DE102015214994A1 - A method of manufacturing or repairing a component and apparatus for manufacturing and repairing a component - Google Patents

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Georg Schlick
Herbert Hanrieder
Robert Holzer
Sebastian Edelhäuser
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatsur eines Bauteils (32), insbesondere eine Schaufel für Gasturbinen, wobei mindestens ein Teil des Bauteils (32) anhand eines dreidimensionalen Datenmodells aus einer Vielzahl von Schichten in einem Bauraum (6) mit folgenden Schritten gebildet wird. In Schritt a) wird der Bauraum Bauraums (6) bereitgestellt. In Schritt b) wird ein Metallpulver auf mindestens einen vorbestimmten Bereich des Bauraums (6) aufgebracht. In Schritt c) wird der vorbestimmte Bereich zum lokalen Verschmelzen des Pulvers (41, 42) zur Erzeugung des Teils des Bauteils (32) bestrahlt. Dabei wird in Schritt c) mindestens eine ganze Schicht (60, 62) des Bauteils (32) erzeugt. Nach dem Schritt c) folgt ein Schritt d). In Schritt d) wird mindestens ein Teilbereich (52) dieser Schicht (60, 62) auf eine Temperatur nacherwärmt, die kleiner als die Schmelztemperatur des Metallpulvers ist.The invention relates to a device and a method for producing or repairing a component (32), in particular a blade for gas turbines, wherein at least a part of the component (32) based on a three-dimensional data model of a plurality of layers in a space (6) with the following Steps is formed. In step a) the installation space installation space (6) is provided. In step b), a metal powder is applied to at least one predetermined area of the construction space (6). In step c), the predetermined area for locally fusing the powder (41, 42) to produce the part of the component (32) is irradiated. In this case, at least one entire layer (60, 62) of the component (32) is produced in step c). After step c), a step d) follows. In step d), at least a portion (52) of this layer (60, 62) is reheated to a temperature which is lower than the melting temperature of the metal powder.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung und Reparatur eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12. The invention relates to a method for producing or repairing a component according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a device for producing and repairing a component according to the preamble of claim 12.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Aus dem Stand der Technik sind generative Herstellungsverfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen oder zur Herstellung von Bauteilen, die mit anderen Verfahren schwierig herzustellen sind, bekannt. Unter anderem werden hierfür Verfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM Selective Laser Melting), das direkte Metalllasersintern (DMLS Direct Metal Laser Sintering) oder Elektronenstrahlenverfahren eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind insbesondere auch generative Herstellverfahren für die Herstellung von Bauteilen einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise von Bauteilen eines Flugtriebwerks oder einer Gasturbine bekannt, z.B. das in der DE 10 2009 051 479 A1 beschriebene Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine. The prior art discloses generative manufacturing processes for the rapid production of prototypes or for the production of components which are difficult to produce by other processes. Inter alia, methods such as selective laser melting (SLM), direct metal laser sintering (DMLS) or electron beam techniques are used. From the prior art, in particular also generative manufacturing processes for the production of components of a turbomachine, such as components of an aircraft engine or a gas turbine are known, for example, in the DE 10 2009 051 479 A1 described method or a corresponding device for producing a component of a turbomachine.

Bei diesem Verfahren wird durch schichtweisen Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff auf einer Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone sowie schichtweises und lokales Schmelzen oder Sintern des Bauteilwerkstoffs mittels im Bereich der Aufbau- und Fügezone zugeführter Energie ein entsprechendes Bauteil hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei über Laserstrahlen, wie beispielsweise CO2-Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser sowie Diodenlaser, oder durch Elektronenstrahlen. Bei dem in der DE 10 2009 051 479 A1 beschriebenen Verfahren wird weiterhin das erzeugte Bauteil bzw. die Aufbau- und Fügezone auf eine Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunkts des Bauteilwerkstoffs mittels eines Zonenofens erwärmt, um eine gerichtet erstarrte oder einkristalline Kristallstruktur aufrechtzuerhalten. In this method, a corresponding component is produced by layer-wise application of at least one powdered component material on a component platform in the region of a buildup and joining zone as well as layer-by-layer and local melting or sintering of the component material by means of energy supplied in the region of the assembly and joining zone. The energy is supplied by laser beams, such as CO2 lasers, Nd: YAG lasers, Yb fiber lasers and diode lasers, or by electron beams. In the in the DE 10 2009 051 479 A1 described method, the produced component or the assembly and joining zone is further heated to a temperature just below the melting point of the component material by means of a zone furnace to maintain a directionally solidified or monocrystalline crystal structure.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 058 949 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen Herstellung und Reparatur von Schaufelspitzen von Schaufeln einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks bekannt, wobei eine induktive Heizung zusammen mit Laser- oder Elektronenstrahlsintern eingesetzt wird. From the publication DE 10 2006 058 949 A1 Also, an apparatus and method is known for rapidly producing and repairing blade tips of blades of a gas turbine, particularly an aircraft engine, using inductive heating in conjunction with laser or electron beam sintering.

