Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2018001705A1 - Vorrichtung für die additive herstellung und verfahren - Google Patents

Vorrichtung für die additive herstellung und verfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2018001705A1
WO2018001705A1 PCT/EP2017/064236 EP2017064236W WO2018001705A1 WO 2018001705 A1 WO2018001705 A1 WO 2018001705A1 EP 2017064236 W EP2017064236 W EP 2017064236W WO 2018001705 A1 WO2018001705 A1 WO 2018001705A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
space
base material
process chamber
construction
component
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/064236
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Burbaum
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2018001705A1 publication Critical patent/WO2018001705A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/16—Form or construction for counteracting blade vibration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/22—Manufacture essentially without removing material by sintering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/233—Electron beam welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/234—Laser welding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a device for the additive production of a component from a, in particular pulverulent, base material and a corresponding system. Furthermore, the present invention comprises a method for additive production or a method for operating the device.
  • Said component is preferably intended for use in egg ⁇ ner turbomachine, in particular in a gas turbine ⁇ .
  • the component expediently consists of a superalloy, in particular a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the superalloy may be precipitation hardened or precipitation hardenable, for example, by the ⁇ or ⁇ 'phase or its phase precipitate of the corresponding superalloy.
  • the component is preferably used in a hot gas path or hot gas region of a turbomachine, such as a gas turbine.
  • Component is built up in layers in a powder bed.
  • the structure is carried out stepwise, wherein in one step, a powder layer is applied.
  • this layer is giestrahl, for example a laser or electron beam "scanned” with an energy and thereby locally melted and solidified.
  • An ⁇ closing a substrate or build platform is again ⁇ brings a layer thickness corresponding amount and repeats these steps until the finished component is set up.
  • additive manufacturing A method for selective laser melting is known, for example, from EP 2 601 006 B1.
  • Additive manufacturing processes (“additive manufacturing”) have proven to be particularly advantageous for complex or filigree components, for example labyrinthine structures, cooling structures and / or lightweight structures, in particular additive manufacturing by means of a particularly short chain of process steps advantageous since locations of manufacture or production step of a component can take place directly on the basis of a corresponding CAD file.
  • the additive manufacturing especially advantageous for the development ⁇ development or manufacture of prototypes, which for example for reasons of cost by means of conventional subtractive or chipping method or casting technology can not or can not be produced ef ⁇ ficient.
  • a disadvantage of conventional powder bed-based manufacturing methods is known to be the restriction to a given direction in the construction of the components or components. Accordingly, the construction direction is defined by the powder bed or defined by the lowerable building platform construction direction. This limits the versatility powder bed ⁇ based manufacturing processes and the corresponding system technology crucial.
  • the preferential direction of the body shall, in particular ⁇ sondere when be provided construction of "overhanging" components or the construction of structures having overlapping, support structures, as for example, the SLM process needs a fes ⁇ tes, not pulverulent substrate.
  • the structure of support structures (additional) time and re- sources-consuming.
  • even the supporting structures certain geometrical constraints and subjected to need after the construction of the entire device also will be removed at ⁇ manoeuvrable from the actual component section again.
  • One aspect of the present invention relates to an apparatus for the additive production of a component from a, in particular pulverulent, base material.
  • Vorrich ⁇ processing may be an extension of a conventional system for additive manufacturing.
  • the device comprises a process chamber or installation space wall which defines a construction space for the additive construction of the component.
  • the process chamber is further designed to hold the base material during an additive production in the installation space, so that the base material can be solidified, expediently by means of the ad ⁇ ditive structure.
  • the solidification is preferably carried out by means of a solidification device, for example a beam hardening device with a laser or electron beam.
  • the device further comprises a controller for the process chamber, wherein the space is formed via the controller, for example via a robot arm, preferably arbitrarily, alignable or orientable in space.
  • the process chamber or only a base plate of the same may be attached to the controller and / or the robot arm, so that the installation space is in accordance with any bigen or predetermined direction can be aligned in space.
  • the process chamber comprises a base plate, via which the process chamber can be aligned in space.
  • the said base plate is controllable and connected to the controller, so that a change in the orientation of the base plate causes a change in the orientation of the installation space.
  • the base plate may be a base plate and limit the space, for example, le ⁇ diglich on one side. According to this embodiment, other side walls of the wall or the installation space can be designed differently with advantage. This may be particularly expedient in order to keep the said further side walls permeable or transparent to an energy beam of a solidification device.
  • the base plate is preferably metallic and serves From ⁇ line of heat which is required for a reliable and expedient ⁇ ssige "powder consolidation".
  • the base plate has an inlet, through which the base material can be conveyed into the space.
  • the base material can be conveyed or introduced into the installation space by means of a powder conveying device.
  • the process chamber has an outlet, through which, for example, superfluous base material or powder can be removed from the installation space.
  • the process chamber may further include a powder valve or a corresponding closable opening.
  • the base plate acts as a substrate for the additive structure of the component or is designed accordingly.
  • the device comprises a distribution device such as a vibrating plate, which is designed to share the base material in the installation space, in particular in layers, to ver ⁇ .
  • the device may comprise, for example, a sieve or a corresponding guide or dispenser for the base material.
  • the process chamber comprises at least one side wall which is permeable to an energy beam of a beam hardening device.
  • Said Strahlverfes ⁇ actuating device may be, for example, a laser and / or electron beam device, which are Hérange ⁇ subjected, for example in the SLM-method and the EBM method in conventional equipment for solidification of the base material or powder.
  • the process chamber is permeable except for the base plate for the energy beam.
  • the process chamber is cube-shaped, wherein only one side wall of the cube, which corresponds to the base plate, is connected to the controller. All other, in particular five, the side walls are front ⁇ preferably permeable to the correspondingly applied for the selective solidification of laser or electron beam, or at least sufficiently transparent, so that the base material can be subsequently solidified by irradiation through a side wall of the Pro ⁇ process chamber therethrough.
  • the process chamber is formed spherical or cylindrical.
  • the device comprises a device for prefixing the base material in front of the respective one
  • Solidify for example, at predetermined locations of an additively structure to be built in the space.
  • the structure to be built up preferably corresponds either to the base plate itself or to a part of the component or component which has already been constructed and preferably solidified thereon.
  • a medium such as a fluid, a FLÜS ⁇ stechnik, an aerosol or a mist can be introduced eigesprüht or otherwise in the installation space for the pre-fixing of the Ba ⁇ sismaterials, wherein the subsequent according introduced base material adheres preferably to it and is pre-fixed way.
  • the device comprises a nozzle through which the medium or fluid can be applied.
  • Another aspect of the present invention relates to a system comprising the described apparatus, further comprising a beam hardening means for selectively solidifying the base material, for example by means of a laser and / or electron beam to ⁇ collectively.
  • system further comprises the distribution device for distributing the base material in
  • the system is a plant or device for selective laser melting and / or electron beam melting.
  • Another aspect of the present application relates to a method for additive production of the component by means of Device comprising defining a first construction direction for the component to be produced according to additive by corresponding alignment of the installation space in the room, in ⁇ example, on the base plate as described above.
  • the method further comprises the introduction of a first batch of, preferably powdery, base material in the space for the additive structure.
  • the method further comprises, preferably layer-like or layer by layer, distributing the introduced first batch in the installation space.
