CN108602125A - 用于增材制造构件的设施的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由粉末床增材制造构件(10)的设施(200)的设备(100)，所述设备包括用于保持原材料(1)的壁部(30)，所述原材料用于增材制造构件(10)，其中壁部(30)构成为，在至少600℃的温度下是耐热的。此外，本发明涉及一种用于在设施(200)中增材制造构件(10)的方法，所述方法包括将用于构件(10)的原材料(1)预先加温到至少600℃的温度。

Description

用于增材制造构件的设施的设备
技术领域
本发明涉及一种用于增材制造构件的设施的设备，以及一种相应的设施。此外，用于运行设施的方法是本发明的主题，同样还有根据所述方法制造的构件是本发明的主题。
背景技术
构件优选是增材式或生成式制造的或构造的构件。尤其能够是涡轮机的、如蒸汽轮机的，优选燃气轮机的部件或工件。
已知的逐层式或增材式的制造方法尤其是选择性激光熔化(SLM：英语为“selective laser melting”)、选择性激光烧结(SLS：英语为“selective lasersintering”)和电子束熔化(EBM：英语为“electron beam melting”)。这些方法尤其使用在通过将子层、层元件或体积元件反复彼此叠加或彼此靠紧接合在构建平台上进行的三维物体的制造中。各个子层的典型的层厚度处于20μm和60μm之间。
选择性激光熔化方法例如从EP 1 355 760 B1中已知。
这种方法与电子束熔化尤其适合于，处理或构造高熔点的原料。在此，存在构造具有适当少量固有应力的构件的困难。例如能够通过将用于构件的原材料，尤其粉末状的原材料例如预先加热到至少500℃的温度来减小构件中的固有应力。适宜地，预先加热温度或预先加温温度，即构件在增材构造前和/或期间被加温或保持的温度必须低于原材料的熔点。
电子束熔化法也在现有技术中已知。在此涉及生成式方法，其中粉末子层依次涂覆并且选择性地利用电子束重熔。为此，通过施加150kV的范围内的电压将电子加速到大约光速的60％，所述电子在触碰到粉末子层时引起相应的粉末颗粒的局部重熔。为了防止粉末子层的粉末颗粒在电子触碰时不会自己从粉末床移除，能够至少将每个涂覆的粉末子层的要重熔的区域在重熔之前预先烧结。
无论如何借助于SLM法已经可以展示由γ’硬化的、镍基的超合金至少低裂缝或低应力地制造构件。然而，所述非常易于受热裂纹影响的原料必须经由构建平台预先加温到至少500℃的温度，以便将构件的固有应力保持在合理的程度(参见上文)。与处于制造中的构件相比，粉末床是差的热导体。因此，经由构建平台加热粉末在继续制造构件时愈发变难，因为粉末床的各新的子层的粉末颗粒总是愈发远离构建平台。因此，构件的(均匀的)调温或预先加温是成问题的。另一困难在于用于粉末床的或用于设置在粉末床下方的构建平台的围栏或壁部的热负荷。
商用常规的SLM设施例如提供如下可行性：经由电阻加热装置对构建平台加温。然而，这种系统仅允许直至大约500℃的粉末床温度，对于原材料的更高的温度而言必须动用其他热源。
根据DE 10 2012 206 122 A1提出，也能够借助于感应线圈实现预先加温，使得构件被感应地加温。然而，通过感应引入热量与构件的几何形状相关。因此，对构件的均匀加温仅能在构件几何形状相对简单且构件的构型紧凑的情况下实现。在几何结构较复杂时，在处于形成中的构件中的涡流的构成被干扰，因此造成构件的不均匀的加温。此外，当应当达到特定的组装状态时，在构件中的冷却速度是决定性的。例如，在由镍基或钴基的超合金构成的涡轮机构件中，对于耐高热的构成方式重要的是：在组织中存在高份额的γ’沉淀物。然而，所述γ’沉淀物仅在低于大约1150℃的γ’固相温度的构件以慢于大约1℃/s被冷却时构成。因此，在由镍基超合金制造构件时期望的是，将构件在熔池附近的冷却限制于相应的温度，或在增材制造之前或期间将原材料加温到尽可能高的温度。对此，当然也必须相应地设计包围粉末床和/或原材料的设施部件。这尤其提出对所使用原料的高要求。
