DE102010050711A1

DE102010050711A1 - Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils sowie Vorrichtung

Info

Publication number: DE102010050711A1
Application number: DE102010050711A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bayer Erwin; Dipl.-Ing. Heß Thomas; Roland Huttner
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils (3), aufweisend folgende Schritte: Aufbringen des Pulvers lediglich im Bereich einer zu verfestigenden Schicht (2) des Bauteils (3); und Verfestigen der Schicht (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils sowie eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils.
Ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils sowie eine entsprechende Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 10 2005 025 199 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Bauteil 1 auf einem Träger 5 in einem Bauraum 2 aus Pulver 3 schichtweise aufgebaut, siehe 1 dieser Druckschrift. Ein Laser 4 erzeugt dazu einen Laserstrahl, welcher punktuell die Bereiche des Pulvers 3 nach und nach belichtet, die verfestigt werden sollen. Sind die Bereiche verfestigt, wird der Träger 5 um eine Schichtdicke abgesenkt und eine entsprechende Pulverschicht über die gesamte Breite des Bauraums 2 oberhalb des Bauteils 1 aufgebracht. Eine Walze 7 dient dazu, das Pulver 3 einer jeweiligen Pulverschicht zu verdichten. Die vorstehenden Schritte werden wiederholt, bis das Bauteil 1 fertig gestellt ist.
Dadurch, dass bei dem bekannten Verfahren das Pulver über die gesamte Breite des Bauraums aufgetragen werden muss, werden große Mengen Pulver benötigt, womit ein entsprechender Aufbereitungsaufwand für das Pulver verbunden ist. Weiterhin beansprucht die punktuelle Belichtung mittels des Lasers viel Zeit und verursacht aufgrund der entstehenden Temperaturgradienten Eigenspannungen und Verzüge.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
Demgemäß wird ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils, aufweisend folgende Schritte: Aufbringen eines Pulvers lediglich im Bereich einer zu verfestigenden Schicht des Bauteils; und Verfestigen der Schicht; bereitgestellt.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils, aufweisend: eine erste Einrichtung zum Aufbringen eines Pulvers lediglich im Bereich einer zu verfestigenden Schicht des Bauteils; und eine zweite Einrichtung zum Verfestigen der Schicht, bereitgestellt.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, das Pulver lediglich im Bereich einer zu befestigenden Schicht und nicht über die gesamte Breite des Bauraums, wie einleitend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben, aufzubringen. Dadurch wird der Bedarf an Pulver vorteilhaft reduziert, was wiederum einen geringeren Aufbereitungsaufwand für das Pulver bedeutet.
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Bereich über seine gesamte Breite und/oder gesamte Länge gleichzeitig verfestigt. Dies erlaubt den Einsatz insbesondere energiereicher Strahlenquellen, wodurch vorteilhafte nur geringere Temperaturgradienten in der verfestigten Schicht erzeugt werden. Dies wiederum mindert Eigenspannungen und Verzüge in der verfestigten Schicht.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Pulver mittels einer elektrostatisch aufgeladenen Walze aufgebracht. Die Walze wird elektrostatisch aufgeladen (wodurch das Pulver an der Walze haftet), um das Pulver aus einem Pulverbehälter aufzunehmen. Anschließend wird die Walze elektrostatisch entladen, um das Pulver in dem Bereich der zu verfestigenden Schicht aufzubringen. Anstelle des elektrostatischen Entladens der Walze kann das an der Walze haftende Pulver mittels eines noch stärker elektrostatisch geladenen Gegenstücks von der Walze abgenommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Walze über ihre Breite und ihren Umfang lediglich in dem Bereich für ein Anhaften von Pulver an diesem elektrostatisch aufgeladen, welcher dem Bereich der zu verfestigenden Schicht entspricht. Das heißt, dass die Walze aus dem Pulverbehälter lediglich die Pulvermenge aufnimmt, welche im Bereich der zu verfestigenden Schicht aufzubringen ist. Insbesondere kann es sich bei dem Bereich auch um einen Teilbereich der zu verfestigenden Schicht handeln.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Gestalt des elektrostatisch aufgeladenen Bereichs von einer Steuerung in Abhängigkeit von der Gestalt der zu verfestigenden Schicht gesteuert. Die Gestalt der zu verfestigenden Schicht kann der Steuerung dabei beispielsweise in Form von CAD-Daten bereitgestellt werden, welche hieraus die Gestalt des elektrostatisch aufzuladenden Bereichs der Walze automatisiert berechnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Bereich zum Verfestigen desselben mittels eines Laser belichtet. Das Verfestigen kann ein Sintern und/oder Aufschmelzen des Pulvers umfassen. Alternativ zu dem Laser kann auch ein Elektronenstrahl verwendet werden, oder eine alternative Strahlquelle.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Einrichtung als eine elektrostatisch aufladbare Walze ausgebildet. Wie bereits vorstehend beschrieben, wird die Walze zum Aufnehmen von Pulver elektrostatisch aufgeladenen. Alternativ kann die Walze auch dauerhaft elektrostatisch aufgeladen sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite Einrichtung als ein Laser ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenansicht aus 1 samt zusätzlicher Komponenten; und