  • the method further comprises selectively solidifying the distributed first batch with the described beam-solidification device.
  • the distribution of the introduced first batch can, for example, also be carried out automatically by the process of introducing the base material.
  • the Basisma ⁇ TERIAL can be introduced in such a way are injected or sprayed to automatically present in the space according to the desired distribution.
  • a medium for said pre-fixing, applied to said structure to which at ⁇ closing the introduced powder adheres.
  • the medium is wearing order in a way that the medium taken from the surface of the structure talking ent ⁇ next to generating contour of the component.
  • the structure by means of a, examples game as electromagnetic, means of the apparatus magnetized so that the subsequently introduced Basisma ⁇ TERIAL anhaf- to the already generated contours of the structure tet.
  • the method comprises - after the selective solidification of the first batch, defining, or distribution and the selective solidification of a further, second batch of the base material for the additive producing the component, wherein for the structure of the other batch of the base ⁇ materials , a second, also arbitrary, construction direction different from the first construction direction is defined.
  • This embodiment is generally of interest for all applications in which the advantages of powder-bed-based processes, in particular the advantages of the SLM process, are to be utilized, for example over build-up welding processes (such as LMD: "laser metal deposition”) affect the surface quality and the design freedom and contour resolution.
  • Insbesonde ⁇ re able to provide new opportunities for the service area and / or in the repair of gas turbine components.
  • the method in particular before the selective solidification, comprises the pre-fixing of the base material at predetermined locations of the corresponding structure to be built up in the installation space.
  • a stratified order or at least a layer ⁇ -like distribution of the base material on the structure or component can be realized by the Vorfi- Xieren, so that the powdered mate rial ⁇ particular not trickles down to the component, but remains adhered.
  • the presented method may include removing excess base material by any suitable means.
  • Embodiments, features and / or advantages relating in the present case to the device or the installation may also relate to the method or vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic view indicating the function ⁇ oncaster an inventive apparatus and an inventive method.
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a plant or device 100 according to the invention for additive production.
  • the system 100 is shown at least partially.
  • the additive production relates preferably to components or components of turbomachines, preferably to parts which are used in the hot gas path of gas turbines.
  • the additively manufactured components are preferably made of superalloys, for example, nickel- or cobalt-based, precipitation-hardened materials.
  • FIG. 1 a method according to the invention for the production of said components will be described.
  • it may be an alternative, powder bed-based process.
  • the method according to the invention can be an improved and / or extended method for selective laser melting (SLM) or electron beam melting (EBM).
  • SLM selective laser melting
  • EBM electron beam melting
  • FIG. 1 shows a component BT, which for example indicates a turbine blade.
  • the plant 100 comprises in particular a device 10 according to the invention for the plant 100, which will be described below.
  • the plant 100 further comprises a beam hardening device 30.
  • the beam hardening device 30 is likewise shown only schematically and / or partially. In particular, only an indicated beam path for a laser or electron beam unit can be seen, which can preferably be used for melting and subsequent solidification of a base material or powder 1.
  • the base material 1 is a powdery or granular base material, in particular a convenient Ba ⁇ sismaterial for the said components.
  • the apparatus 10 comprises a process chamber 2.
  • the process chamber 2 ⁇ is preferably represented as a cube or box.
  • the component BT is preferably within the process chamber
  • the process chamber 2 defines a construction space 3, in which the component BT can be constructed in particular additive.
  • the process chamber 2 can (as shown in FIG. 1) be of cube-like design and comprise six cube surfaces, where ⁇ represents one of these surfaces (left-hand surface in FIG. 1 only schematically indicated) a base plate or platform 4 and the remaining surfaces or sides of the Process chamber 2, for example made of glass, are made.
  • ⁇ represents one of these surfaces (left-hand surface in FIG. 1 only schematically indicated)
  • a base plate or platform 4 and the remaining surfaces or sides of the Process chamber 2, for example made of glass, are made.
  • at least one of the side surfaces preferably the upper one (see FIG. 1), is permeable or transparent to a laser or electron beam of the solidifying device 30, in order to introduce correspondingly energy or heat into the process chamber 2 and to produce the component BT.
  • the restriction device to the energy beam of the Verfesti- 30-permeable side walls of the process chamber 2 from the base plate 4 are designed to be detachable, beispielswei ⁇ se in order to facilitate a subsequent separation of the component BT from the process chamber, or for example, in order - for the additive built-up - on parts of the process chamber (examples play, the upper side wall (lid) to dispense.
  • the lid or the upper side wall of the process chamber 2 can therefore be dispensed with, since the base material 1 at entspre ⁇ chender orientation of the process chamber 2 is also held in a simple manner in the space can be.
  • any other arbitrary shape beispielswei ⁇ se be provided a spherical or cylindrical shape. This can be particularly advantageous in order to provide a base material in layers for the additive structure. Alternatively, other convenient forms may be provided.
  • the apparatus 10 further comprises a powder delivery device 40.
  • the powder delivery device 40 comprises a powder reservoir and means with which the powder 1 for the component BT can be conveyed, for example, via a hose or another line into the process chamber.
  • the powder delivery device 40 may comprise a spraying device, a distributor or a nozzle 8.
  • the powder is introduced into the process chamber 2 in particular for the additive production of the component through an inlet 5.
  • the inlet 5 is preferably arranged in the base plate 4.
  • the inlet 5 may also be formed closable excluded, for example by means of a valve (not labeled ex ⁇ plicitly).
  • the process chamber 2 may further comprise an outlet for the base material, for example, excess base Mate ⁇ rial for the production of the additive component BT retrospectively lent to remove. Removal of excess powder may even be necessary to hold a plurality of outer surfaces of the component BT, which are to be additively be coated with material ⁇ accessible.
  • the method described each be ⁇ arbitrary spatial direction enables a particular orientation of the construction space 3 according to (see arrow A in Figure 1).
  • a "quasi-isotropic" powder bed based manufacturing can be provided supply process, which is not to Be ⁇ limitations of conventional powder bed based methods, such as the provision of supporting structures for overhangs or undercuts or the restriction is bound to certain geometries.
  • the device 10 further comprises a controller 20.
  • the controller 20 preferably comprises a physical and / or mechanical control for moving and / or aligning the
  • the controller 20 is coupled to the described base plate 4 or fixed thereto, so that the space 3 can be aligned or oriented via a movement of the base plate 4.
  • the controller 20 may further be a robot controller or implemented by a robot or robotic arm.
  • the device 10 furthermore has a distribution device 7.
  • the distribution device 7 may for example be or comprise a vibrating plate.
  • the distribution device 7 may further be attached to the base plate 4 and this me ⁇ mechanically stimulate the space 3 corresponding to distribute the powder.
  • the distribution of the powder 1 through the vibration plate can he follow ⁇ (pneumatic) at ⁇ play of which are known to the skilled person means, for example eccentric motors, electromechanical, piezoelectric and / or for example by means of compressed air.
  • the distribution device 7 or said vibrating plate is designed in such a way that powder or base material 1 can be distributed in the construction space 3 in layers or at least in the manner of a layer. This is preferably enables before ⁇ by a shaking movement of the entire construction space 3 via a movement of the base plate. 4
  • the imaginable or controllable process chamber 2 presented can replace the stationary powder bed of conventional melting processes.