Zur Reduzierung des thermischen Gradienten in Kombination mit Rissausbildung kann eine allgemeiner Erwärmung einer (Pulver-)Schicht vorgesehen werden. Bei derartigen zusätzlichen Erwärmungen bzw. generativen Herstellungsverfahren existieren zwei Varianten. To reduce the thermal gradient in combination with crack formation, a general heating of a (powder) layer can be provided. There are two variants of such additional heating or additive manufacturing processes.

Die eine Variante geht dahin, dass die Erwärmung beim schichtweisen generativen Aufbau über eine Heizplatte (elektrisch) erfolgt. Dies ist so, dass mittels einer Heizplatte das aufzubauende (metallische) Bauteil inklusive Ausgangsmaterial (Pulver) erwärmt wird, und zwar so, dass über dieses Bauteil (durch thermische Leitung) der Bereich, in dem die nächste Schicht aufgebaut werden soll, auf die Temperatur gebracht wird, die zum Schmelzen des Pulvers erforderlich ist. One variant is that the heating in the layer-by-layer generative structure takes place via a heating plate (electrically). This is such that by means of a hotplate, the (metallic) component including the starting material (powder) to be built up is heated, in such a way that over this component (by thermal conduction) the temperature at which the next layer is to be built up brought to melt the powder is required.

Die zweite Variante ist so, dass der Arbeitsraum, in dem das generative Herstellungsverfahren ausgeführt wird, selbst ein Ofen ist. In anderen Worten wird also das Bauteil generativ in einem Ofen aufgebaut. Der Ofen erzeugt eine gleichmässig (hohe) Temperatur, die erforderlich ist, um die entsprechende Schicht aufzubauen, und erwärmt dabei zwangsläufig das gesamte aufzubauende bzw. aufgebaute Bauteil. The second variant is such that the working space in which the generative manufacturing process is carried out is itself a furnace. In other words, the component is generatively constructed in an oven. The furnace generates a uniform (high) temperature, which is necessary to build up the appropriate layer, and inevitably heats the entire component to be built up or built up.

In der Druckschrift DE 10 2012 206 122 A1 ist eine Vorrichtung und Verfahren zur generativen Herstellung eines Bauteils beschrieben. Zur lokalen Erwärmung werden hier zwei über Kreuz angeordnete Induktionsspulen verwendet, die eine im Kreuzungsbereich der Spulen befindliche Fügezone entsprechend vor- und/oder nachwärmen. Die Wärmebehandlung erfolgt somit während des Aufbaus der Schicht. Dabei müssen die Induktionsspulen dem Laser folgen. Dies hat den Nachteil, dass wegen der Trägheit der Spulen nur eingeschränkte Schmelzwege gefahren werden können. So kann aus strukturmechanischen Gründen erforderlich sein, dass der Laserstrahl auf der einen Seite des Bauraums einen Teil der Schicht herstellt und im nächsten Moment auf einer anderen Seite des Bauraums springen muss, um dann dort einen weiteren Teil der Schicht herzustellen. Dies ist nur möglich, in dem der Prozess soweit verlangsamt wird, so dass die Spulen entsprechend positioniert werden können. Dies hat allerdings den Nachteil, dass dann das generative Verfahren unrentabel wird. In the publication DE 10 2012 206 122 A1 An apparatus and method for the generative production of a component is described. For local heating, two induction coils arranged above one another are used here, which accordingly pre-heat and / or reheat a joining zone located in the crossing region of the coils. The heat treatment thus takes place during the construction of the layer. The induction coils must follow the laser. This has the disadvantage that due to the inertia of the coils only limited melting can be driven. Thus, for structural mechanical reasons, it may be necessary for the laser beam to produce one part of the layer on one side of the construction space and for it to jump on another side of the installation space in the next moment, in order then to produce a further part of the layer there. This is only possible in that the process is slowed down so that the coils can be positioned accordingly. However, this has the disadvantage that then the generative process is unprofitable.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren vorzustellen, das die oben aufgeführten Nachteile überwindet. Thus, the object of the present invention is to provide a method which overcomes the disadvantages listed above.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. The object is achieved by a method having the features of claim 1. The object is further achieved by a component having the features of claim 11. The object is further achieved by a device having the features of claim 12.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines Bauteils. Dabei wird ein Teil des Bauteils anhand eines dreidimensionalen Datenmodells aus einer Vielzahl von Schichten in einem Bauraum mit folgenden Schritten gebildet. In Schritt a) wird der Bauraum bereitgestellt. In Schritt b) wird ein Metallpulver auf mindestens einen vorbestimmten Bereich des Bauraums aufgetragen. In Schritt c) wird der vorbestimmte Bereich bestrahlt, so dass das Pulver lokal aufschmilzt und dabei ein Teil des Bauteils erzeugt wird. In Schritt c) wird ferner mindestens eine ganze Schicht des Bauteils erzeugt. Nach diesem Schritt c) folgt ein Schritt d). In diesem Schritt d) wird mindestens ein Teilbereich dieser Schicht auf eine Temperatur nacherwärmt, die kleiner als die Schmelztemperatur des Metallpulvers ist. The invention relates to a method for producing or repairing a component. It will formed a part of the component based on a three-dimensional data model of a plurality of layers in a space with the following steps. In step a) the installation space is provided. In step b), a metal powder is applied to at least one predetermined area of the installation space. In step c), the predetermined region is irradiated, so that the powder melts locally and thereby a part of the component is produced. In step c), furthermore, at least one entire layer of the component is produced. After this step c), a step d) follows. In this step d) at least a portion of this layer is post-heated to a temperature which is lower than the melting temperature of the metal powder.

