DE102007056259A1 - Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke - Google Patents

Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke, insbesondere Formen und Direktbauteile aus Stahl, wobei Stahlpulver lagenweise auf eine Unterlage aufgetragen und durch Einfluß von fokussierter Strahlung zumindest bereichsweise in eine Schmelzphase überführt wird und nach deren Abkühlung und Verfestigung das Werkstück entsteht, wobei eine Stahllegierung aufgeschmolzen wird, die martensitaushärtbar ist, mehr als 10% Chrom enthält und wenigstens eines der nachfolgenden Legierungselemente umfaßt: mehr als 0,6% Molybdän, mehr als 0,1% Aluminium, mehr als 0,45% Niob und/oder mehr als 0,1% Titan und/oder Beryllium und/oder Tantal und/oder Cobalt und/oder Zirkonium und/oder Wolfram und/oder Vanadium.

Description

  • Die Erfindung/Neuerung betrifft ein Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke, insbesondere Formen aus Stahl, wobei Stahlpulver lagenweise auf eine Unterlage aufgetragen und durch Einfluß von fokussierter Strahlung zumindest bereichsweise in eine Schmelzphase überführt wird und nach deren Abkühlung und Verfestigung das Werkstück entsteht.
  • Ein typischer für diesen Anwendungsbereich im Stand der Technik verwendeter Stahl stellt der Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4542 dar. Dieser wird unter dem Handelsnamen „StainlessSteel 17-4" vertrieben. Nach Herstellerangaben ist dieser Stahl nicht martensitaushärtbar.
  • Der Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laserschmelz- oder Sinterverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß das generativ aus diesem Verfahren hergestellte Werkstück aus einem Stahlwerkstoff gefertigt wird, der es erlaubt, das Werkstück nach dem generativen Herstellungsverfahren härten zu können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Stahllegierung des Werkstückes derart zu wählen, daß dieses auf einfache und möglichst konventionelle Weise gehärtet werden kann und das Werkstück einen hohen Härtegrad aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 sowie die Verwendung der in Anspruch 12 beschriebenen Stahllegierung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–11 sowie 13 und 14.
  • Als Kern der Erfindung wird es angesehen, daß eine Stahllegierung aufgeschmolzen wird, die martensitaushärtbar ist, mehr als 10% Chrom enthält und wenigstens einen der nachfolgenden Legierungsbestandteile umfaßt:
    mehr als 0,6% Molybdän,
    mehr als 0,1% Aluminium,
    mehr als 0,45% Niob und/oder
    mehr als 0,1% Titan, Beryllium, Tantal, Cobalt, Zirkonium, Wolfram und/oder Vanadium.
  • Die Kombination aus einer martensitaushärtbaren Stahllegierung, die mehr als 10% Chrom enthält und wenigstens einen der oben aufgeführten Legierungsbestandteile mit mehr als dem beschriebenen Wert enthält, ermöglicht es, nach einem Laserschmelz- oder Sinterverfahren das daraus hervorgehende Werkstück in einem anschließenden Verfahren zu härten. Die Aushärtbarkeit wird durch Zulegierung von insbesondere Molybdän ermöglicht, welche beim Auslagern intermetallische Phasen bildet, die sich ausscheiden (z. B. Zulegieren von Molybdän: Ni3Mo, Fe3Mo) Das erfindungsgemäße Werkstück kann nun über wenigstens einen Härtewert von 47 HRC nach Rockwell (ca. 450 HB nach Brinell) umfassen. Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, wenn für die Stahllegierung der Werkstoff mit der Nummer 1.4534 und/oder der Werkstoff X3CrNiAlMol2-9-2-1 gewählt wird. Diese beiden Stahllegierungen haben sich insbesondere für die Herstellung von Werkstücken aus einem Laserschmelz- oder Sinterverfahren bewehrt. Da sich diese Werkstoffe während des Laserschmelz- oder Sinterverfahrens problemlos handhaben lassen und den Herstellungsprozeß nicht behindern.
  • Im Sinne einer Zusatzfunktion kann es vorgesehen sein, die Unterlage aus einem martensitaushärtbaren Unterbau zu bilden, der einen Teil des fertiggestellten Werkstücks bildet und mit dem Härtegrad von mehr als 43 HRC, insbesondere mehr als 47 HRC vorgefertigt ist oder nach dem Aufbauprozeß auf 43 HRC, insbesondere 47 HRC härtbar ist. Die aus einem derartigen Laserschmelz- oder Sinterverfahren hergestellten Werkstücke werden auch als Hybridwerkstücke bezeichnet, die aus wenigstens zwei Bauteilbereichen zusammengesetzt sind, wobei wenigstens ein Bauteilbereich durch das Laserschmelz- oder Sinterverfahren hergestellt wird. Der martensitaushärtbare Unterbau ist vorteilhafterweise aus einem Stahl mit mehr als 10% Chrom und wenigstens einer der folgenden Komponenten zusammengesetzt:
    mehr als 0,6% Molybdän,
    mehr als 0,1% Aluminium,
    mehr als 0,45% Niob,
    mehr als 0,1% Titan, Beryllium, Tantal, Cobalt, Zirkonium, Wolfram und/oder Vanadium.
  • Insbesondere die Verwendung des Stahls X3CrNiAlMO12-9-2-1 bildet eine vorteilhafte Werkstoffwahl für den Unterbau des Werkstücks.
  • Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, wenn der Unterbau aus einem Stahl mit mehr als 12% Chrom und weniger als 0,2% Kohlenstoff besteht. Da insbesondere diese beiden Parameter sowohl eine gute Anbindung des auf den Unterbau aufgebauten, im Zuge des generativen Verfahrens hergestellten Werkstückbereiches mit dem Unterbau gewährleistet, als auch eine problemlose Härtung des Unterbaus ermöglicht.
  • Alternativ zu dem X3CrNiAlMol2-9-2-1-Stahl sind weitere explizit zu erwähnende vorteilhafte Stähle mit der Werkstoffnummer 1.2083, 1.2085, 1.2316 für den Unterbau.
  • Eine günstige Legierungskombination für das aus einem vorgefertigten Unterbau und einem generativ aus Stahlpulver gefertigten Aufbau des Werkstückes ist die, wenn der Unterbau aus einem der nachfolgenden Legierungen: 1.2311, 1.2312, 1.2316, 1.2083, 1.2343, 1.2344, 1.2709, 1.2767, 1.4534 oder X3CrNiAlMol2-9-2-1 besteht sowie und für den Aufbau ein Pulverwerkstoff mit mehr als 12% Chrom und Legierungszusätzen aus Molybdän und/oder Nickel sowie einer Aushärtbarkeit auf einen Härtegrad von mehr als 45 HRC aufweist. Wiederum ist für den Aufbau der Werkstoff X3CrNiAlMol2-9-2-1 und 1.4534 besonders vorteilhaft.

