Mindestanteil von mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,75 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 1,0 Gew.-%, höchst bevorzugt von mindestens 1,5 Gew.-%, aufweist.For example, it may prove expedient if the aluminum alloy contains at least (a) magnesium in a proportion by weight of between 0.25 and 3.00% by weight, preferably between 0.35 and 2.00% by weight, particularly preferably between 0.6 and 1.2% by weight, and (b) zirconium and/or titanium and/or hafnium in a proportion by weight between 0.4 and 4.0% by weight, in particular between 0.5 and 2, 5% by weight, and (c) copper in a proportion by weight of less than 0.5% by weight, in particular less than 0.25% by weight, or magnesium in a proportion by weight of less than 3.5% by weight. %, in particular less than 1.7% by weight, and (d) silicon in a proportion by weight of less than 4.0% by weight, in particular less than 1.5% by weight. In this case, the details of the proportions by weight for zirconium and/or titanium and/or hafnium are to be understood as total proportions or as an added proportion of these two or three substances in the event that at least two or all three substances are contained in the aluminum alloy. In this embodiment, it can be expedient, for example, if at least the silicon has a minimum proportion of at least 0.5% by weight, preferably at least 0.75% by weight, particularly preferably at least 1.0% by weight, most preferably from at least 1.5% by weight.

Es kann sich als zweckmäßig erweisen, wenn eine Aluminiumlegierung für das pulverförmige Baumaterial verwendet wird, welche Silicium und Magnesium aufweist, wobei das Silicium zu Magnesium in einem Verhältnis kleiner 2,5, bevorzugt kleiner 2,0, besonders bevorzugt kleiner 1,5, höchst bevorzugt kleiner 1,0, beträgt. Ergänzend kann die wenigstens Magnesium und Silicium aufweisende Aluminiumlegierung zusätzlich Kupfer aufweisen, wobei bei einem beginnend von 2,5 für das Verhältnis von Silicium zu Magnesium abnehmenden Verhältniswert von Silicium zu Magnesium der Anteil des Kupfers von 0 bis maximal 0,38 Gew.-% betragen, insbesondere einen in diesem Bereich ansteigenden Betrag betragen, kann. Beispielsweise kann bei einem Silicium-zu-Magnesium-Verhältnis von 1,5 der Anteil des Kupfers zwischen 0,0 und 0,2 Gew.-% betragen. Für ein Silicium-zu-Magnesium-Verhältnis von 0,5 kann der Anteil des Kupfers z. B. zwischen 0,0 und 0,3 Gew.-% betragen. Diese Wertebereiche bzw. die Berücksichtigung des Silicium-zu-Magnesium-Verhältnis kann sich positiv auf das Korrosionsverhalten des aus der hierin beschriebenen Aluminiumlegierung erzeugten dreidimensionalen Objekt auswirken. So ist es möglich, eine Korrosionsbeständigkeit bzw. einen Salzsprühtest bzw. Salzsprühnebeltext (NSS) nach DIN ISO 9227 unter Verwendung eines Salzsprühnebels auszuführen, wobei die im hierin beschriebenen Verfahren hergestellten bzw. die unter Verwendung der hierin beschriebenen Aluminiumlegierung hergestellten dreidimensionalen Objekte bei Durchlaufen des Salzsprühtest eine geringe Angriffstiefe bzw. einen flächenhaften Angriffsbereich aufweisen.It may prove expedient if an aluminum alloy containing silicon and magnesium is used for the powdered building material, the silicon to magnesium ratio being less than 2.5, preferably less than 2.0, particularly preferably less than 1.5, at most preferably less than 1.0. In addition, the aluminum alloy containing at least magnesium and silicon can additionally contain copper, with the proportion of copper being from 0 to a maximum of 0.38% by weight at a ratio of silicon to magnesium that decreases starting from 2.5 for the ratio of silicon to magnesium , in particular an increasing amount in this area, can. For example, with a silicon-to-magnesium ratio of 1.5, the proportion of copper can be between 0.0 and 0.2% by weight. For a silicon to magnesium ratio of 0.5, the proportion of copper can be e.g. B. be between 0.0 and 0.3 wt .-%. These value ranges and the consideration of the silicon-to-magnesium ratio can have a positive effect on the corrosion behavior of the three-dimensional object produced from the aluminum alloy described here. So it is possible to perform a corrosion resistance or a salt spray test or salt spray text (NSS) according to DIN ISO 9227 using a salt spray, the three-dimensional objects produced in the method described herein or produced using the aluminum alloy described herein when passing the salt spray test have a low attack depth or an extensive attack area.