Es wird angemerkt, dass der Teilbereich kleiner als die neu erzeugte Bauteilschicht ist. Damit kann gezielt lokal nacherwärmt werden. Wichtig dabei ist, dass die entsprechende Schicht vollständig erzeugt wurde bevor die Nacherwärmung durchgeführt wird. Nicht jede Schicht muss unbedingt nach erwärmt werden. Vorzugsweise kann die Nacherwärmung beispielsweise nur alle 2 bis 10 Schichten erfolgen. Als Metallpulver eignen sich beispielsweise Nickel-Superlegierungen, MAR 247 oder René 108. It is noted that the subregion is smaller than the newly generated device layer. This can be specifically reheated locally. It is important that the corresponding layer has been completely produced before the postheating is carried out. Not every layer needs to be heated up. Preferably, the reheating can be done, for example, only every 2 to 10 layers. Suitable metal powders are, for example, nickel superalloys, MAR 247 or René 108.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgen die Schritte b) und c) gleichzeitig oder hintereinander. Das dreidimensionale Datenmodell wird in mehrere parallel zueinander verlaufenden Schichten eingeteilt. Der Energiestrahl trifft beim selektiven Auftragschweißen (SLM = selective laser melting) auf ein Pulverbett. In dem Punkt, an dem der Energiestrahl auf die Oberfläche des Pulverbetts trifft, schmilzt das Pulver. Dabei werden nur die Bereiche des Pulverbetts mit dem Energiestrahl belichtet, die für die im Moment zuerzeugende Schicht aus dem dreidimensionalen Datenmodell hervorgehen. Nach der Belichtung wird das Bauteil um einen Stück herabgesenkt. Dabei erhält das Pulverbett eine frische Pulverschicht, so dass die Schritte b) und c) hintereinander durchgeführt werden. In an advantageous embodiment of the invention, steps b) and c) take place simultaneously or successively. The three-dimensional data model is divided into several parallel layers. The energy beam strikes a powder bed in selective overlay welding (SLM). At the point where the energy beam strikes the surface of the powder bed, the powder melts. In this case, only the areas of the powder bed are exposed to the energy beam, which emerge from the three-dimensional data model for the layer to be created at the moment. After exposure, the component is lowered by one piece. In this case, the powder bed receives a fresh powder layer, so that the steps b) and c) are carried out one behind the other.

