CN109153177A - 用于增材制造的构建平台和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增材制造构件(1)、尤其由超合金增材制造构件的构建平台(2)，其中构建平台(2)具有表面区域(3)，所述表面区域通过增材制造方法来制造，其中增材制造方法是射束熔化方法或射束焊接方法。此外，描述将构建平台(2)用作为用于、构件(1)、尤其由超合金增材制造构件的基底，以及描述一种用于增材制造构件(2)的方法，其中构建平台(2)的表面区域(3)通过射束熔化方法或射束焊接方法制造。

Description

用于增材制造的构建平台和方法
技术领域
本发明涉及一种用于增材制造构件的构建平台、一种对应的用于增材制造的设备和构建平台作为用于增材制造的基底的应用。此外，本发明涉及一种用于增材制造构建平台的方法。
背景技术
构件优选设置用于使用在流体机械、优选燃气轮机中。构件优选由超合金、尤其镍基的或钴基的超合金构成。超合金能够沉淀硬化或者是可沉淀硬化的。
构件还能够由耐结垢的和/或耐高热的合金构成或者包括该合金。
优选地，构件应用在流体机械、如燃气轮机的热气路径或热气区域中。
生材或增材制造方法例如包括射束熔化和/或射束焊接方法。尤其选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)属于射束熔化方法。例如电子束焊接或激光堆焊(LMD)、尤其激光粉末堆焊属于所述的射束焊接。
已证明增材加工方法(英文：“additive manufacturing”)对于复杂的或复杂化的或精巧设计的构件、例如迷宫式结构、冷却结构和/或轻质结构是特别有利的。尤其是，增材加工、尤其通过特别短的工序序列的增材加工是有利的，因为构件的制造或加工步骤能够直接地基于相应的CAD文件进行。
此外，增材加工对于原型的开发或制造是特别有利的，所述原型例如出于成本原因借助于常规的减材或切削方法或铸造技术无法或无法高效地制造。
在增材加工的领域中、尤其在借助于射束熔化和/或射束焊接方法加工高性能材料时观察到的问题是：沉积的材料带或痕迹的组分或构成与相应的基底的特性相关。尤其是，沉积的焊接轨道(焊道)的焊透深度能够与基底材料在相应部位处的化学和/或物理特性相关。
用于所描述的增材制造方法的基底通常借助于精密铸造技术来制造。在涡轮机部件、尤其由高性能材料、例如超合金构成的涡轮机构件的增材加工的领域中，相应的基底材料优选同样包括耐高温的或耐高热的材料、例如超合金。
然而，沉积结果与基底组分的所提出的相关性尤其在加工用于涡轮机部件的材料时是成问题的，其中最小的痕迹或杂质已经会破坏要增材制造的或要构建的构件的期望的特性。例如，少量的氧或其他元素已经会妨碍构成期望的或所需要的材料相，如镍基或钴基超合金的γ或γ’相，其中所述元素例如在制造期间在基底和构件之间的界面处扩散到所述构件中。
基底的组分的所述的变化会受制于制造，并进而是不受控的。尤其是，这在制造结果的可复现性方面是大的障碍，该障碍例如对于参数寻优意味着提高的开发耗费和/或提高的成本和时间耗费。
发明内容
因此，本发明的目的是：提出一种手段，借助所述手段能够消除上述问题。尤其是，提出一种构建平台，所述构建平台至少在决定性的表面区域上具有关于其化学和物理特性均匀的组分，使得在将该构建平台用作为基底的情况下能够在增材制造中实现可复现的制造结果。
所述目的通过独立权利要求的主题来实现。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增材制造构件、尤其由超合金、如镍基或钴基超合金、尤其耐高热的合金增材制造构件的构建平台，所述构件用于在燃气轮机的热气区域中使用。构建平台具有表面区域，所述表面区域通过增材制造方法来制造或构建或能够通过其制造，其中增材制造方法是射束熔化方法或射束焊接方法。
作为替选方案，增材制造方法能够是烧结方法、例如选择性激光烧结(SLS)。