  • a means for pre-fixing of the powder to the structure to be established in the process chamber does not ex ⁇ plicitly shown can be provided for example.
  • the device for pre-fixing may be located in the vicinity of the powder inlet 5 or may also be designated by the reference numeral 5.
  • said device is arranged on or in the base plate 4.
  • structure then preferably designates either the base plate 4 or an already partially constructed portion of the component BT.
  • Said device for prefixing the base material or powder 1, in particular at predefined locations in the installation space 3 can likewise be embodied by the nozzle 8 or a similar device and, for example, a fluid or another suitable medium, for example a fluid, a liquid, an aerosol or a mist in the space 3 in spraying, injecting or otherwise introducing the installation space, wherein the subsequently introduced base material vorzugswei ⁇ se adheres to the corresponding structure and is fixed.
  • Said medium may in particular be ⁇ wear in such a way that the medium taken from the area of the structure corresponding to the next to be generated contour of the component BT.
  • the orientation of the process chamber 2 and / or the installation space 3 is changed, for example by 180 °, thereby trickling and adhering powder already present in the installation space 3 over the predefined locations remains.
  • Basisma ⁇ can magnetically, electromagnetically or electrostatically follow ER "Vorfixie ⁇ rung", for example by the means for presetting, the structure on which to adhere the powder magnetized, or charging, terial 1 adheres to the already generated contours of the structure.
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram for the additive manufacturing method according to the invention.
  • the beschrie ⁇ surrounded method may be a method for operating the device 10 degrees.
  • the method described comprises the processin ⁇ ren a first assembly direction AR for the additive component to be produced BT via a corresponding orientation of the construction space 3 in the room.
  • the space 3 is - as described above - via a movement or change in the orientation of the process chamber 2, in particular the base plate 4 allows (see step a) in Figure 2).
  • the inventive method further comprises Einbrin ⁇ gene of a first batch of a powdered base material in the construction space 3 for the construction of the additive component BT (see. Step b) in Figure 2).
  • the powder or base material 1 is introduced, for example, via a nozzle or other suitable means in the space 3 ⁇ .
  • the method further comprises distributing the introduced first batch in the installation space 3 (see method step c) in FIG.
  • this process step is optional.
  • the distribution of the base material of the first batch can be carried out in particular simultaneously or through the step of introducing, so that the process steps b) and c) represent the same process step.
  • step c x environmentally method of the invention combines the pre-fixing of the Ba ⁇ sismaterials a batch at predetermined positions of the additive to be established structure in the construction space 3, as described above.
  • the method further comprises selectively solidifying the distributed or loaded first batch with the described shot peening device 30 (see method step d) in Figure 2).
  • This process step is in particular ⁇ sondere necessary to produce the component BT, for example, be ⁇ from the base plate 4 or on the basis of an already existing or partially constructed structure.
  • the component BT in Figure 1 for example, arranged horizontally, for example, a base of the illustrated turbine blade (cohesively) is connected to the base plate 4.
  • the turbine component can advantageously be further built up on any arbitrary side, for example by selective solidification on arbitrary surfaces. In the case of conventional powder bed-based processes, this is not possible in particular, since the process is intrinsically linked to a specific construction direction.
  • the method further comprises, in particular for the complete additive construction of the component, after solidifying the first batch repeating at least steps a), b) and d) with a further, second batch of the base material or powder 1 (see method step e) in FIG. 2).
  • any desired mounting direction defined by a user or user of the method can be selected. This works in particular by a corresponding control or orientation of the process chamber 2 via the controller 20 (see above).
  • the method may, for example, for the construction ei ⁇ ner second layer for the component, a second aestheticrrich- direction AR ⁇ , choose which is different from the first (defined) construction direction AR (see method step e) in Figure 2).
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) für die additive Herstellung eines Bauteils (BT) aus einem, insbesondere pulverförmigen, Basismaterial (1) umfassend eine Prozesskammer (2), welche einen Bauraum (3) für den additiven Aufbau des Bauteils (BT) definiert, wobei die Prozesskammer (2) ausgebildet ist, das Basismaterial (1) während einer additiven Herstellung im Bauraum (3) zu halten, so dass das Basismaterial (1) verfestigt werden kann, und eine Steuerung (20) für die Prozesskammer (2), wobei der Bauraum (3) über die Steuerung (20) der Prozesskammer im Raum ausrichtbar ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung für die additive Herstellung und Verfahren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die additive Herstellung eines Bauteils aus einem, insbesondere pulverförmigen, Basismaterial und eine entsprechende Anlage. Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur additiven Herstellung bzw. ein Verfahren zum Betrieb der Vor- richtung.
Das genannte Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz in ei¬ ner Strömungsmaschine vorgesehen, insbesondere in einer Gas¬ turbine. Demgemäß besteht das Bauteil zweckmäßigerweise aus einer Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung . Die Superlegierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein, beispielweise durch die γ- oder γ' -Phase oder deren Phasenausscheidung der entsprechenden Superlegierung. Vorzugsweise findet das Bau- teil Anwendung in einem Heißgaspfad oder Heißgasbereich einer Strömungsmaschine, wie einer Gasturbine.
Generative oder additive Herstellungsverfahren, wie das se¬ lektive Laserschmelzen (SLM) oder das Elektronenstrahlschmel- zen (EBM) gehören zu den Strahlschmelzverfahren, wobei das
Bauteil schichtweise in einem Pulverbett aufgebaut wird. Der Aufbau wird dabei schrittweise durchgeführt, wobei in einem Schritt eine Pulverschicht aufgetragen wird. In einem weite¬ ren Schritt wird vorzugsweise diese Schicht mit einem Ener- giestrahl, beispielsweise einem Laser- oder Elektronenstrahl „gescannt" und dabei lokal aufgeschmolzen und verfestigt. An¬ schließend wird ein Substrat oder eine Bauplattform wieder¬ holt um ein der Schichtdicke entsprechendes Maß abgesenkt und diese Schritte bis zum Aufbau des fertigen Bauteils wieder- holt.
Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielsweise bekannt aus EP 2 601 006 Bl . Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufactu- ring") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder filigrane Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Struktu- ren, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstel- lungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils direkt auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann. Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwick¬ lung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen mittels konventioneller subtraktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht ef¬ fizient hergestellt werden können.
Ein Nachteil konventioneller pulverbettbasierter Herstellungsverfahren ist bekannterweise die Beschränkung auf eine vorgegebene Richtung im Aufbau der Komponenten oder Bauteile. Demnach ist die Aufbaurichtung durch das Pulverbett bzw. die durch die absenkbare Bauplattform definierte Aufbaurichtung festgelegt. Dies schränkt die Vielseitigkeit pulverbett¬ basierter Fertigungsverfahren und der entsprechenden Anlagentechnologie entscheidend ein. Durch die genannte Vorzugsrichtung des Aufbaus müssen, insbe¬ sondere beim Aufbau von „überhängenden" Bauteilen oder dem Aufbau von Strukturen mit Überschneidungen, Stützstrukturen vorgesehen werden, da beispielweise der SLM-Prozess ein fes¬ tes, nicht pulverförmiges Substrat benötigt. Insbesondere ist der Aufbau von Stützstrukturen (zusätzlich) zeit- und res- sourcen-aufwendig . Weiterhin sind selbst die Stützstrukturen gewissen geometrischen Beschränkungen unterworfen und müssen nach dem Aufbau des gesamten Bauteils ebenfalls wieder auf¬ wendig vom eigentlichen Bauteilabschnitt entfernt werden.