Beim Laserpulverauftragschweißen wird dagegen mittels einer Pulverdüse Pulver direkt in den Energiestrahl befördert, so dass bei diesem Verfahren die Schritte b) und c) gleichzeitig erfolgen. In laser powder build-up welding, by contrast, powder is conveyed directly into the energy jet by means of a powder nozzle, so that steps b) and c) take place simultaneously in this process.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Schritte b) bis d) wiederholt bis alle Schichten des Teils des Bauteils hergestellt sind. In a further advantageous embodiment of the invention, the steps b) to d) are repeated until all layers of the part of the component are produced.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Bestrahlen in Schritt c) mittels einem Laserstrahl und/oder einem Elektronenstrahl. Ein Elektronenstrahl hat den Vorteil, dass dieser in mehrere virtuelle Strahlen (bis zu 200) aufgeteilt werden kann. Die Ablenkung eines Elektronenstrahls erfolgt beispielsweise mittels Magnetspulen und/oder Kondensatorplatten, so dass dieser Strahl schneller als ein optischer Strahl abgelenkt werden kann. In a further advantageous embodiment of the invention, the irradiation in step c) by means of a laser beam and / or an electron beam. An electron beam has the advantage that it can be divided into several virtual beams (up to 200). The deflection of an electron beam, for example, by means of magnetic coils and / or capacitor plates, so that this beam can be deflected faster than an optical beam.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vor Schritt b) oder Schritt c) eine lokal begrenzte, direkte oder indirekte Vorerwärmung des Bauraums auf eine Temperatur, die grösser als eine vorbestimmte Mindesttemperatur und kleiner als die Schmelztemperatur des Metallpulver ist. Damit lässt sich der Energieeintrag des Energiestrahl deutlich reduzieren. Die Vorerwärmung kann beispielsweise mittels eines Ofens, eines Energiestrahls und/oder induktiv erfolgen. In a further advantageous embodiment of the invention, before step b) or step c), a locally limited, direct or indirect preheating of the installation space to a temperature which is greater than a predetermined minimum temperature and less than the melting temperature of the metal powder. This significantly reduces the energy input of the energy beam. The preheating can be done for example by means of a furnace, an energy beam and / or inductively.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in Schritt d) die Nacherwärmung durch mindestens eine Induktionsspule. Vorzugsweise erfolgt die lokale Nacherwärmung mittels zwei gekreuzter Spulen. Damit kann sehr gezielt und in einem sehr kleinen Bereich das Bauteil nacherwärmt werden. Ferner hat dies den Vorteil, dass der eigentliche Schweißvorgang von der nachfolgenden Nacherwärmung vollständig entkoppelt ist. Die induktive Nacherwärmung bis kurz unter dem Schmelzpunkt des Pulverwerkstoffs führt dazu, dass Defekte, wie Risse, ausheilen können. Dabei kann die Temperatur zwischen 1000°C und 1300°C betragen. In a further advantageous embodiment of the invention, the reheating takes place in step d) by at least one induction coil. Preferably, the local reheating by means of two crossed coils. This means that the component can be reheated very selectively and in a very small area. Furthermore, this has the advantage that the actual welding process is completely decoupled from the subsequent reheating. The inductive reheating until just below the melting point of the powder material causes defects, such as cracks, to heal. The temperature may be between 1000 ° C and 1300 ° C.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird während Schritt c) oder während Schritt d) der Bauraum optisch und/oder thermisch erfasst, um die Position mindestens eines Defekts, insbesondere eines Risses, zu detektieren. Eine optische/thermische Erfassungsvorrichtung zur Detektion von Defekten ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2013 201 629 A1 offenbart. Vorzugsweise wird anhand dieser Informationen in Schritt d) die Position des Defekts nacherwärmt. Vorzugsweise wird nur die Position des Defekts bzw. die Positionen der Defekte nacherwärmt, um gezielt diese Defekte auszuheilen. Dies erspart viel Zeit. In a further advantageous embodiment of the invention, the installation space is optically and / or thermally detected during step c) or during step d) in order to detect the position of at least one defect, in particular a crack. An optical / thermal detection device for detecting defects is, for example, in the document DE 10 2013 201 629 A1 disclosed. Preferably, based on this information in step d), the position of the defect is reheated. Preferably, only the position of the defect or the positions of the defects is reheated to specifically heal these defects. This saves a lot of time.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in Schritt d) nach einem bestimmten Muster nacherwärmt. Dies dient zur Prüfung der Ausheilung oder aber der Schritt d) wird einfach wiederholt. So kann beispielsweise die Außenkontur der zuletzt aufgebauten Schicht einer Hohlschaufel in Uhrzeigersinn abgefahren werden. In Verbindung mit den Kreuzspulen lassen sich damit die Außenwandungen eines Bauteils gezielt heilen. Insbesondere, wenn das Material einkristallin aufgebracht werden soll, können beispielsweise auch Orientierungsfehler bzw. Gitterfehler behoben werden. In a further advantageous embodiment of the invention, in step d) after a certain pattern reheating. This serves to test the annealing or else step d) is simply repeated. Thus, for example, the outer contour of the last layer of a hollow blade can be moved clockwise. In conjunction with the cheeses, it is possible to specifically cure the outer walls of a component. In particular, if the material is to be applied monocrystalline, for example, orientation errors or lattice defects can be remedied.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung und Reparatur eines Bauteils. Dabei wird mindestens ein Teil des Bauteils anhand eines dreidimensionalen Datenmodells aus einer Vielzahl von Schichten in einem Bauraum gebildet. Die Vorrichtung umfasst den Bauraum, eine Energiequelle zur Erzeugung eines Energiestrahls, der auf den Bauraum gerichtet ist, eine Auftrageeinheit von Metallpulver und eine lokale Wärmequelle. Dabei wird die Wärmequelle derart betrieben, dass nach Erzeugung mindestens einer ganzen Schicht des Teils des Bauteils ein Teilbereich dieser Schicht eine Temperatur aufweist, die kleiner als die Schmelztemperatur des Metallpulvers ist. The invention further relates to a device for producing and repairing a component. In this case, at least a part of the component is based on a formed three-dimensional data model of a plurality of layers in a space. The device comprises the installation space, an energy source for generating an energy beam, which is directed towards the installation space, an application unit of metal powder and a local heat source. In this case, the heat source is operated such that after generation of at least one entire layer of the part of the component, a partial region of this layer has a temperature which is lower than the melting temperature of the metal powder.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Further advantageous embodiments of the invention are given in the dependent claims.