尤其是，通过所述的增材制造方法和/或相应的材料提供构建平台——例如与常规通过精密铸造制造的基底相比——提供如下优点：材料组分特别均匀。例如，通过所描述的技术，基底或构建平台的表面能够几乎完全单相地或没有相变地构建。因此，也通过该“均匀的基底底层(Subtratunterlage)”改进制造结果的可复现性。尤其是，均匀的基底或平台表面产生熔化物中的可复现的结果或通过焊接工艺直接沉积在基底上的材料痕迹的可复现的结果。
表述“组分”优选表示化学和/或物理组分。
用组分的“均匀性”能够表示：相应的材料相在构建平台的表面上仅具有唯一的相或者没有相变，所述相变例如因在基底或构建平台上增材沉积材料期间的融合过程也会改变在其之上沉积的材料结构，其中所述表面优选通过表面区域形成(参见上文)。
根据本发明在仅所描述的表面区域的材料特性相应地是均匀的情况下就足以解决所描述的问题，因为表面区域的化学/物理组分优选对于要构建在构建平台上的构件的材料特性是决定性的。
本发明的另一方面涉及一种构建平台，其包括表面区域，所述表面区域至少宏观上具有化学和/或物理均匀的组分。
本发明的另一方面涉及一种构建平台，其包括表面区域，所述表面区域至少宏观上是单相的。
表述“宏观上”尤其能够表示：微观的和/或介观的均匀性或“单相性(Einphasigkeit)”不必一定存在并且也可能甚至无法实现。
所述的均匀性或单相性优选涉及具有例如100μm或更大的(横向)尺寸的构建平台的表面中的区域。
借助“宏观上”还能够表示：材料组分例如仅在宏观层面上，例如对于小于100μm的尺寸在表面区域的表面之上变化。
材料组分例如——为了在宏观上还是均匀的——能够仅在如下面或尺寸之上变化，所述面或尺寸借助(人类)裸眼不再可见。
在一个设计方案中，增材制造方法是用于激光束或电子束熔化的方法。
在一个设计方案中，增材制造方法是用于激光堆焊、尤其用于激光粉末堆焊的方法。
在一个设计方案中，用于增材制造构件的方法是射束熔化方法，尤其选择性激光熔化。这些方法对于根据预设的几何形状由高性能材料制造涡轮机部件是特别适宜的。
在一个设计方案中，用于增材制造构件的方法和所描述的用于构建平台的增材制造方法是相同的。将构建平台用作为用于增材制造构件的基底尤其是有利的，因为通过类型相同的方法通常能够使用类似的或相关的材料体系，所述材料体系引起制造结果的特别的可复现性，其中构建平台借助相同的方法制造。
在一个设计方案中，表面区域由超合金、尤其镍基或钴基的、沉淀硬化的或可沉淀硬化的超合金构成或包括该合金。
在一个设计方案中，表面区域沿着构建平台的厚度延伸，所述厚度足够使构建平台在表面区域之下的材料组分变化不再能够引起要构建的构件的特性变化。这尤其会情况如此，因为所描述的层厚度或厚度会超过在增材构建期间破坏要构建的构件的材料特性的物质在基底中的扩散长度。
在一个设计方案中，表面区域从构建平台的表面延伸进入到构建平台中达到至少500μm、优选至少1mm的厚度。表面区域的层厚度当前优选足以为用于构件的要构建在表面上的、尤其要材料配合地连接的结构实现在材料组分方面可复现的制造结果。
在一个设计方案中，构建平台完全地通过所描述的增材制造方法来制造或构建。该设计方案尤其有利于对整个构建平台配设有利地均匀的材料组分。
在一个设计方案中，表面区域至少宏观上具有化学和/或物理均匀的组分。
在一个设计方案中，表面区域至少宏观上是单相的，或表面区域不具有共析区域或相变。
在一个设计方案中，表面区域具有平均粒度小于300μm的粒度分布。特别优选地，表面区域具有平均粒度小于100μm的粒度分布。
此外，相对小的粒度分布有利地实现或引起表面区域或其表面的材料特性或材料组分的期望的均匀性。
本发明的另一方面涉及一种用于增材制造构件的设备，其包括所描述的构建平台。该设备适宜地还包括用于例如用于构件的初始材料的射束熔化和/或射束焊接的装置。
本发明的另一方面涉及一种将所描述的构建平台作为基底的应用，该基底用于所描述的构件的增材料制造。