In einem optionalen Prozessschritt kann es sich als zweckmäßig erweisen, wenn das dreidimensionale Objekt nach dessen Herstellung in dem additiven Herstellungsverfahren im Zuge eines Nachbehandlungsverfahrens mit thermischer Energie beaufschlagt wird. Mit anderen Worten kann das dreidimensionale Objekt nach dessen additiven Aufbau bzw. nach der Erzeugung der Wesentlichen Form im Zuge der Herstellung in der additiven Fertigungsvorrichtung einer Wärmebehandlung bzw. einer Maßnahme zur thermischen Nachbehandlung unterzogen werden. Hierzu kann das dreidimensionale Objekt einer Wärmebehandlungsvorrichtung, z. B. einem Ofen, zugeführt werden.In an optional process step, it can prove expedient if the three-dimensional object is subjected to thermal energy after its production in the additive production process in the course of a post-treatment process. In other words, the three-dimensional object can be subjected to a heat treatment or a measure for thermal post-treatment after its additive construction or after the generation of the essential shape in the course of production in the additive manufacturing device. For this purpose, the three-dimensional object of a heat treatment device, z. B. an oven, are supplied.

Alternativ oder zusätzlich kann es zweckmäßig sein, dass während der Ausführung des additiven Herstellungsverfahrens ein Bauraum der additiven Fertigungsvorrichtung zum additiven Aufbau des dreidimensionalen Objekts auf eine Prozesstemperatur von mindestens 50 °C, bevorzugt von mindestens 100 °C, besonders bevorzugt von mindestens 200 °C, erwärmt wird bzw. eine Prozesstemperatur von oberhalb oder gleich der genannten Temperaturwerte aufweist.Alternatively or additionally, it can be expedient that during the execution of the additive manufacturing method, a construction space of the additive manufacturing device for the additive construction of the three-dimensional object is heated to a process temperature of at least 50° C., preferably at least 100° C., particularly preferably at least 200° C. is heated or has a process temperature above or equal to the temperature values mentioned.

Unabhängig von deren konkreter (gewichts)anteilsmäßiger chemischer Zusammensetzung kann die verfahrensgemäß verwendbare bzw. verwendete Aluminiumlegierung eine Partikelgröße in einem Bereich zwischen 1 und 100 µm, insbesondere zwischen 10 und 90 µm,weiter insbesondere zwischen 15 und 80 µm, weiter insbesondere zwischen 20 und 70 µm,weiter insbesondere zwischen 40 und 60 µm,aufweisen oder enthalten. Verfahrensgemäß kann sonach eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche eine Partikelgröße in einem Bereich zwischen 1 und 100 µm,insbesondere zwischen 10 und 90 µm,weiter insbesondere zwischen 15 und 80 µm,weiter insbesondere zwischen 20 und 70 µm,weiter insbesondere zwischen 40 und 60 µm,aufweist oder enthält. Eine konkrete beispielhafte Partikelgröße(nverteilung) der Aluminiumlegierung liegt in einem Bereich zwischen 20 und 63 µm. Der dio-Wert kann dabei bei ca. 20 µm, der d₉₀-Wert bei 63 µm liegen. Im Falle eines, insbesondere in einem CMT-Schweißverfahren für einen additiven Objektaufbau verwendeten, strangförmigen bzw. drahtförmigen Baumaterials kann dieses beispielsweise ein Material nach DIN EN ISO 544 mit einem Durchmesser von 0,5 bis 8,0 mm, bevorzugt 0,8 bis 2,5 mm verwendet werden.Regardless of their specific (weight) proportionate chemical composition, the aluminum alloy that can be used or used according to the method can have a particle size in a range between 1 and 100 μm, in particular between 10 and 90 μm, more particularly between 15 and 80 μm, more particularly between 20 and 70 µm, more particularly between 40 and 60 µm, have or contain. According to the method, an aluminum alloy can therefore be used which has a particle size in a range between 1 and 100 μm, in particular between 10 and 90 μm, further in particular between 15 and 80 μm, further in particular between 20 and 70 μm, further in particular between 40 and 60 μm , has or contains. A specific exemplary particle size (distribution) of the aluminum alloy is in a range between 20 and 63 μm. The dio value can be around 20 µm and the d ₉₀ value around 63 µm. In the case of a strand-like or wire-like construction material used in particular in a CMT welding process for an additive object structure, this can, for example, be a material according to DIN EN ISO 544 with a diameter of 0.5 to 8.0 mm, preferably 0.8 to 2 .5 mm can be used.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Aluminiumlegierung ein stöchiometrisches Verhältnis von 2 bis 4 Anteilen, insbesondere ein Verhältnis von 2,5 bis 3,5 Anteile, besonders bevorzugt ein Verhältnis von 2,8 bis 3,2 Anteile, Aluminium zu einem Anteil des ersten Legierungsbestandteils bestehend aus wenigstens einem der Elemente Titan, Zirconium oder Hafnium auf.In an advantageous embodiment, the aluminum alloy has a stoichiometric ratio of 2 to 4 parts, in particular a ratio of 2.5 to 3.5 parts, particularly preferably a ratio of 2.8 to 3.2 parts, aluminum to a part of the first alloy component consisting of at least one of the elements titanium, zirconium or hafnium.