Im Weiteren werden anhand der schematischen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Dabei zeigen: Furthermore, preferred embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the schematic drawing. Showing:

1: eine Seitendarstellung einer SLM-Anlage, und 1 : a page presentation of a SLM system, and

2: eine Draufsicht auf drei Bereich der SLM-Anlage aus 1. 2 : A top view on three area of the SLM facility 1 ,

Die 1 zeigt eine Seitendarstellung einer SLM-Anlage 2 mit drei Bereichen 4, 6 und 8, einer Schutzglocke 10, die eine Kammer 12 umschließt, einer Energiequelle 14, die an einer Ansteuerungseinheit 16 angeschlossen ist, und mit einer Erfassungseinheit 18. Die drei Bereiche 4 bis 8 werden durch vier vertikale Wandungen 20, 22, 24 und 26 voneinander getrennt. The 1 shows a page display of a SLM system 2 with three areas 4 . 6 and 8th , a protective bell 10 which is a chamber 12 encloses, an energy source 14 connected to a control unit 16 is connected, and with a detection unit 18 , The three areas 4 to 8th are through four vertical walls 20 . 22 . 24 and 26 separated from each other.

Der erste Bereich 4 ist hier ganz links unten angeordnet weist einen vertikal beweglichen Restpulvertisch 28 auf, der zwischen der ersten Wandung 20 und der zweiten Wandung 22 angeordnet ist. Der Restpulvertisch 28 wird vorzugsweise vertikal nach unten verschoben, um das Aufnahmevolumen für das restliche Pulver 29 bei Bedarf zu vergrößern. The first area 4 is located here at the bottom left has a vertically movable residual powder table 28 on, between the first wall 20 and the second wall 22 is arranged. The residual powder table 28 is preferably moved vertically down to the receiving volume for the remaining powder 29 to enlarge if necessary.

Der zweite Bereich 6 ist rechts von dem ersten Bereich 4 angeordnet. Der zweite Bereich 6 umfasst zwischen der zweiten Wandung 22 und der dritten Wandung 24 einen Bautisch 30, auf dem sich ein Bauteil 32 befindet. Das Bauteil 32 ist im Pulverbett 34 eingebettet. Bei Bedarf kann der Bautisch 30 vertikal nach unten verschoben werden. Der zweite Bereich 6 stellt den Bauraum dar. Das Bauteil 32 weist einen unteren Bereich 32a und einen oberen Bereich 32 b auf. Dabei kann der untere Bereich 32a eine bereits bestehende Schaufel sein, die in dieser Anlage 2 repariert wird. So stellt der obere Bereich 32b der zu reparierende Bereich dar. In einem anderen Fall kann der untere Bereich 32a eine in der Anlage 2 aufgebaute Teilschaufel darstellen. Der obere Bereich 32b stellt dann den noch herzustellenden Bereich dar. The second area 6 is to the right of the first area 4 arranged. The second area 6 includes between the second wall 22 and the third wall 24 a construction table 30 on which a component 32 located. The component 32 is in the powder bed 34 embedded. If necessary, the construction table 30 moved vertically downwards. The second area 6 represents the installation space. The component 32 has a lower area 32a and an upper area 32 b on. In this case, the lower area 32a be an existing shovel in this facility 2 is repaired. So, the upper area represents 32b the area to be repaired. In another case, the lower area 32a one in the plant 2 Represent constructed sub-blade. The upper area 32b then represents the area still to be produced.

Der dritte Bereich 8 ist rechts vom zweiten Bereich 6 angeordnet. Der dritte Bereich 8 umfasst zwischen der dritten Wandung 24 und der vierten Wandung 26 einen weiteren Tisch 36 für den Pulvervorrat 38. Der weitere Tisch 36 kann bei Bedarf vertikal nach oben verschoben werden. Über der vierten Wandung 26 ist ein Rakel 40 angeordnet, der das Metallpulver aus dem Pulvervorrat 38 entnimmt, über dem Bauraum 6 verteilt und das restliche Pulver 29 in den zweiten Bereich 4 schiebt. Somit ist der Rakel 40 dafür da, dass eine gleichmäßige frische Pulverschicht 41 bzw. 42 im Bauraum 6 aufgetragen wird. The third area 8th is right of the second area 6 arranged. The third area 8th includes between the third wall 24 and the fourth wall 26 another table 36 for the powder supply 38 , The further table 36 can be moved vertically upwards if necessary. Over the fourth wall 26 is a squeegee 40 arranged the metal powder from the powder supply 38 takes over the space 6 distributed and the remaining powder 29 in the second area 4 pushes. Thus, the squeegee 40 because there is a uniform fresh powder layer 41 respectively. 42 in the installation space 6 is applied.

Über den drei Bereichen 4 bis 8 sind eine erste in y-Richtung verlaufende Schiene 44 mit einer ersten Induktionsspule 46 und eine zweite in x-Richtung verlaufende Schiene 48 mit einer zweiten Induktionsspule 50 angeordnet. Die Spulen 46 und 50 sind hier im Wesentlichen rechteckförmig mit abgerundeten Ecken. Andere Spulenformen können aus der Druckschrift DE 10 2014 204123 entnommen werden. Die Spulen 46 und 50 sind hier in 1 in Parkposition angeordnet. Over the three areas 4 to 8th are a first in the y direction running rail 44 with a first induction coil 46 and a second x-directional rail 48 with a second induction coil 50 arranged. The spools 46 and 50 Here are essentially rectangular with rounded corners. Other coil forms can be found in the publication DE 10 2014 204123 be removed. The spools 46 and 50 are here in 1 arranged in parking position.