Claims (14)

  1. Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke, insbesondere Formen und Direktbauteile aus Stahl, wobei Stahlpulver lagenweise auf eine Unterlage aufgetragen und durch Einfluß von fokussierter Strahlung zumindest bereichsweise in eine Schmelzphase überführt wird und nach deren Abkühlung und Verfestigung das Werkstück entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stahllegierung aufgeschmolzen wird, die – martensitaushärtbar ist, – mehr als 10% Chrom enthält und wenigstens eines der nachfolgenden Legierungselemente umfaßt: – mehr als 0,6% Molybdän, – mehr als 0,1% Aluminium, – mehr als 0,45% Niob und/oder, – mehr als 0,1% Titan und/oder Beryllium und/oder Tantal und/oder Cobalt und/oder Zirkonium und/oder Wolfram und/oder Vanadium.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung wenigstens 2,0% Nickel umfaßt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fertiggestellte Werkstück auf wenigstens 47 HRC aushärtbar ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung aus dem Werkstoff X3CrNiMoAl13-8-2 (1.4534) und/oder X3CrNiAlMol2-9-2-1 gewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage einen martensitaushärtbaren Unterbau umfaßt, der einen Teil des fertiggestellten Werkstückes bildet und mit einem Härtegrad von mehr als 43 HRC, insbesondere mehr als 47 HRC vorgefertigt ist oder nach dem Aufbauprozeß auf 43 HRC, insbesondere 47 HRC härtbar ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der martensitaushärtbare Unterbau aus einem Stahl mit mehr als 10% Chrom und wenigstens einer der folgenden Komponenten besteht: mehr als 0,6% Molybdän und/oder mehr als 0,1% Aluminium und/oder mehr als 0,45% Niob und/oder mehr als 0,1% Titan, Beryllium, Tantal, Kobalt, Zirkonium, Wolfram, Vanadium.
  7. Verfahren nach Anspruch 5; dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl des Unterbaus Stahl X3CrNiAlMol2-9-2-1 ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau aus einem Stahl mit mehr als 12% Chrom und weniger als 0,2% Kohlenstoff besteht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau aus einem der Stähle 1.2083, 1.2085, 1.2316 besteht.
  10. Werkstück, gebildet aus einem vorgefertigten Unterbau aus Stahl sowie einem Generativ aus Stahlpulver nach einem der vorhergehenden Ansprüche gefertigten Aufbau, gekennzeichnet durch einen Unterbau aus einer der nachfolgend genannten Legierungen: 1.2311, 1.2312, 1.2316, 1.2083, 1.2343, 1.2344, 1.2709, 1.2767, 1.4534 oder X3CrNiAlMol2-9-2-1 sowie einem Aufbau aus Pulverwerkstoff mit mehr als 12% Chrom und Legierungszusätzen aus Molybdän und/oder Nickel sowie einer Aushärtbarkeit auf einen Härtegrad von mehr als 45 HRC.
  11. Werkstück nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch, daß der Aufbau aus dem Werkstoff X3CrNiAlMol2-9-2-1 und/oder 1.4534 gewählt ist.
  12. Verwendung einer Stahllegierung die martensitaushärtbar ist und mehr als 10% Chrom enthält sowie wenigstens eines der nachfolgenden Legierungselemente umfaßt: – mehr als 0,6% Molybdän, – mehr als 0,1% Aluminium, – mehr als 0,45% Niob, – mehr als 0,1% Titan und/oder Beryllium und/oder Tantal und/oder Cobalt und/oder Zirkonium und/oder Wolfram und/oder Vanadium in einem generativen Schmelzverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke.
  13. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Werkstoff 1.4534 oder X3CrNiAlMol2-9-2-1 umfaßt.
  14. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens 2,0% Nickel umfaßt.
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