Durch die Verarbeitung der hierin beschriebenen Aluminiumlegierung in einem additiven Fertigungsverfahren können sich in dem Material intermetallische Phasen ausbilden. Diese können sich beispielsweise zumindest abschnittsweise in Form von AI3(Ti Zr) oder AI3(Zr) oder AI3(Ti) oder AI3(Hf) ausbilden. Alternativ oder zusätzlich können sich zumindest abschnittsweise ergänzende Wechselwirkungen der Bestandteile der Aluminiumlegierung im Zuge der Verwendung in dem additiven Fertigungsverfahren ergeben. Beispielsweise können sich zumindest abschnittsweise intermetallische Phasen ausbilden, welche Elemente aus zulegierten Elementen enthalten. Dabei können sich zumindest abschnittsweise intermetallische Phasen ausbilden, welche einen geringeren Anteil von Aluminium oder kein Aluminium enthalten im Vergleich zu weiteren, insbesondere den Großteil der intermetallischen Phasen des Materials ausmachenden Abschnitten des Materials. Beispielsweise können diese weiteren, kein Aluminium aufweisende intermetallischen Phasen jeweils gebildet sein aus: Mg2Si, (Ti,Zr)Si3 oder (Ti,Zr)2Si5. Es ist möglich, dass ein dreidimensionales Objekt zumindest abschnittsweise wenigstens zwei der angegebenen weiteren intermetallischen Phasen umfasst.Intermetallic phases can form in the material as a result of the processing of the aluminum alloy described herein in an additive manufacturing process. These can be formed, for example, at least in sections, in the form of Al3(TiZr) or Al3(Zr) or Al3(Ti) or Al3(Hf). Alternatively or additionally, additional interactions of the components of the aluminum alloy can result, at least in sections, in the course of use in the additive manufacturing process. For example, intermetallic phases containing elements from alloyed elements can form at least in sections. In this way, intermetallic phases can form at least in sections, which contain a lower proportion of aluminum or no aluminum compared to other sections of the material, which in particular make up the majority of the intermetallic phases of the material. For example, these further intermetallic phases not containing aluminum can each be formed from: Mg2Si, (Ti,Zr)Si3 or (Ti,Zr)2Si5. It is possible that a three-dimensional object, at least in sections, has little comprises at least two of the specified further intermetallic phases.

Ebenso unabhängig von deren konkreter (gewichts)anteilsmäßiger chemischer Zusammensetzung kann die verfahrensgemäß verwendbare bzw. verwendete Aluminiumlegierung einen Soliduspunkt oberhalb 550°C, insbesondere oberhalb 570°C, weiter insbesondere oberhalb 600°C, weiter insbesondere oberhalb 605°C, aufweisen oder enthalten. Der Schmelzpunkt der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung kann sonach oberhalb550°C, insbesondere oberhalb 570C, weiter insbesondere oberhalb 600°C, weiter insbesondere oberhalb 605°C, liegen.Also independent of their specific (weight) proportionate chemical composition, the aluminum alloy that can be used or used according to the method can have or contain a solidus point above 550°C, in particular above 570°C, more particularly above 600°C, more particularly above 605°C. The melting point of the aluminum alloy used according to the method as a building material can therefore be above 550°C, in particular above 570°C, more particularly above 600°C, more particularly above 605°C.