Insbesondere in Anbetracht des wachsenden Potenzials additi¬ ver Fertigungsverfahren in der Industrie, besteht ein Bedarf, pulverbettbasierte additive Verfahren zu verbessern, insbe¬ sondere vielseitiger zu gestalten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen ein additiver Fertigungsprozess , insbe¬ sondere ein Schmelzverfahren, ohne die Beschränkung einer vorgegebenen Aufbaurichtung durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa- tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge¬ genstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die additive Herstellung eines Bauteils aus einem, insbesondere pulverförmigen, Basismaterial. Bei der Vorrich¬ tung kann es sich um eine Erweiterung einer konventionellen Anlage für die additive Fertigung handeln.
Die Vorrichtung umfasst eine Prozesskammer oder Bauraumwan- dung, welche einen Bauraum für den additiven Aufbau des Bauteils definiert.
Die Prozesskammer ist weiterhin ausgebildet, das Basismaterial während einer additiven Herstellung im Bauraum zu halten, so dass das Basismaterial, zweckmäßigerweise im Wege des ad¬ ditiven Aufbaus, verfestigt werden kann. Die Verfestigung erfolgt vorzugsweise mittels einer Verfestigungseinrichtung, beispielsweise einer Strahlverfestigungseinrichtung mit einem Laser- oder Elektronenstrahl.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Steuerung für die Prozesskammer, wobei der Bauraum über die Steuerung, beispielsweise über einen Roboterarm, vorzugsweise beliebig, im Raum ausrichtbar oder orientierbar ausgebildet ist. Insbesondere kann die Prozesskammer oder lediglich eine Basisplatte derselben (siehe unten) an der Steuerung und/oder dem Roboterarm befestigt sein, so dass der Bauraum entsprechend einer belie- bigen oder vorbestimmten Richtung im Raum ausgerichtet werden kann .
Durch die (beliebige) Ausrichtbarkeit des Bauraums im Raum, wird insbesondere ein neues Konzept ermöglicht, mit dem ein Bauteil nicht mehr, wie bisher bei Pulverbettverfahren üblich, nur entsprechend einer Aufbaurichtung, sondern entlang jeder gewünschten, zweckmäßigen Richtung aus dem Pulverbett heraus aufgebaut werden kann.
In einer Ausgestaltung umfasst die Prozesskammer eine Basisplatte, über welche die Prozesskammer im Raum ausgerichtet werden kann. Mit anderen Worten ist vorzugsweise die genannte Basisplatte steuerbar und mit der Steuerung verbunden, so dass eine Veränderung der Orientierung der Basisplatte eine veränderte Ausrichtung des Bauraums bewirkt. Die Basisplatte kann eine Grundplatte sein und den Bauraum beispielsweise le¬ diglich an einer Seite begrenzen. Gemäß dieser Ausgestaltung können mit Vorteil weitere Seitenwände der Wandung oder des Bauraums anders ausgeführt sein. Dies kann insbesondere zweckmäßig sein, um die genannten weiteren Seitenwände für einen Energiestrahl einer Verfestigungseinrichtung durchlässig oder transparent zu halten. Die Basisplatte ist vorzugsweise metallisch und dient der Ab¬ leitung von Wärme, welche für eine zuverlässige und zweckmä¬ ßige „Pulververfestigung" erforderlich ist.
In einer Ausgestaltung weist die Basisplatte einen Einlass auf, durch welchen das Basismaterial in den Bauraum befördert werden kann. Insbesondere kann das Basismaterial mithilfe ei¬ ner Pulverfördereinrichtung in den Bauraum befördert oder eingebracht werden. In einer Ausgestaltung weist die Prozesskammer einen Auslass auf, durch welchen beispielsweise überflüssiges Basismaterial oder Pulver aus dem Bauraum entfernt werden kann. Dazu kann die Prozesskammer beispielsweise weiterhin ein Pulverventil umfassen oder eine entsprechende verschließbare Öffnung.
In einer Ausgestaltung fungiert die Basisplatte als Substrat für den additiven Aufbau des Bauteils oder ist entsprechend ausgebildet .
Die Vorrichtung umfasst eine Verteilungseinrichtung, beispielsweise eine Rüttelplatte, welche ausgebildet ist, das Basismaterial im Bauraum, insbesondere schichtartig, zu ver¬ teilen. Dazu kann die Vorrichtung beispielsweise ein Sieb oder eine entsprechende Führung oder Abgabeeinrichtung für das Basismaterial umfassen. In einer Ausgestaltung umfasst die Prozesskammer mindestens eine für einen Energiestrahl einer Strahlverfestigungseinrichtung durchlässige Seitenwand. Die genannte Strahlverfes¬ tigungseinrichtung kann beispielsweise eine Laser- und/oder Elektronenstrahleinrichtung sein, welche beispielsweise im SLM-Verfahren bzw. im EBM-Verfahren in konventionellen Anlagen zur Verfestigung des Basismaterials oder Pulvers herange¬ zogen werden.
In einer Ausgestaltung ist die Prozesskammer abgesehen von der Basisplatte für den Energiestrahl durchlässig ausgebil¬ det .
In einer Ausgestaltung ist die Prozesskammer würfelartig ausgestaltet, wobei lediglich eine Seitenwand des Würfels, wel- che der Basisplatte entspricht, mit der Steuerung verbunden ist. Alle anderen, insbesondere fünf, Seitenwände sind vor¬ zugsweise für den entsprechend zur selektiven Verfestigung angewendeten Laser- oder Elektronenstrahl durchlässig oder zumindest hinreichend transparent, sodass das Basismaterial anschließend durch Bestrahlung durch eine Seitenwand der Pro¬ zesskammer hindurch verfestigt werden kann. In einer Ausgestaltung ist die Prozesskammer kugel- oder zylinderförmig ausgebildet.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Einrich- tung zum Vorfixieren des Basismaterials vor dem jeweiligen
Verfestigen, beispielsweise an vorgegebenen Stellen einer additiv aufzubauenden Struktur im Bauraum.
Die aufzubauende Struktur entspricht vorzugsweise entweder der Basisplatte selbst oder eines darauf bereits aufgebauten und vorzugsweise verfestigten Teils des Bauteils oder der Komponente. Beispielsweise kann für das Vorfixieren des Ba¬ sismaterials ein Medium, beispielsweise ein Fluid, eine Flüs¬ sigkeit, ein Aerosol oder ein Nebel in den Bauraum eigesprüht oder anderweitig eingebracht werden, wobei das anschließende entsprechend eingebrachte Basismaterial vorzugsweise daran anhaftet und so vorfixiert wird.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Düse, durch welche das Medium oder Fluid aufgetragen werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage, umfassend die beschriebene Vorrichtung, weiterhin um¬ fassend eine Strahlverfestigungseinrichtung zum selektiven Verfestigen des Basismaterials, beispielsweise mittels eines Laser- und/oder Elektronenstrahls.