发明内容
因此，本发明的目的是，提出如下手段，能够借助于所述手段改进用于要由超合金制造的构件的增材制造工艺。尤其在增材制造之前或在增材制造期间应当实现对用于要增材制造的构件的原材料改进地加温，使得尤其在构件的材料中的γ’沉淀物方面改善制成的构件的结构特性。
所述目的通过独立权利要求的主题实现。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
本发明的一个方面涉及一种用于由粉末床增材制造构件的设施的设备，所述设备包括用于保持或挡住尤其粉末状的原材料的壁部，所述原材料用于增材制造构件，也就是说在增材制造之前或期间保持或挡住尤其粉末状的原材料。
所述粉末床优选由原材料形成。
在一个设计方案中，设备是壁部。
因此，将表述“保持”或“拦住”理解为，用于增材制造的壁部优选与原材料直接接触。与之相应地，例如在适当地预先加热原材料时和/或在增材制造期间将壁部强制性地由原材料或粉末床加温到前述温度。
壁部能够是壁结构、围栏或壳体。壁部优选用于将粉末床例如限制在用于增材制造构件的相应的设施中。优选地，壁部直接或紧邻地限界粉末床的原材料。
本发明的另一方面涉及一种包括所述设备的设施，其中所述设施构成用于：由超合金，例如由镍基或钴基的超合金增材构造或制造所述类型的构件。
在一个设计方案中，壁部构成为，在至少500℃的原材料的或用于原材料的温度下，例如预先加温温度下是耐热的和/或承受住所提出的温度。
在一个设计方案中，壁部构成为：在至少600℃的温度下，例如预先加温温度下是耐热的或承受住所述温度。
一个设计方案中，壁部构成为，在至少700℃的温度下，例如预先加温温度下是耐热的或承受住所述温度。
在一个设计方案中，壁部构成为，在至少800℃的温度下，例如预先加温温度下是耐热的或承受住所述温度。
一个设计方案中，壁部构成为，在至少900℃的温度下，例如预先加温温度下是耐热的或承受住所述温度。
在一个设计方案中，壁部构成为，在至少1000℃的温度下，例如预先加温温度下是耐热的或承受住所述温度。
在一个设计方案中，壁部构成为，在至少1100℃，优选1200℃或更高的温度下，例如预先加温温度下是耐热的或承受住所述温度。
在一个设计方案中，壁部构成用于：保持作为原材料的的如下材料，所述材料用于由沉积硬化的或可沉积硬化的超合金增材制造构件。所述沉积硬化优选涉及在制成的构件中的γ或γ’硬化或相应的沉积物。
壁部具有基础材料。
在一个设计方案中，壁部具有耐热的，优选耐高热的基础材料。基础材料例如能够是耐高热的钢和/或超合金，例如镍基的或钴基的超合金。通过所述设计方案，为了增材制造适当地与原材料直接接触的壁部能够经受住如下温度，原材料以对于增材制造或之前的预先加温有利的方式被加温到所述温度。
在一个设计方案中，壁部在基础材料的内侧具有抗氧化保护层，例如富铝土覆层(Allitierung)或扩散覆层。
内侧优选表示基础材料的如下侧，该侧尤其直接朝向原材料或粉末床,或与原材料或粉末床(直接)接触。通过所述设计方案，有利地预防基础材料的材料结构的氧化或受温度引起的变差。
相应地，基础材料的外侧优选表示基础材料的如下侧，所述侧背离(用于制造的)粉末床或原材料并且优选不与原材料接触。
基础材料在内侧上具有隔热层。
在一个设计方案中，抗氧化保护层设置在隔热层和基础材料之间。以这种方式，原材料能够特别有利地被保护防止如下温度影响，原材料为了制造构件而必须被加温到所述温度。
在一个设计方案中，基础材料在外侧上具有冷却结构。通过所述设计方案，能够将基础材料，无论在其内侧上是否已经通过隔热层和/或抗氧化保护，从外部适宜地进行冷却。
在一个设计方案中，冷却结构构成用于：由冷却流体，例如空气、水或氮气穿流或入流，以冷却壁部和/或壁部的基础材料。所述设计方案能够实现特别适当的冷却。
在一个设计方案中，壁部形成用于原材料的竖直限界部或围栏。用竖直限界部能够表示用于增材制造的设施的设施壁。此外，根据本设计方案的壁部能够限定用于构件的制造空间。
在一个设计方案中，壁部形成构建平台的至少一部分，所述构建平台用于增材制造构件。通过所述设计方案能够特别适宜地提供构件平台，所述构件平台提供根据本发明的优点。