Die 2 zeigt eine Draufsicht auf die drei Bereiche 4 bis 8. Im Bauraum 6 ist der obere Bereich 32b des Bauteils 32 sichtbar. Die erste Spule 46 ist hier in y-Richtung ganz unten angeordnet. Die zweite Spule 50 ist in x-Richtung derart angeordnet, dass sich die beiden Spulen 46 und 50 an der Vorderkante 52 des Bauteils 32, hier eine Turbinenhohlschaufel, überlappen. Damit kann lokal die Vorderkante 52 aufgewärmt (aufgeheizt) werden, wie im Folgenden erklärt wird. The 2 shows a plan view of the three areas 4 to 8th , In the installation space 6 is the upper area 32b of the component 32 visible, noticeable. The first coil 46 is located here in y-direction at the bottom. The second coil 50 is arranged in the x-direction such that the two coils 46 and 50 at the front edge 52 of the component 32 , here a turbine shovel, overlap. This allows locally the leading edge 52 warmed up (heated up), as explained below.

Nun wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beiden 1 und 2 erläutert. Now, an embodiment of the method according to the invention with reference to the two 1 and 2 explained.

Als erstes trägt der Rakel 40 in Schritt b) eine erste frische Pulverschicht 41 auf. Anschließend wird in Schritt c) die Energiequelle 14 (hier ein Laser) derart angesteuert, dass der Energiestrahl 15 die frische Pulverschicht 41 im Pulverbett 34 trifft und eine erste Bauteilschicht 60 herstellt. Die Schritte b) und c) werden hier beispielsweise noch einmal wiederholt. Der Rakel 40 trägt eine zweite frische Pulverschicht 42 auf. Anschließend wird in Schritt c) die Energiequelle 14 derart angesteuert, dass der Energiestrahl 15 auf die zweite Pulverschicht 42 im Punkt 62 auftrifft und dort das Pulver zum Schmelzen bringt. In 1 ist nur ein erster Teil der zweiten Bauteilschicht 62 abgebildet. Während der Belichtung des Bauteilraums 6 kann die Erfassungseinheit 18 die Abstrahlungsenergie aufnehmen. Als Erfassungseinheit 18 kann beispielsweise eine CCD-Kamera verwendet werden. Solche CCD-Kameras können den nahen Infrarotbereich noch erfassen. Sollten in den ersten 60 und zweiten 62 Bauteilschichten Defekte wie Risse enthalten sein, so kann die Auswerteeinheit 14, die xy-Position der Defekte aus den Informationen der CCD-Kamera 18 ermitteln. Es ist anzumerken, dass die Belichtungsparameter in Schritt c) derart ausgewählt sind, dass im Gefüge der einzelnen Bauteilschichten 60 und 62 möglichst keine bzw. kleine Risse erzeugt werden. First, the squeegee carries 40 in step b) a first fresh powder layer 41 on. Subsequently, in step c) the energy source 14 (here a laser) so controlled that the energy beam 15 the fresh powder layer 41 in the powder bed 34 meets and a first component layer 60 manufactures. For example, steps b) and c) are repeated again here. The squeegee 40 carries a second fresh layer of powder 42 on. Subsequently, in step c) the energy source 14 so controlled that the energy beam 15 on the second powder layer 42 at the point 62 impinges and there brings the powder to melt. In 1 is only a first part of the second component layer 62 displayed. During the exposure of the component room 6 can the registration unit 18 absorb the radiation energy. As a registration unit 18 For example, a CCD camera can be used. Such CCD cameras can still detect the near infrared range. Should be in the first 60 and second 62 Component layers Defects such as cracks may be included, so the evaluation unit 14 , the xy position of the defects from the information of the CCD camera 18 determine. It should be noted that the exposure parameters in step c) are selected such that the microstructure of the individual component layers 60 and 62 if possible no or small cracks are generated.