In einer Ausgestaltung umfasst die Anlage weiterhin die Verteilungseinrichtung zum Verteilen des Basismaterials im
Bauraum sowie die beschriebene Steuerung für die Prozesskammer .
In einer Ausgestaltung ist die Anlage eine Anlage oder Einrichtung zum selektiven Laserschmelzen und/oder Elektronen- strahlschmelzen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft ein Verfahren zum additiven Herstellen des Bauteils mittels der Vorrichtung umfassend das Definieren einer erste Aufbaurichtung für das entsprechend additiv herzustellende Bauteil durch entsprechendes Ausrichten des Bauraums im Raum, bei¬ spielsweise über die Basisplatte wie oben beschrieben.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Einbringen einer ersten Charge eines, vorzugsweise pulverförmigen, Basismaterials im Bauraum für den additiven Aufbau. In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren weiterhin das, vorzugsweise schichtartige oder schichtweise, Verteilen der eingebrachten ersten Charge im Bauraum.
Das Verfahren umfasst weiterhin das selektive Verfestigen der verteilten ersten Charge mit der beschriebenen Strahlverfes- tigungseinrichtung .
Das Verteilen der eingebrachten ersten Charge kann beispielsweise auch automatisch durch den Vorgang des Einbringens des Basismaterials erfolgen. Mit anderen Worten kann das Basisma¬ terial derart eingebracht, eingedüst oder eingesprüht werden, dass es automatisch im Bauraum entsprechend der gewünschten Verteilung vorliegt. In einer Ausgestaltung wird für das genannte Vorfixieren, ein Medium auf die genannte Struktur aufgebracht, an dem an¬ schließend das eingebrachte Pulver anhaftet.
In einer Ausgestaltung wird das Medium in einer Weise aufge- tragen, dass die vom Medium getroffene Fläche der Struktur, der als nächstes zu erzeugenden Kontur des Bauteils ent¬ spricht .
In einer Ausgestaltung wird die Struktur mittels einer, bei- spielsweise elektromagnetischen, Einrichtung der Vorrichtung magnetisiert , so dass das anschließend eingebrachte Basisma¬ terial an den bereits erzeugten Konturen der Struktur anhaf- tet .
In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren - nach dem selektiven Verfestigen der erste Charge, das Definieren, bzw. Verteilen und das selektive Verfestigen einer weiteren, zweite Charge des Basismaterials für die additive Herstellung des Bauteils, wobei für den Aufbau der weiteren Charge des Basis¬ materials, eine von der ersten Aufbaurichtung verschiedene zweite, ebenfalls beliebige, Aufbaurichtung definiert wird.
Dieser Ausgestaltung ist generell interessant für alle Anwendungen, in denen die Vorteile pulverbettbasierter Verfahren, insbesondere die Vorteile des SLM-Verfahrens , beispielsweise gegenüber Auftragschweiß-Verfahren (wie LMD: englisch für „laser metal deposition") genutzt werden sollen. Die genannten Vorteile können insbesondere die Oberflächengüte als auch die Designfreiheit und Konturauflösung betreffen. Insbesonde¬ re können sich für den Service-Bereich und/oder in der Reparatur von Gasturbinenbauteilen neue Möglichkeiten ergeben.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren, insbesondere vor dem selektiven Verfestigen, das Vorfixieren des Basismaterials an vorgegebenen Stellen der entsprechenden aufzubauenden Struktur im Bauraum. Insbesondere kann durch das Vorfi- xieren ein schichtweiser Auftrag oder eine zumindest schicht¬ artige Verteilung des Basismaterials auf der Struktur oder Komponente realisiert werden, sodass das pulverförmige Mate¬ rial insbesondere nicht an der Komponente herunter rieselt, sondern haften bleibt. Nach dem Vorfixieren kann das vorge- stellte Verfahren das Entfernen von überschüssigem Basismaterial durch geeignete Mittel umfassen.
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf die Vorrichtung oder die Anlage beziehen, können ferner das Verfahren betreffen oder umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht, welche die Funkti¬ onsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens andeutet.
Figur 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständ- nis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anlage oder Einrichtung 100 zur additiven Herstellung. Die Anlage 100 ist zumindest teilweise dargestellt.
Die additive Herstellung betrifft vorliegend vorzugsweise Bauteile oder Komponenten von Strömungsmaschinen, vorzugsweise Teile, welche im Heißgaspfad von Gasturbinen angewendet werden. Demgemäß sind die additiv hergestellten Bauteile vorzugsweise aus Superlegierungen, beispielsweise nickel- oder kobaltbasierten, ausscheidungsgehärteten Materialien hergestellt . Anhand der Figur 1 wird weiterhin ein erfindungsgemäßes Ver¬ fahren zur Herstellung der genannten Bauteile beschrieben. Insbesondere handelt sich dabei um ein neuartiges oder erwei¬ tertes additives Herstellungsverfahren. Insbesondere kann es sich um ein alternatives, pulverbett-basiertes Verfahren han- dein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein verbessertes und/oder erweitertes Verfahren zum selektiven Laserschmelzen (SLM) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM) sein. Beispielhaft ist in Figur 1 ein Bauteil BT gezeigt, welches beispielhaft eine Turbinenschaufel andeutet.
Die Anlage 100 umfasst insbesondere eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 für die Anlage 100, welche weiter unten beschrieben wird.
Die Anlage 100 umfasst weiterhin eine Strahlverfestigungseinrichtung 30. Die Strahlverfestigungseinrichtung 30 ist eben- falls lediglich schematisch und/oder teilweise dargestellt. Insbesondere ist lediglich ein angedeuteter Strahlengang für eine Laser- oder Elektronenstrahleinheit zu erkennen, welche vorzugsweise zum Aufschmelzen und anschließenden Verfestigen eines Basismaterials oder Pulvers 1 benutzt werden kann. Vor- zugsweise ist das Basismaterial 1 ein pulverförmiges oder granuläres Basismaterial, insbesondere ein zweckmäßiges Ba¬ sismaterial für die genannten Komponenten. Das Basismaterial
1 wird weiterhin vorzugsweise in dem Bauraum 3 und durch die Prozesskammer 2 gehalten.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Prozesskammer 2. Die Prozess¬ kammer 2 ist vorzugsweise als Quader oder Box dargestellt. Das Bauteil BT wird vorzugsweise innerhalb der Prozesskammer
2 hergestellt.
Die Prozesskammer 2 definiert einen Bauraum 3, in welchem das Bauteil BT insbesondere additiv aufgebaut werden kann.
Die Prozesskammer 2 kann (wie in Figur 1 dargestellt) würfel- artig ausgebildet sein und sechs Würfelflächen umfassen, wo¬ bei eine dieser Flächen (linke Fläche in Figur 1 lediglich schematisch angedeutet) eine Basisplatte oder Plattform 4 darstellt und die übrigen Flächen oder Seiten der Prozesskammer 2, beispielsweise aus Glas, hergestellt sind. Jedenfalls ist mindestens eine der Seitenflächen vorzugsweise die obere (vergleiche Figur 1) für einen Laser- oder Elektronenstrahl der Verfestigungseinrichtung 30 durchlässig oder transparent, um entsprechend Energie bzw. Wärme in die Prozesskammer 2 einzubringen und das Bauteil BT herzustellen.