在一个设计方案中，设备包括热源，所述热源构成用于：将用于增材制造构件的原材料加温到至少500℃的温度。
在一个设计方案中，热源包括红外灯，激光器，尤其一个或多个红外激光器，和/或感应加热系统。所述设计方案是特别适宜的设计方案，以便将原材料在增材制造构件之前或期间加温到适宜高的温度，尤其加温到至少500℃的温度。
本发明的另一方面涉及一种用于运行所述设施的方法，所述方法包括将用于(要增材制造的)构件的原材料预先加温到至少500℃的温度。
本发明的另一方面涉及一种由超合金构成的或包括超合金的构件，所述构件借助于上述方法制造和/或可借助于上述方法制造。
所描述的方法和/或所描述的构件同样实现如上所述的发明目的。
当前涉及设备和/或设施的设计方案、特征和/或优点还能够涉及方法和/或构件，并且反之亦然。
附图说明
下面，根据附图描述本发明的其他细节。
图1示出用于增材制造构件的设施的设备的示意的剖面图或侧视图的一部分。
图2示出包括设备的设施的示意的剖面图或侧视图。
具体实施方式
图1示出设备100。所述设备100优选是用于尤其由粉末床增材制造构件10(参见图2)的设施200的设备。
构件10能够优选由超合金，例如沉积硬化的或γ硬化的、镍基或钴基的超合金制造。这种超合金例如能够是材料“IN 625”或者“Hastelloy X”。
所述设备100能够形成用于构件10的原材料1的粉末限界部或围栏。
优选粉末状的原材料1同样在图1中示出，借此应表明粉末床，所述粉末床由壁部30，优选在运行设备100之前或期间——在增材制造构件的范围内——限界或保持。
设备100包括壁部30或壁。壁部30优选耐热地，优选耐高热地和/或抗高温地构成。
壁部30优选构成用于：承受住至少500℃或更高温度的原材料1的预先加温温度和/或运行温度。优选地，壁部30是在至少600℃，尤其700℃，特别优选800℃，例如1000℃或更高的温度下耐热的。
壁部30能够构成为，在还更高的温度下，例如1200℃或更高，例如1500℃或甚至2000℃或3000℃的原材料1的预先加温温度和/或运行温度下是耐热的或承受住所述温度。
壁部30包括基础材料31。在壁部31的内侧上(图1中左侧)，也就是说在基础材料31的朝向原材料1的侧上，基础材料1包括抗氧化保护层33，尤其用于保护基础材料31免受氧化的或其他热引起的有害的影响。抗氧化保护层33能够是防扩散层或例如包括铬或MCrAlY合金。
壁部30——在其的内侧上——还包括隔热层32。隔热层32优选——为了增材制造构件10——而直接与原材料1接触或对所述原材料限界。抗氧化保护层33适宜地设置在基础材料31和隔热层32之间。通过所述设置方式，壁部30的基础材料31适宜地被保护免于在增材制造范围内的高的热负荷影响。
壁部30还具有冷却结构34。冷却结构设置在基础材料31的背离原材料或粉末床的侧上(在图1中右侧)。冷却结构34设置为用于：从外部冷却基础材料31和/或壁部30。为此，冷却结构34仅能够设有冷却表面或结构化的表面，以便能够实现冷却效果或与平坦表面相比改善的热交换。替选地或附加地，冷却结构34能够具有冷却通道36，所述冷却通道能够是闭合的或打开的，以便使冷却结构34通过冷却流体穿流进而主动地进行冷却。冷却流体例如能够包括空气、水、氮气或其他流体。冷却结构34也能够具有栅格结构(未明确示出)以实现冷却效果。
所述设备100还具有热源20，所述热源优选构成用于：将由壁部30保持的原材料1加温到至少500℃的温度。加温不仅能够是预先加温而且能够是在增材制造期间的工艺加温。适宜地，热源20是或包括红外灯，激光器，即例如红外激光器或多重激光装置和/或感应加热系统。电阻加热装置不适合于将整个粉末室加热到所述温度。
在本发明的范围内提出，将要增材制造的构件10在增材制造构件之前和/或期间加热温到至少500℃的温度，以便利用发明优点。
图2示意性示出用于增材制造构件10的设施200的剖视图或侧视图。设施200优选构成用于：从粉末床中增材构造或制造构件10。