Es ist möglich, dass das dreidimensionale Objekt nach dessen Herstellung in dem additiven Herstellungsverfahren zumindest abschnittsweise in einem Umformverfahren einem Umformprozess unterzogen wird, bevorzugt wird das dreidimensionale Objekt einem Schmiede-, Walz und/oder Biegeverfahren unterzogen.It is possible that the three-dimensional object is subjected to a forming process at least in sections in a forming process after it has been produced in the additive manufacturing process; the three-dimensional object is preferably subjected to a forging, rolling and/or bending process.

Neben dem Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts betrifft die Erfindung auch ein dreidimensionales Objekt, insbesondere ein Kraftfahrzeugbauteil, das in einem hierin beschriebenen additiven Herstellungsverfahren hergestellt wurde, wobei das dreidimensionale Objekt aus einer Aluminiumlegierung besteht bzw. hergestellt wurde, welche Zirconium und/oder Titan und/oder Hafnium aufweist oder enthält. Das hierbei hergestellte dreidimensionale Objekt kann beispielsweise nach einer im Anschluss der additiven Herstellung unterzogenen Wärmebehandlung eine Bruchdehnung von 8 bis 20 %, bevorzugt eine Bruchdehnung von 10 bis 16 %, und/oder eine Streckgrenze von 250 bis 380 MPa, bevorzugt von 290 bis 370 MPa, aufweisen. Es ist möglich, dass das dreidimensionale Objekt vor einer etwaigen Wärmebehandlung bzw. direkt nach dem additiven Herstellungsverfahren eine Bruchdehnung von größer 16 %, bevorzugt von größer 18 %, besonders bevorzugt von größer oder gleich 20 %, aufweist. Diese Werte der Bruchdehnung für das dreidimensionale Objekt können beispielsweise im Zuge einer Wärmebehandlung des dreidimensionalen Objekts auf unter 16 %, bevorzugt auf unter 13 %, besonders bevorzugt auf unter 12 %, verändert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das dreidimensionale Objekt direkt nach dem additiven Herstellungsverfahren bzw. vor einer etwaigen Wärmebehandlung eine Streckgrenze von kleiner 220 MPa, bevorzugt von kleiner 200 MPa, besonders bevorzugt von kleiner 175 MPa, aufweisen.In addition to the method for additively manufacturing a three-dimensional object, the invention also relates to a three-dimensional object, in particular a motor vehicle component, which was manufactured using an additive manufacturing method described herein, the three-dimensional object consisting of or being manufactured from an aluminum alloy containing zirconium and/or titanium and/or has or contains hafnium. The three-dimensional object produced in this way can have an elongation at break of 8 to 20%, preferably an elongation at break of 10 to 16%, and/or a yield point of 250 to 380 MPa, preferably 290 to 370 MPa, for example after a heat treatment subsequent to additive manufacturing , exhibit. It is possible for the three-dimensional object to have an elongation at break of greater than 16%, preferably greater than 18%, particularly preferably greater than or equal to 20%, before any heat treatment or directly after the additive manufacturing process. These values of the elongation at break for the three-dimensional object can be changed to below 16%, preferably to below 13%, particularly preferably to below 12%, for example in the course of a heat treatment of the three-dimensional object. Alternatively or additionally, the three-dimensional object can have a yield point of less than 220 MPa, preferably less than 200 MPa, particularly preferably less than 175 MPa, directly after the additive manufacturing process or before any heat treatment.

Neben dem Verfahren und dem dreidimensionalen Objekt betrifft die Erfindung ein Baumaterial zur Verwendung in einem hierin beschriebenen Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts.In addition to the method and the three-dimensional object, the invention relates to a building material for use in a method described herein for additively manufacturing a three-dimensional object.

Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf das erfindungsgemäße dreidimensionale Objekt und das erfindungsgemäße Baumaterial übertragbar bzw. anzuwenden.All advantages, details, designs and/or features of the method according to the invention can be transferred or applied to the three-dimensional object according to the invention and the building material according to the invention.