Vorzugsweise sind die für den Energiestrahl der Verfesti- gungseinrichtung 30 durchlässigen Seitenwände der Prozesskammer 2 von der Basisplatte 4 lösbar ausgebildet, beispielswei¬ se, um eine nachträgliche Ablösung des Bauteils BT von der Prozesskammer zu erleichtern oder beispielsweise, um - für den additiven Aufbau - auf Teile der Prozesskammer (bei- spielsweise die obere Seitenwand (Deckel) zu verzichten. Der Deckel bzw. die obere Seitenwand der Prozesskammer 2 kann deshalb entbehrlich sein, da das Basismaterial 1 bei entspre¬ chender Ausrichtung der Prozesskammer 2 ebenfalls auf einfache Weise im Bauraum gehalten werden kann.
Als Alternative zu der gezeigten Würfelform der Prozesskammer kann beispielsweise jede andere beliebige Form, beispielswei¬ se eine Kugel- oder Zylinderform vorgesehen sein. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um ein Basismaterial schicht- weise für den additiven Aufbau zur Verfügung zu stellen. Alternativ können andere zweckmäßige Formen vorgesehen sein.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Pulverfördereinrichtung 40. Die Pulverfördereinrichtung 40 umfasst ein Pul- verreservoir und Mittel, mit denen das Pulver 1 für das Bauteil BT beispielsweise über einen Schlauch oder eine andere Leitung in die Prozesskammer befördert werden kann. Dazu kann die Pulverfördereinrichtung 40 eine Sprühvorrichtung, einen Verteiler oder eine Düse 8 umfassen.
Das Pulver wird insbesondere für die additive Herstellung des Bauteils durch einen Einlass 5 in die Prozesskammer 2 eingebracht. Der Einlass 5 ist vorzugsweise in der Basisplatte 4 angeordnet. Der Einlass 5 kann weiterhin verschließbar ausge- bildet sein, beispielsweise mittels eines Ventils (nicht ex¬ plizit gekennzeichnet) . Obwohl dies nicht explizit in Figur 1 gekennzeichnet ist, kann die Prozesskammer 2 weiterhin einen Auslass für Basismaterial aufweisen, beispielsweise um überschüssiges Basismate¬ rial für die additive Herstellung des Bauteils BT nachträg- lieh zu entfernen. Eine Entfernung von überschüssigem Pulver kann sogar erforderlich sein, um eine Vielzahl von äußeren Oberflächen des Bauteils BT, welche additiv mit Material be¬ schichtet werden sollen, zugänglich zu halten. Im Unterschied zu konventionellen pulverbettbasierten additiven Verfahren, wie beispielsweise dem konventionellen selektiven Laserschmelzen, ermöglicht das beschriebene Verfahren insbesondere eine Orientierung des Bauraums 3 gemäß jeder be¬ liebigen Raumrichtung (vergleiche Pfeil A in Figur 1) .
Dadurch kann ein „quasi-isotroper" pulverbettbasierter Ferti- gungsprozess bereitgestellt werden, welcher nicht an die Be¬ schränkungen konventioneller pulverbettbasierter Verfahren, wie beispielsweise die Vorsehung von Stützstrukturen bei Überhängen oder Hinterschneidungen oder die Beschränkung auf bestimmte Geometrien, gebunden ist.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Steuerung 20. Die Steuerung 20 umfasst vorzugsweise eine physische und/oder me- chanische Steuerung zum Bewegen und/oder Ausrichten des
Bauraums 3 über die Prozesskammer 2. Vorzugsweise ist die Steuerung 20 an die beschriebene Basisplatte 4 gekoppelt oder an dieser befestigt, so dass der Bauraum 3 über eine Bewegung der Basisplatte 4 ausgerichtet oder orientiert werden kann. Die Steuerung 20 kann weiterhin eine Robotersteuerung sein oder durch einen Roboter oder Roboterarm implementiert sein.
Die Vorrichtung 10 weist weiterhin eine Verteilungseinrichtung 7 auf. Die Verteilungseinrichtung 7 kann beispielsweise eine Rüttelplatte sein oder umfassen. Die Verteilungseinrichtung 7 kann weiterhin an der Basisplatte 4 befestigt sein und diese entsprechend zum Verteilen des Pulvers im Bauraum 3 me¬ chanisch anregen. Die Verteilung des Pulvers 1 über die Rüttelplatte kann bei¬ spielsweise mit dem Fachmann bekannten Mitteln, beispielsweise Exzentermotoren, elektromechanisch, piezoelektrisch und/oder beispielsweise mittels Druckluft (pneumatisch) er¬ folgen .
Insbesondere ist die Verteilungseinrichtung 7 oder die genannte Rüttelplatte derart ausgebildet, dass Pulver oder Ba- sismaterial 1 in dem Bauraum 3 schichtweise oder zumindest ansatzweise schichtartig verteilt werden kann. Dies wird vor¬ zugsweise durch eine Rüttelbewegung des gesamten Bauraums 3 über eine Bewegung der Basisplatte 4 ermöglicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die vorgestellte ausrichtbare oder ansteuerbare Prozesskammer 2 das unbewegliche Pulverbett konventioneller Schmelzverfahren ersetzen.
Für die schichtweise Ausbildung des eingebrachten Basismate- rials 1 in dem Bauraum 3 kann beispielsweise eine nicht ex¬ plizit dargestellte Einrichtung zum Vorfixieren des Pulvers an der aufzubauenden Struktur in der Prozesskammer vorgesehen sein. Beispielsweise kann sich die Einrichtung zum Vorfixieren in der Nähe des Pulvereinlasses 5 befinden oder ebenfalls mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet sein. Vorzugsweise ist die genannte Einrichtung an oder in der Basisplatte 4 eingerichtet .
Der Ausdruck „Struktur" bezeichnet dann vorzugsweise entweder die Basisplatte 4 oder einen bereits teilweise aufgebauten Abschnitt des Bauteils BT.
Die genannte Einrichtung zum Vorfixieren des Basismaterials oder Pulvers 1, insbesondere an vordefinierten Stellen im Bauraum 3, kann ebenfalls durch die Düse 8 oder eine ähnliche Einrichtung ausgeführt sein und beispielsweise ein Fluid oder ein anderes geeignetes Medium, beispielsweise ein Fluid, eine Flüssigkeit, ein Aerosol oder einen Nebel in den Bauraum 3 in den Bauraum einsprühen, eindüsen oder anderweitig einbringen, wobei das anschließend eingebrachte Basismaterial vorzugswei¬ se an der entsprechenden Struktur haftet und fixiert ist wird .
Das genannte Medium kann insbesondere in einer Weise aufge¬ tragen werden, dass die vom Medium getroffene Fläche der Struktur, der als nächstes zu erzeugenden Kontur des Bauteils BT entspricht.
Es kann sogar vorgesehen sein, dass nach dem Einbringen des genannten Mediums zum Vorfixieren, die Orientierung der Prozesskammer 2 und/oder des Bauraums 3, beispielsweise um 180° verändert wird und dadurch bereits im Bauraum 3 befindliches Pulver über die genannten vordefinierten Stellen rieselt und haften bleibt.