在一个设计方案中，构建平台的表面区域的材料的主要组成部分和/或合金组成部分与要增材制造的构件的主要组成部分和/或合金组成部分相一致。通过该设计方案，有利地在增材制造构件时能够实现特别可复现的结果。
本发明的另一方面涉及一种用于增材制造所描述的用于增材制造构件的构建平台的方法，其中构建平台的至少一个表面区域通过射束熔化方法或射束焊接方法(参见上文)来制造或能够通过其来制造。
当前涉及构建平台或设备的设计方案、特征和/或优点还能够涉及用于增材制造的方法或应用，或者反之亦然。
附图说明
本发明的其他的细节在下文中根据附图描述。
图1示意地示出用于增材制造构件的设备的剖面图或侧视图。
图2示出根据本发明的构建平台的表面区域的示意俯视图。
在实施例和附图中，相同的或起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。示出的元件和其彼此间的大小比例原则上不能够视为是合乎比例的，更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸大或厚地示出各个元件。
具体实施方式
当前，根据附图描述构建平台，以及其用于构件增材制造的应用和用于制造构建平台的方法。
图1示意地示出用于增材制造构件或工件1的设备100的剖面图或侧视图。
设备100优选是用于通过射束熔化或射束焊接方法增材制造构件1的设备。对于所述的增材方法尤其考虑选择性激光熔化、选择性激光烧结、电子束熔化、激光堆焊、尤其激光粉末堆焊或电子束焊接方法。作为堆焊方法同样能够使用所谓的“微熔覆(microcladding)”，所述微熔覆能够专门针对分解小于100μm的相应沉积的结构所设。
构件1能够是根据预先确定的或期望的几何形状制造的或可制造的三维物体，所述三维物体根据增材制造方法通过多个单独的层、例如基于3D-CAD文件构建。用于构件1的优选的制造方法是选择性激光熔化。
构件1能够为涡轮机部件，例如由镍基或钴基的超合金构成的部件，所述部件使用在燃气轮机的热气路径中。
在图1中示出，构件1优选仅部分地并且未完成制造，即在其增材制造期间。
设备100包括构建平台2，所述构建平台优选起用于增材构建构件1的基底作用。
构件平台2具有表面区域3。表面区域3形成构建平台2的表面4。在表面4上适宜地借助所述的方法增材构建或制造构件1。
表面区域3优选具有伸展或厚度D。厚度D优选为至少500μm，特别优选为至少1mm或更大。
例如，表面区域3能够在构建平台的厚度之上延伸，使得所述表面区域比构建平台中的各个痕迹或元件的扩散长度更厚，所述扩散长度能够影响表面区域的表面4的材料组分，尤其在相应的增材加工的温度条件下。
表面区域3还优选在构建平台2的整个横向伸展之上延伸。
表面区域3根据本发明尤其借助于所描述的增材制造方法增材制造或构建或能够制造。由此，有利地能够提供构建平台2的或表面区域3的特别均匀的材料组分。例如，整个表面4至少宏观上观察能够在其材料组分方面是完全均匀的或单相的(参见图2)。此外，表面区域的材料的粒度分布(宏观上)是均匀的，其中粒度分布具有优选小于300μm、特别优选小于100μm的平均粒度。
所述的材料或表面均匀性优选对于所述的基于射束的增材制造方法、尤其用于加工用于涡轮机叶片的高性能材料的增材制造方法是固有的(参见图2)。由此，能够通过如下方式实现本发明的优点，尤其改进制造结果：根据本发明的构建平台用于增材构建构件1。
替选于表面区域3的所描述的设计方案，构建平台2能够完全地通过上面描述的基于射束的增材制造方法制造或能够通过其制造。换言之，表面区域3能够在构建平台2的整个厚度伸展之上、例如沿着构件的构建方向(未明确地表示)延伸。
在基于粉末床的增材制造方法的情况下，即例如选择性激光熔化，构建平台2为了逐层构建在每次施加粉末层(未明确示出)之后优选通过相应的装置(通过虚线表明)下降，更确切地说，下降了与构件的要新施加的和/或要加固的层的层厚度对应的量。
随后，该施加的层优选借助于射束装置6，例如借助激光束熔化和固化或焊接。