Eine konkrete Zusammensetzung der Aluminiumlegierung gemäß dem ersten Beispiel weist neben dem matrixbildenden Aluminium Silicium als Hauptlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,50 und 6,00 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,80 und 1,70 Gew.-%, Eisen als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,25 und 0,75 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,40 und 0,60 Gew.-%, Kupfer als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,05 und 0,50 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,07 und 0,25 Gew.-%, Mangan als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,20 und 2,00 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,35 und 1,10 Gew.-%, Magnesium als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,40 und 1,50 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,60 und 1,20 Gew.-%, Chrom als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,15 und 0,40 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,20 und 0,30 Gew.-%, Zink als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,00 und 0,40 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,10 und 0,30 Gew.-%., einen ersten Legierungsbestandteil bestehend aus wenigstens einem der Legierungselemente Titan, Hafnium und Zirconium mit einem gewichtsmäßigen Anteil der Summe des Titan, Hafnium und Zirconium (sofern vorliegend) zwischen 0,70 und 4,00 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1,00 und 2,00 Gew.-%, wobei sich die gewichtsmäßigen Anteile des Aluminiums, des Siliciums, des Eisens, des Kupfers, des Mangan, des Magnesiums, des Chroms, des Zinks, des Titans, des Hafniums, des Zirconiums und andere Bestandteile an Legierungselementen, welche einen maximalen gewichtsmäßigen Anteil insgesamt zwischen 0,00 und 0,20 Gew.-% aufweisen, zu 100,00 Gew.-% addieren. Mit anderen Worten wird nach Festlegung der Gew.-% der einzelnen Legierungselemente und des Rests von insgesamt maximal 0,20 Gew.-% der Rest von Aluminium gebildet. Selbstverständlich kann die Aluminiumlegierung gegebenenfalls einen (geringfügigen) Anteil an Verunreinigungen enthalten. Um eine Aluminiumlegierung zu erlangen, welche die oben genannten Anteile der jeweiligen Elemente aufweist, kann beispielsweise eine Vorlegierung zu Pulver verdüst werden und etwaige fehlende Bestandteile zur Erreichung der oben genannten Bereiche der Elemente durch Hinzufügung der jeweiligen Elemente in Reinform oder in verbundener Form mit weiteren Elementen hinzugefügt werden. Hierbei kann allgemeint eine Vermischung zweier oder mehrerer Pulver zu der oben genannten Aluminiumlegierung führen.A concrete composition of the aluminum alloy according to the first example has, in addition to the matrix-forming aluminum, silicon as the main alloying element in a proportion by weight of between 0.50 and 6.00% by weight, in particular between 0.80 and 1.70% by weight, iron Secondary alloying element in a proportion by weight of between 0.25 and 0.75% by weight, in particular between 0.40 and 0.60% by weight, copper as a secondary alloying element in a proportion by weight of between 0.05 and 0.50% by weight. %, in particular between 0.07 and 0.25% by weight, manganese as a secondary alloying element in a proportion by weight between 0.20 and 2.00% by weight, in particular between 0.35 and 1.10% by weight, Magnesium as a secondary alloying element in a proportion by weight of between 0.40 and 1.50% by weight, in particular between 0.60 and 1.20% by weight, chromium as a secondary alloying element in a proportion by weight of between 0.15 and 0.40% by weight %, in particular between 0.20 and 0.30% by weight, zinc as secondary alloying elements t in a proportion by weight of between 0.00 and 0.40% by weight, in particular between 0.10 and 0.30% by weight. A first alloy component consisting of at least one of the alloying elements titanium, hafnium and zirconium with a weight proportion Proportion of the sum of the titanium, hafnium and zirconium (if present) between 0.70 and 4.00% by weight, preferably between 1.00 and 2.00% by weight, with the proportions by weight of the aluminum, the silicon , iron, copper, manganese, magnesium, chromium, zinc, titanium, hafnium, zirconium and other constituents of alloying elements which have a maximum total weight content of between 0.00 and 0.20 wt. %, add to 100.00% by weight. In other words, after determining the weight percent of the individual alloying elements and the remainder of a total of at most 0.20 weight percent, the remainder is aluminum. Of course, the aluminum alloy can optionally contain a (minor) proportion of impurities. In order to obtain an aluminum alloy which has the above proportions of the respective elements, for example, a master alloy can be atomized into powder and any missing components to achieve the above ranges of elements can be added by adding the respective elements in pure form or in combined form with other elements added be added. Mixing of two or more powders can generally lead to the aluminum alloy mentioned above.