Als Alternative zu dem genannten Medium kann die „Vorfixie¬ rung" magnetisch, elektromagnetisch oder elektrostatisch er- folgen, beispielsweise indem die Einrichtung zum Vorfixieren, die Struktur, auf der das Pulver haften soll, magnetisiert oder auflädt, so dass das anschließend eingebrachte Basisma¬ terial 1 an den bereits erzeugten Konturen der Struktur haftet .
Figur 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für das erfindungsgemäße additive Herstellungsverfahren. Bei dem beschrie¬ benen Verfahren kann es sich um ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung 10 handeln.
Insbesondere umfasst das beschriebene Verfahren das Definie¬ ren einer ersten Aufbaurichtung AR für das additiv herzustellende Bauteil BT durch entsprechendes Ausrichten des Bauraums 3 im Raum. Der Bauraum 3 wird - wie oben beschrieben - über eine Bewegung oder Veränderung der Orientierung der Prozesskammer 2, insbesondere der Basisplatte 4 ermöglicht (vgl. Verfahrensschritt a) in Figur 2) . Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst weiterhin das Einbrin¬ gen einer erste Charge eines pulverförmigen Basismaterials in den Bauraum 3 für den additiven Aufbau des Bauteils BT (vgl. Verfahrensschritt b) in Figur 2) . Wie oben beschrieben, wird das Pulver oder Basismaterial 1 dazu beispielsweise über eine Düse oder andere geeignete Mittel in den Bauraum 3 einge¬ bracht .
Das Verfahren umfasst weiterhin das Verteilen der eingebrach- ten erste Charge im Bauraum 3 (vgl. Verfahrensschritt c) in
Figur 2) . Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieser Verfahrensschritt optional. Das Verteilen des Basismaterials der ersten Charge kann insbesondere gleichzeitig oder durch den Schritt des Einbringens erfolgen, so dass die Verfahrens- schritte b) und c) denselben Verfahrensschritt darstellen.
Demgemäß ist die Andeutung dieses Verfahrensschritts in Figur 2 gestrichelt gezeichnet.
Gemäß dem in Figur 2 angedeuteten Verfahrensschritt cx) um- fasst das erfindungsgemäße Verfahren das Vorfixieren des Ba¬ sismaterials einer Charge an vorgegebenen Stellen der additiv aufzubauenden Struktur im Bauraum 3, wie oben beschrieben.
Das Verfahren umfasst weiterhin das selektive Verfestigen der verteilten oder eingebrachten erste Charge mit der beschriebenen Strahlverfestigungseinrichtung 30 (vgl. Verfahrensschritt d) in Figur 2) . Dieser Verfahrensschritt ist insbe¬ sondere notwendig, um das Bauteil BT, beispielsweise ausge¬ hend von der Basisplatte 4 oder ausgehend von einer bereits bestehenden oder teilweise aufgebauten Struktur, herzustellen .
Innerhalb der Prozesskammer 2 ist das Bauteil BT in Figur 1 beispielsweise horizontal angeordnet, wobei beispielsweise eine Basis der abgebildeten Turbinenschaufel ( Stoffschlüssig) mit der Basisplatte 4 verbunden ist. Gemäß des beschriebenen Verfahrens kann das Turbinenbauteil mit Vorteil an jeder beliebigen Seite, beispielsweise durch selektives Verfestigen an beliebigen Flächen benutzerdefiniert weiter aufgebaut werden. Bei konventionellen pulver- bettbasierten Verfahren ist dies insbesondere nicht möglich, da der Prozess intrinsisch an eine bestimmte Aufbaurichtung gebunden ist.
Das Verfahren umfasst weiterhin, insbesondere für den voll- ständigen additiven Aufbau des Bauteils, nach dem Verfestigen der erste Charge das Wiederholen mindestens der Schritte a) , b) und d) mit einer weiteren, zweite Charge des Basismaterials oder Pulvers 1 (vgl. Verfahrensschritt e) in Figur 2) . In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann - wie oben angedeutet - statt lediglich einer Aufbaurichtung AR jede beliebige durch einen Benutzer oder Anwender des Verfahrens definierte Aufbaurichtung (vergleiche Bezugszeichen AR und AR λ Figur 1) ausgewählt werden. Dies funktioniert insbesondere durch eine entsprechende Ansteuerung oder Orientierung der Prozesskammer 2 über die Steuerung 20 (vergleiche oben) .
Demgemäß kann das Verfahren beispielsweise für den Aufbau ei¬ ner zweiten Schicht für das Bauteil, eine zweite Aufbaurich- tung AR λ , wählen, welche von der erste (definierten) Aufbaurichtung AR verschieden ist (vgl. Verfahrensschritt e) in Figur 2 ) .
In Figur 1 sind die erste Aufbaurichtung AR und die zweite Aufbaurichtung AR λ beispielhaft entgegengesetzt angedeutet.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) für die additive Herstellung eines Bau- teils (BT) aus einem, insbesondere pulverförmigen, Basismate¬ rial (1) umfassend:
eine Prozesskammer (2), welche einen Bauraum (3) für den additiven Aufbau des Bauteils (BT) definiert, wobei die Prozesskammer (2) ausgebildet ist, das Basismaterial (1) während einer additiven Herstellung im Bauraum (3) zu halten, so dass das Basismaterial (1) verfestigt werden kann,
eine Verteilungseinrichtung (7), beispielsweise eine Rüt¬ telplatte, welche ausgebildet ist, das Basismaterial (1) im Bauraum (3) , insbesondere schichtartig, zu verteilen, und
eine Steuerung (20) für die Prozesskammer (2), wobei der Bauraum (3) über die Steuerung (20) der Prozesskammer im Raum ausrichtbar ausgebildet ist.
2. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Prozesskammer (2) eine Basisplatte (4) umfasst, über welche die Prozesskam¬ mer (2) im Raum ausgerichtet werden kann.
3. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, wobei die Basisplatte (4) einen Einlass (5) aufweist, durch welchen das Basismate¬ rial (1) in den Bauraum (3) befördert werden kann.
4. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozesskammer (2) mindestens eine für einen Energiestrahl einer Strahlverfestigungseinrichtung (30) durchlässige Seitenwand aufweist.
5. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozesskammer (2), abgesehen von einer Basisplatte
(4), für einen Energiestrahl einer Strahlverfestigungseinrichtung (30) durchlässig ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Einrichtung zum Vorfixieren des Basismaterials (1) an vorgegebenen Stellen einer additiv aufzubauenden
Struktur im Bauraum (3) .
7. Anlage (100) umfassend die Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine
Strahlverfestigungseinrichtung (30) zum selektiven Verfestigen des Basismaterials (1) .
8. Anlage (100) gemäß Anspruch 7, welche eine Anlage zum se¬ lektiven Laserschmelzen und/oder Elektronenstrahlschmelzen ist .
9. Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils (BT) mittels einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
- a) Definieren einer ersten Aufbaurichtung (AR) für das addi- tiv herzustellende Bauteil (BT) durch entsprechendes Aus¬ richten des Bauraums (3) im Raum,
- b) Einbringen einer ersten Charge eines pulverförmigen Basismaterials (1) in den Bauraum (3) für den additiven Aufbau,
- c) Verteilen der eingebrachten ersten Charge im Bauraum (3) und
- d) selektives Verfestigen der verteilten ersten Charge mit einer Strahlverfestigungseinrichtung (30).