Nachdem hier die ersten beiden Bauteilschichten 60 und 62 hergestellt worden sind, werden diese Schichten mittels der beiden Spulen 46 und 50 in Schritt d) nachgeheizt. Dabei werden die beiden Spulen 46 und 50 entsprechend positioniert, so dass der Kreuzungsbereich 64 der Spulen über den frisch hergestellten Schichten 60 und 62 angeordnet ist. Die beiden Spulen 46 und 50 werden dann mit Wechselstrom betrieben. Dadurch entsteht im Kreuzungsbereich 64 ein derart hohes magnetisches Wechselfeld, dass sich nur in den Bauteilschichten 60 und 62 per Induktion ein Wechselstrom fließt, dass das Bauteil 32 an entsprechender Stelle aufheizt. Die Temperatur bleibt unterhalb des Schmelzpunkts des Bauteilwerkstoffs. Wegen des hohen elektrischen Widerstands des Pulverbetts 34 können darin keine Wechselströme fließen, so dass das Pulver verhältnismäßig kühl bleibt. Die beiden Spulen 46 und 50 können derart angesteuert werden, dass der Kreuzungsbereich 64 immer über der Außenkontur des Bauteils 32 (bspw. eine Schaufelwandung) angeordnet ist. Der Kreuzungsbereich 64 kann dabei beispielsweise in Uhrzeigersinn verschoben werden bis dieser die Kontur des Bauteils 32 mindestens einmal abgefahren hat. After here the first two component layers 60 and 62 have been made, these layers by means of the two coils 46 and 50 reheated in step d). Here are the two coils 46 and 50 positioned accordingly so that the crossing area 64 the coils over the freshly prepared layers 60 and 62 is arranged. The two coils 46 and 50 are then operated with alternating current. This results in the crossing area 64 Such a high alternating magnetic field that only in the component layers 60 and 62 By induction, an alternating current flows that the component 32 heats up at the appropriate place. The temperature remains below the melting point of the component material. Because of the high electrical resistance of the powder bed 34 No alternating currents can flow therein, so that the powder remains relatively cool. The two coils 46 and 50 can be controlled such that the crossing area 64 always over the outer contour of the component 32 (For example, a blade wall) is arranged. The crossing area 64 can be moved, for example, clockwise until this is the contour of the component 32 at least once.

Alternativ oder in Kombination dazu kann der Kreuzungsbereich 64 an den aus der Ansteuereinheit 14 ermittelten Defektstellen positioniert werden, um gezielt ermittelte Defekte auszuheilen. Alternatively or in combination, the crossing area 64 to the from the drive unit 14 determined defect sites are positioned to heal specifically identified defects.

Die Temperatur im Kreuzungsbereich kann beispielsweise mittels der Erfassungseinheit 18 gemessen werden. Mittels der Auswerteeinheit 16 kann die Temperatur im Kreuzungsbereich 64 wiederum geregelt werden. The temperature in the crossing region can be determined, for example, by means of the detection unit 18 be measured. By means of the evaluation unit 16 can the temperature in the crossing area 64 be regulated again.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtung lässt sich der Schmelzschritt von dem Nacherwärmungsschritt vollständig entkoppeln. Dabei liegt die Nacherwärmungstemperatur zwischen 20° und 100°C unterhalb der Schmelztemperatur des Pulvers. With this method and device according to the invention, the melting step can be completely decoupled from the postheating step. The reheating temperature is between 20 ° and 100 ° C below the melting temperature of the powder.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

2 2
SLM-Anlage SLM system
4 4
erster Bereich first area
6 6
zweiter Bereich second area
8 8th
dritter Bereich third area
10 10
Schutzglocke protective bell
12 12
Kammer chamber
14 14
Energiequelle (Laser) Energy source (laser)
15 15
Energiestrahl energy beam
16 16
Ansteuereinheit control unit
18 18
Erfassungseinheit acquisition unit
20 20
erste Wandung first wall
22 22
zweite Wandung second wall
24 24
dritte Wandung third wall
26 26
vierte Wandung fourth wall
28 28
Restpulvertisch Residual powder table
29 29
restliche Pulver remaining powders
30 30
Bautisch build table
32 32
Bauteil component
32a 32a
unterer Bereich von 32 lower area of 32
32b 32b
oberer Bereich von 32 upper area of 32
34 34
Pulverbett powder bed
36 36
weiterer Tisch another table
38 38
Pulvervorrat powder storage
40 40
Rakel doctor
41 41
erste frische Pulverschicht first fresh powder layer
42 42
zweite frische Pulverschicht second fresh powder layer
44 44
erste Schiene first rail
46 46
erste Spule first coil
48 48
zweite Schiene second rail
50 50
zweite Spule second coil
52 52
Vorderkante von 32 Leading edge of 32
60 60
erste Bauteilschicht first component layer
62 62
zweite Bauteilschicht second component layer
64 64
Kreuzungsbereich von 46 und 50 Crossing area of 46 and 50