Insbesondere ist folgende Zusammensetzung der Aluminiumlegierung denkbar: Silicium: 1,10 Gew.-% Eisen: 0,50 Gew.-% Kupfer: 0,10 Gew.-% Mangan: 0,80 Gew.-% Magnesium: 0,90 Gew.-% Chrom: 0,25 Gew.-% Zink: 0,20 Gew.-% Titan: 0,70 Gew.-% Zirconium: 0,70 Gew.-% Aluminium (Matrix): Rest Summe: 100,00 Gew.-% In particular, the following composition of the aluminum alloy is conceivable: Silicon: 1.10% by weight Iron: 0.50% by weight Copper: 0.10% by weight Manganese: 0.80% by weight Magnesium: 0.90% by weight Chrome: 0.25% by weight Zinc: 0.20% by weight Titanium: 0.70% by weight zirconium: 0.70% by weight Aluminum (Matrix): rest Total: 100.00% by weight

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann konkret die folgenden Schritte umfassen:

In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Bereitstellen eines entsprechenden Baumaterials zur Verwendung in einem additiven Herstellungsverfahren, in welchem das herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive, schichtweise und selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem, insbesondere pulver- oder strangförmigen, Baumaterial aufgebaut wird.

An exemplary embodiment of the method can specifically include the following steps:

In a first step S1, a corresponding building material is provided for use in an additive manufacturing process in which the three-dimensional object to be produced is built up by successive, layered and selective solidification of layers of building material from a building material, in particular in powder or strand form.

In einem auf den ersten Schritt S1 folgenden zweiten Schritt S2 erfolgt die Durchführung eines additiven Herstellungsverfahrens, in welchem das herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive, schichtweise und selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem, insbesondere pulver- oder strangförmigen, Baumaterial aufgebaut wird.In a second step S2 following the first step S1, an additive manufacturing method is carried out, in which the three-dimensional object to be produced is built up by successive, layered and selective solidification of layers of building material from a building material, in particular in powder or strand form.

In einem auf den zweiten Schritt S2 folgenden optionalen dritten Schritt S3 kann wenigstens eine Maßnahme zur thermischen Nachbehandlung eines additiv hergestellten Objekts durchgeführt werden. Bei einer entsprechenden Maßnahme kann es sich z. B. um eine duktilitätssteigernde Wärmebehandlung, wie z. B. ein Spannungsarmglühen oder eine festigkeitssteigernde Wärmebehandlung (z. B. Lösungsglühen mit einem nachgelagerten Warmauslagern) handeln. Mit anderen Worten kann ein verfahrensgemäß additiv hergestelltes dreidimensionales Objekt, insbesondere nach dessen additivem Aufbau, für eine bestimmte Zeit unter bestimmten chemischen und/oder physikalischen Bedingungen, d. h. insbesondere in einer bestimmten thermischen Umgebung, ausgelagert werden, um die Eigenschaften des Objekts gezielt zu beeinflussen.In an optional third step S3 following the second step S2, at least one measure for the thermal post-treatment of an additively manufactured object can be carried out. With a corresponding measure, it can be z. B. a ductility-enhancing heat treatment, such. B. act a stress relief annealing or a strength-enhancing heat treatment (e.g. solution annealing with subsequent artificial aging). In other words, a three-dimensional object additively manufactured according to the method, in particular after its additive construction, can be stored for a specific time under specific chemical and/or physical conditions, i. H. in particular in a specific thermal environment, in order to specifically influence the properties of the object.

Wie erwähnt, kann es sich bei dem Verfahren insbesondere um ein selektives Lasersinterverfahren, ein selektives Laserschmelzverfahren oder ein selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren handeln, sodass zur Durchführung des Verfahrens eine selektive Lasersintervorrichtung, eine selektive Laserschmelzvorrichtung oder eine selektive Elektronenstrahlschmelzvorrichtung eingesetzt werden kann.As mentioned, the method can in particular be a selective laser sintering method, a selective laser melting method or a selective electron beam melting method, so that a selective laser sintering device, a selective laser melting device or a selective electron beam melting device can be used to carry out the method.