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, umfassend - nach dem selekti¬ ven Verfestigen der ersten Charge - das Wiederholen mindestens der Schritte b) bis d) mit einer weiteren Charge des Ba¬ sismaterials (1) für die additive Herstellung des Bauteils (BT) , wobei für den Aufbau der weiteren Charge des Basismate- rials (1), eine von der ersten Aufbaurichtung (AR) verschie¬ dene zweite Aufbaurichtung (ARX) definiert wird.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, umfassend das Vorfixieren des Basismaterials (1) an vorgegebenen Stel¬ len einer additiv aufzubauenden Struktur im Bauraum (3) .
PCT/EP2017/064236 2016-07-01 2017-06-12 Vorrichtung für die additive herstellung und verfahren WO2018001705A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016212036 2016-07-01
DE102016212036.0 2016-07-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018001705A1 true WO2018001705A1 (de) 2018-01-04

Family

ID=59078046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/064236 WO2018001705A1 (de) 2016-07-01 2017-06-12 Vorrichtung für die additive herstellung und verfahren

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018001705A1 (de)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6554600B1 (en) * 1998-10-09 2003-04-29 Eos Gmbh Electro Optical Systems Device for producing a three-dimensional object, especially a laser sintering machine
US20040217095A1 (en) * 2001-11-26 2004-11-04 Concept Laser Gmbh Method for producing three-dimensional work pieces in a laser material machining unit or a stereolithography unit and unit for performing the method
US20050173380A1 (en) * 2004-02-09 2005-08-11 Carbone Frank L. Directed energy net shape method and apparatus
DE102008027315A1 (de) * 2008-06-07 2009-12-10 ITWH Industrie- Hebe- und Fördertechnik GmbH Verfahren zur Herstellung von Werkstücken
DE102010046580A1 (de) * 2010-09-25 2012-03-29 Mtu Aero Engines Gmbh Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers, sowie ein Verfahren und ein gemäß dem Verfahren hergestellten Bauteils
DE102011011325A1 (de) * 2011-02-16 2012-08-16 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur generativen Herstellung oder Reparatur eines Bauteils sowie Bauteil
EP2601006B1 (de) 2010-08-05 2014-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines bauteils durch selektives laserschmelzen
US20140263209A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Matterfab Corp. Apparatus and methods for manufacturing
DE102013206542A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-16 Matthias Fockele Pulveraufbereitungsvorrichtung
US20150321255A1 (en) * 2012-11-27 2015-11-12 Snecma A method for the additive manufacturing of a part by selective melting or selective sintering of optimized-compactness powder beds using a high energy beam
US20150343564A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Siemens Energy, Inc. Method for selective laser processing using electrostatic powder deposition
US20160067923A1 (en) * 2014-09-09 2016-03-10 Siemens Energy, Inc. Articulating build platform for laser additive manufacturing

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6554600B1 (en) * 1998-10-09 2003-04-29 Eos Gmbh Electro Optical Systems Device for producing a three-dimensional object, especially a laser sintering machine
US20040217095A1 (en) * 2001-11-26 2004-11-04 Concept Laser Gmbh Method for producing three-dimensional work pieces in a laser material machining unit or a stereolithography unit and unit for performing the method
US20050173380A1 (en) * 2004-02-09 2005-08-11 Carbone Frank L. Directed energy net shape method and apparatus
DE102008027315A1 (de) * 2008-06-07 2009-12-10 ITWH Industrie- Hebe- und Fördertechnik GmbH Verfahren zur Herstellung von Werkstücken
EP2601006B1 (de) 2010-08-05 2014-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines bauteils durch selektives laserschmelzen
DE102010046580A1 (de) * 2010-09-25 2012-03-29 Mtu Aero Engines Gmbh Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers, sowie ein Verfahren und ein gemäß dem Verfahren hergestellten Bauteils
DE102011011325A1 (de) * 2011-02-16 2012-08-16 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur generativen Herstellung oder Reparatur eines Bauteils sowie Bauteil
US20150321255A1 (en) * 2012-11-27 2015-11-12 Snecma A method for the additive manufacturing of a part by selective melting or selective sintering of optimized-compactness powder beds using a high energy beam
US20140263209A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Matterfab Corp. Apparatus and methods for manufacturing
DE102013206542A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-16 Matthias Fockele Pulveraufbereitungsvorrichtung
US20150343564A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Siemens Energy, Inc. Method for selective laser processing using electrostatic powder deposition
US20160067923A1 (en) * 2014-09-09 2016-03-10 Siemens Energy, Inc. Articulating build platform for laser additive manufacturing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3259381B1 (de) Verfahren zum herstellen eines bauteils durch thermisches spritzen und anlage zum herstellen eines bauteils mit einer vorrichtung zum thermischen spritzen
DE112012006355B4 (de) Pulververteilung bei additiver Herstellung
EP3287279B1 (de) Anlage zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte
DE102008012064B4 (de) Verfahren sowie Vorrichtung zur Herstellung eines mittels eines Hybridverfahrens hergestellten Hybridformteils und nach dem Verfahren hergestelltes Hybridformteil
EP2191922B1 (de) Träger- und Pulverauftragsvorrichtung für eine Anlage zur Herstellung von Werkstücken durch Beaufschlagen von Pulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung
WO2018145912A1 (de) Verfahren und vorrichtung für den pulverbettbasierten additiven aufbau einer mehrzahl gleichartiger bauteile
DE102005014483A1 (de) Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem Werkstoff
DE102010015451A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Objekte
WO2008155021A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines bauteils basierend auf dreidimensionalen daten des bauteils
WO1998046415A1 (de) Verfahren zum erzeugen eines dreidimensionalen körpers
DE112017001928T5 (de) Additive Maschine, welche eine Drehbildungsfläche verwendet
DE102016219037A1 (de) Additives Fertigungsverfahren
WO2012152259A1 (de) Verfahren zum herstellen, reparieren oder austauschen eines bauteils mit verfestigen mittels druckbeaufschlagung
WO2018042032A1 (de) Verfahren zur additiven herstellung mittels poröser hilfsstruktur, bauteil und vorrichtung
WO2000030790A2 (de) Vorrichtung für das selektive laser-schmelzen zur herstellung eines formkörpers
EP2523800A1 (de) Pulverauftragseinrichtung sowie fertigungseinrichtung
WO2018091217A1 (de) Verfahren zur additiven herstellung mit selektivem entfernen von basismaterial
DE102019004122A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen durch Schichtaufbautechnik unter Verwendung einer Kernreinigungsstation
WO2017194274A1 (de) Vorrichtung mit schleuse für die additive herstellung
EP3715022B1 (de) Verfahren zur addivitven fertigung eines bauteils
DE102017201084A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung und Beschichtungsvorrichtung
EP3381593B1 (de) Verfahren zum strahlbasierten selektiven schmelzen oder sintern
DE102017102068A1 (de) Verfahren zur additiven Fertigung mit kontinuierlichem Schichtauftrag
WO2018001705A1 (de) Vorrichtung für die additive herstellung und verfahren
WO2021104730A1 (de) Verfahren zum selektiven bestrahlen einer pulverschicht in der additiven herstellung mit einem ersten und einem zweiten bestrahlungsmuster

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17731105

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17731105

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1