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines Bauteils (32), insbesondere eine Schaufel für Gasturbinen, wobei mindestens ein Teil des Bauteils (32) anhand eines dreidimensionalen Datenmodells aus einer Vielzahl von Schichten in einem Bauraum (6) mit folgenden Schritten gebildet wird: a) Bereitstellen des Bauraums (6); b) Aufbringen eines Metallpulvers auf mindestens einen vorbestimmten Bereich des Bauraums (6); c) Bestrahlen des vorbestimmten Bereichs zum lokalen Verschmelzen des Pulvers (41, 42) zur Erzeugung des Teils des Bauteils (32); dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) mindestens eine ganze Schicht (60, 62) des Bauteils (32) erzeugt wird und nach Schritt c) ein Schritt d) folgt, wobei in Schritt d) mindestens ein Teilbereich (52) dieser Schicht (60, 62) auf eine Temperatur nacherwärmt wird, die kleiner als die Schmelztemperatur des Metallpulvers ist. Method for producing or repairing a component ( 32 ), in particular a blade for gas turbines, wherein at least a part of the component ( 32 ) based on a three-dimensional data model of a plurality of layers in a construction space ( 6 ) is formed with the following steps: a) providing the installation space ( 6 ); b) applying a metal powder to at least one predetermined area of the construction space ( 6 ); c) irradiating the predetermined area for locally fusing the powder ( 41 . 42 ) for producing the part of the component ( 32 ); characterized in that in step c) at least one whole layer ( 60 . 62 ) of the component ( 32 ) and after step c) a step d) follows, wherein in step d) at least a portion ( 52 ) of this layer ( 60 . 62 ) is reheated to a temperature which is less than the melting temperature of the metal powder. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte b) und c) gleichzeitig oder hintereinander erfolgen.  The method of claim 1, wherein steps b) and c) occur simultaneously or in succession. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) bis d) wiederholt werden bis alle Schichten des Teils des Bauteils (32) hergestellt sind. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the steps b) to d) are repeated until all layers of the part of the component ( 32 ) are made. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlen in Schritt c) mittels eines Laserstrahls (15) und/oder eines Elektronenstrahls erfolgt. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the irradiation in step c) by means of a laser beam ( 15 ) and / or an electron beam. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt b) oder Schritt c) eine lokal begrenzte, direkte oder indirekte Vorerwärmung des Bauraums (6) auf eine Temperatur erfolgt, die grösser als eine vorbestimmte Mindesttemperatur und kleiner als die Schmelztemperatur des Metallpulver ist. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that before step b) or step c) a locally limited, direct or indirect preheating of the installation space ( 6 ) to a temperature greater than a predetermined minimum temperature and less than the melting temperature of the metal powder. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Nacherwärmung durch mindestens eine Induktionsspule (46, 50) erfolgt. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in step d) the reheating by at least one induction coil ( 46 . 50 ) he follows. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Temperatur zwischen 1000°C und 1300°C liegt. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in step d) the temperature is between 1000 ° C and 1300 ° C. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt c) oder während Schritt d) der Bauraum (6) optisch und/oder thermisch erfasst wird, um die Position mindestens eines Defekts (66), insbesondere eines Risses, zu detektieren. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that during step c) or during step d) the installation space ( 6 ) is optically and / or thermally detected to determine the position of at least one defect ( 66 ), in particular a crack. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in Schritt d) die Position des detektierten Defekts (66) nacherwärmt wird oder wobei der Schritt d) wiederholt wird. Method according to claim 8, wherein in step d) the position of the detected defect ( 66 ) is reheated or wherein the step d) is repeated. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) gemäß eines bestimmten Musters nacherwärmt wird. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in step d) is reheated according to a specific pattern. Bauteil, hergestellt oder repariert gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche.  Component, manufactured or repaired according to at least one of the preceding claims. Vorrichtung zur Herstellung und Reparatur eines Bauteils (32), wobei mindestens ein Teil des Bauteils (32) anhand eines dreidimensionalen Datenmodells aus einer Vielzahl von Schichten in einem Bauraum (6) gebildet wird, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: – den Bauraum (6), – eine Energiequelle (14) zur Erzeugung eines Energiestrahls (15), der auf den Bauraum (6) gerichtet ist, – eine Auftrageeinheit (40) von Metallpulver und – mindestens eine lokale Wärmequelle (46, 50), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (46, 50) derart betrieben wird, dass nach Erzeugung mindestens einer ganzen Schicht des Bauteils (32) ein Teilbereich dieser Schicht (60, 62) eine Temperatur aufweist, die kleiner als die Schmelztemperatur des Metallpulvers ist. Device for producing and repairing a component ( 32 ), wherein at least a part of the component ( 32 ) based on a three-dimensional data model of a plurality of layers in a construction space ( 6 ), the device comprising: - the installation space ( 6 ), - an energy source ( 14 ) for generating an energy beam ( 15 ), on the space ( 6 ), - an order unit ( 40 ) of metal powder and - at least one local heat source ( 46 . 50 ), characterized in that the heat source ( 46 . 50 ) is operated such that after generation of at least one entire layer of the component ( 32 ) a portion of this layer ( 60 . 62 ) has a temperature which is lower than the melting temperature of the metal powder. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Wärmequelle mindestens eine Induktionsspule (46, 50) aufweist. Apparatus according to claim 12, wherein the heat source comprises at least one induction coil ( 46 . 50 ) having. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (14) einen Laser und/oder einen Elektronenstrahlerzeuger aufweist. Device according to at least one of claims 12 to 13, characterized in that the energy source ( 14 ) has a laser and / or an electron gun.
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