BezugszeichenlisteReference List

S1S1: erster Schrittfirst step
S2S2: zweiter Schrittsecond step
S3S3: dritter SchrittThird step

Claims

Method for the additive manufacturing of a three-dimensional object, in particular a vehicle component, in an additive manufacturing device by successive, layered and selective solidification of a building material, in particular in powder or strand form, to form the three-dimensional object, characterized in that an aluminum alloy is used for the building material, which contains or has at least one first alloying component, wherein the first alloying component contains or has zirconium and/or titanium and/or hafnium.

procedure after claim 1 , characterized in that an aluminum alloy is used for the construction material, which contains at least one further alloying component in addition to the first alloying component, the further alloying component having copper and/or magnesium.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that an aluminum alloy is used for the building material, which as at least one other alloying component copper in a proportion of at most 0.75% by weight, preferably at most 0.50% by weight, particularly preferably at most 0, 2% by weight, most preferably at most 0.1% by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an aluminum alloy is used for the building material which, as at least one further alloy component, contains magnesium in a proportion of at most 4.0% by weight, preferably at most 2.0% by weight. particularly preferably not more than 1.5% by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an aluminum alloy is used for the building material which contains at least one further alloying component in addition to the first alloying component, the at least one further alloying component being silicon in a proportion of at most 3.0% by weight , preferably not more than 2.0% by weight, particularly preferably not more than 1.5% by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an aluminum alloy is used for the building material which, in addition to the first alloy component, has a main alloy component which has a higher proportion (by weight) than the other individual alloy components of the aluminum alloy with the exception of aluminium, the main alloying component being silicon and/or magnesium.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an aluminum alloy is used for the building material, the first alloy component of which, zirconium and/or titanium and/or hafnium, preferably has a proportion of 0.40 to 10.00% by weight from 0.40 to 6.00% by weight, more preferably from 0.50 to 3.50% by weight, most preferably from 0.90 to 2.00% by weight of the total alloy.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an aluminum alloy containing titanium and zirconium is used for the building material, the titanium and zirconium together making up a proportion of 0.40 to 10.00% by weight, preferably 0 40 to 6.00% by weight, particularly preferably from 0.50 to 3.50% by weight, most preferably from 0.90 to 2.0% by weight, based on the overall alloy.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an aluminum alloy is used for the building material, which has at least two of the elements: zirconium, titanium, hafnium, the weight ratio of at least two of these elements to one another being in the range from 0.25 to 4. 00, preferably from 0.5 to 2.0, more preferably from 0.75 to 1.33, most preferably from 0.90 to 1.10.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum alloy contains at least - magnesium in a proportion by weight of between 0.25 and 3.00% by weight, preferably between 0.35 and 2.00% by weight, particularly preferably between 0.60 and 1.20% by weight, and - zirconium and/or titanium and/or hafnium in a proportion by weight of between 0.40 and 4.00% by weight, in particular between 0.50 and 2.50% by weight %, and copper in a proportion by weight of less than 0.50% by weight, in particular less than 0.25% by weight, or magnesium in a proportion by weight of less than 3.50% by weight, in particular of less than 1.70% by weight, and silicon in a proportion by weight of less than 4.00% by weight, in particular less than 1.50% by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an aluminum alloy containing silicon and magnesium is used for the building material, the silicon to magnesium having a ratio of less than 2.5, preferably less than 2.0, particularly preferably less than 1.5 , most preferably less than 1.0.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the three-dimensional object is subjected to thermal energy after its production in the additive production process in the course of a post-treatment process.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum alloy used has a particle size in a range between 1 and 100 µm, in particular between 10 and 90 µm, further in particular between 15 and 80 µm, further in particular between 20 and 70 µm, further in particular between 40 and 60 µm.

Three-dimensional object, preferably motor vehicle component, characterized in that it is produced in a method according to one of the preceding claims from an aluminum alloy which has or contains zirconium and/or titanium and/or hafnium.

Building material for use in a method for the additive manufacturing of a three-dimensional object according to any one of Claims 1 until 13 .