射束装置6根据上面描述的方法尤其能够构建为用于堆焊或选择性激光束熔化或电子束熔化的激光束或电子束装置。在选择性激光熔化中，粉末床(未明确地在附图中示出)借助射束装置6尤其被扫描或驶过。相应的能量束通过虚线表明。
构建平台2根据本发明还优选借助于上面描述的方法制造或能够借助于其制造，以便构件1的增材制造如上面描述的那样以尽可能相同类型的材料来执行，使得为构件1能够实现特别可复现的制造结果。
尤其是，该特别可复现的材料构建通过所描述的材料特性、尤其表面区域3的、尤其是其表面4的化学和/或物理特性的均匀性来实现。
优选地，合金组成部分、优选表面区域3的材料和构件1的材料的主组成部分相同或相一致。该设计方案可特别适宜地通过如下方式实现：尤其用于增材制造构件1的方法和增材制造方法同样是相同的，通过所述增材制造方法制造构建平台。
图2示意性地示出构建平台2的表面区域3的表面4的俯视图。应当通过表面4的规则的打点来表明：表面区域2关于其至少宏观上在整个表面4之上(或者至少在其大的区域之上)分布的物理和/或化学特性的材料组分是均匀的，并且优选不具有相变，而是单相的。
构建平台2的表面4或表面区域3的这种均匀的材料组分尤其借助于常规的方法、尤其通常使用的精密铸造技术是不可行的。根据本发明，该设计方案和进而还有本发明的优点通过使用所描述的增材制造方法，尤其选择性激光熔化来实现或也借助于激光堆焊来实现。
本发明并不受根据实施例进行的描述而限制于此，而是包括各个新的特征以及特征的各个组合。这尤其包含权利要求中的特征的各个组合，即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中明确地说明时也是如此。

Claims (13)

1.一种用于增材制造构件(1)、尤其由超合金增材制造构件的构建平台(2)，其中所述构建平台(2)具有表面区域(3)，所述表面区域通过增材制造方法来制造，其中所述增材制造方法是射束熔化方法或射束焊接方法。
2.根据权利要求1所述的构建平台(2)，其中所述增材制造方法是用于激光束或电子束熔化的方法。
3.根据权利要求1所述的构建平台(2)，其中所述增材制造方法是用于激光堆焊、尤其用于激光粉末堆焊的方法。
4.根据上述权利要求中任一项所述的构建平台(2)，其中用于增材制造构件的方法和用于构建平台的增材制造的方法是相同的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的构建平台(2)，其中所述表面区域(3)从所述构建平台的表面(4)延伸进入到所述构建平台(2)中达到至少500μm的厚度(D)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的构建平台(2)，所述构建平台完全地通过所述增材制造方法来制造。
7.根据上述权利要求中任一项所述的构建平台(2)，其中所述表面区域(3)至少宏观上具有化学和/或物理均匀的组分。
8.根据上述权利要求中任一项所述的构建平台(2)，其中所述表面区域(3)至少宏观上是单相的。
9.根据上述权利要求中任一项所述的构建平台(2)，其中所述表面区域(3)具有平均粒度小于300μm的粒度分布。
10.一种用于增材制造构件(1)的设备(100)，其包括根据上述权利要求中任一项所述的构建平台(2)，所述设备还包括用于射束熔化和/或射束焊接的装置(6)。
11.一种根据权利要求1至9中任一项所述的构建平台(2)的应用，所述应用是将所述构建平台用作为用于增材料制造构件(1)的基底，所述构件尤其由超合金增材制造。
12.根据权利要求11所述的应用，其中所述表面区域(3)的材料的主要组成部分和/或合金组成部分与要增材制造的构件(1)的主要组成部分和/或合金组成部分相一致。
13.一种用于增材制造用于增材制造的构建平台(2)的方法，其中所述构建平台(2)的表面区域(3)通过射束熔化方法或射束焊接方法来制造。
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