所述设施优选是用于基于粉末床增材制造构件10的设施，尤其用于选择性激光熔化、用于选择性激光烧结或用于电子束熔化的设施。
所述设施200包括上述设备100。尤其在图2中可见的是，设备100具有多个壁部30(如上文所述)。在图中示例性地示出两个竖直壁部30(侧壁)，所述壁部将原材料1或粉末床侧向地限界，以便保持或包括原材料1。此外可见的是，构建平台35通过如上文所述的壁部30形成。示出的实施方式具有如下优点，即将原材料1在每个相应地耐热的侧上由壁部30保持，所述原材料优选为了增材制造构件10而加温到尤其高的温度。
所述设备100能够是用于原材料1的容器。所述设备100在此优选与原材料1直接接触。
设施200还包括一个或多个其他设施部件，如覆层装置或固化装置；所述覆层装置或固化装置仅用附图标记40表明。
本发明不通过根据实施例的说明而限制于此，而是包括每个新的特征以及特征的任意组合。这尤其包含在权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合本身并未明确地在权利要求或实施例中说明也如此。

Claims (13)

1.一种用于由粉末床增材制造构件(10)的设施(200)的设备(100)，所述设备包括用于保持原材料(1)的壁部(30)，所述原材料用于增材制造所述构件(10)，其中所述壁部(30)具有基础材料(31)并且在所述基础材料(31)的内侧上具有隔热层(32)，并且其中所述壁部(30)构成为，在至少600℃的温度下是耐热的。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述壁部(30)构成用于：保持作为原材料(1)的如下材料，所述材料用于由沉淀硬化的或能沉淀硬化的超合金增材制造所述构件(10)。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中所述壁部具有耐热的基础材料(31)，例如耐高热的钢和/或超合金。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中所述壁部(30)具有基础材料(31)并且在所述基础材料(31)的内侧上具有抗氧化保护层(33)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中所述壁部(30)具有基础材料(31)，并且在所述基础材料(31)的外侧上具有冷却结构(34)。
6.根据权利要求5所述的设备(100)，其中所述冷却结构(34)构成用于：由冷却流体，例如空气、水或氮气穿流或入流以冷却用于增材制造的所述壁部(30)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中所述壁部(30)形成用于所述原材料(1)的竖直限界部。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中所述壁部(30)形成构建平台(35)的至少一部分，所述构建平台用于增材制造所述构件(10)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，所述设备包括热源(20)，所述热源构成用于：将用于增材制造所述构件(10)的所述原材料(1)加温到至少600℃的温度。
10.根据权利要求9所述的设备(100)，其中所述热源(20)包括红外灯、激光器和/或感应加热系统。
11.一种设施(200)，其包括根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，所述设施构成用于：由超合金，例如镍基或钴基的超合金增材制造构件(10)。
12.一种用于运行根据权利要求11所述的设施(200)的方法，所述方法包括将用于所述构件(10)的原材料(1)预先加温到至少600℃的温度。
13.一种由超合金构成的构件(10)，所述构件借助于根据权利要求12所述的方法制造和/或能够借助于根据权利要求12所述的方法制造。
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