3 eine Walze aus 2.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt eine Draufsicht aus einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist ein Träger 1 dargestellt. Auf dem Träger 1 ist eine zu verfestigende Pulverschicht 2 angeordnet. Die Pulverschicht 2 weist eine Gestalt auf, die dem Querschnitt des herzustellenden Bauteils, beispielsweise einem Turbinenblatt, entspricht. Bei der Pulverschicht 2 handelt es sich beispielsweise um ein Titanpulver.
2 zeigt eine Seitenansicht aus 1 samt weiterer Komponenten.
Anhand von 2 ist zu erkennen, dass die Pulverschicht 2 auf einem Abschnitt 3 des herzustellenden Bauteils angeordnet ist, welcher bereits in vorhergehenden Schritten hergestellt worden ist.
Die Pulverschicht 2 ist, wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert, lediglich im Bereich des herzustellenden Bauteils angeordnet. Das heißt, dass die Pulverschicht 2 nach dem Aufbringen derselben auf den Abschnitt 3 insgesamt und nicht nur Teile derselben ausgehärtet wird.
Die Pulverschicht 2 wird mittels einer Walze 4 auf dem Abschnitt 3 aufgebracht. Dazu wird die Walze 4 elektrostatisch aufgeladen und in einen Pulvervorrat 5 getaucht.
3 zeigt die Walze 4 aus 2 in einer perspektivischen Ansicht.
Die Walze 4 wird lediglich in einem Bereich 6 derselben elektrostatisch aufgeladen. Dies kann mittels einer geeigneten Steuerung (nicht dargestellt) erfolgen, die den Bereich 6 in Abhängigkeit von CAD-Daten des zu fertigenden Bauteils bestimmt. Wie anhand von 3 zu erkennen, haftet an dem Bereich 6 nach dem Eintauchen der Walze 4 in den Pulvervorrat 5 eine Pulverschicht 2'. Nach dem Abrollen der Walze 4 auf dem Abschnitt 3 und gleichzeitiger Entladung der Walze 4 ist die Pulverschicht 2 gebildet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Bereich 6 und damit die Pulverschicht 2 auch lediglich einem Teilbereich der Pulverschicht 2 entsprechen, so dass die Walze 4 mehrmals zwischen dem Pulvervorrat 5 und dem Abschnitt 3 hin- und herbewegt werden muss, bis die gesamte Pulverschicht 2 auf dem Abschnitt 3 aufgetragen ist.
Ist die zu verfestigende Schicht 2 vollständig auf dem Abschnitt 3 aufgetragen, wird diese mittels eines Laserstrahls 7 verfestigt. Der Laserstrahl 7 kann auf einen Bereich 11, siehe 1, der Pulverschicht 2 fokussiert werden. Der Bereich 11 ist beispielsweise streifenförmig ausgebildet.
Innerhalb des Bereichs 11 wird die Pulverschicht 2 somit über ihre gesamte Breite B und eine Teillänge L derselben gleichzeitig verfestigt. Mittels Verfahrens des Lasers 12 in der Pfeilrichtung (Längsrichtung) in 2 kann somit die gesamte Pulverschicht 2 verfestigt werden.
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden solange wiederholt, bis das Bauteil – das dann aus einer Vielzahl von Schichten 2 besteht – vollständig hergestellt ist. Die in 2 dargestellten Komponenten 1, 4, 5, 12 sowie die nicht dargestellte Steuerung bilden eine mit 13 bezeichnete Vorrichtung zum Herstellen des Bauteils, insbesondere des erwähnten Turbinenblatts.
Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar, und umgekehrt. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass „ein” vorliegend keine Mehrzahl ausschließt.
Als weitere Alternative kann die Walze mit unterschiedlichem Material aufgeladen werden, so dass die Materialauswahl – auch lokal – hier nicht eingeschränkt ist. Da bekannt ist welches Material wo abgelegt wird, können die Parameter der Strahlungsquelle. entsprechend angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Träger
2: Pulverschicht
2': Pulverschicht
3: Abschnitt
4: Walze
5: Pulvervorrat
6: Bereich
7: Laserstrahl
11: Bereich
12: Laser
13: Vorrichtung
B: Breite
L: Länge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005025199 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils (3), aufweisend folgende Schritte: Aufbringen eines Pulvers lediglich im Bereich einer zu verfestigenden Schicht (2) des Bauteils (3); und Verfestigen der Schicht (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich über seine gesamte Breite (B) und/oder gesamte Länge (L) gleichzeitig verfestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mittels einer elektrostatisch aufgeladenen Walze (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (4) über ihre Breite und ihren Umfang lediglich in einem Bereich (6) für ein Anhaften von Pulver an diesem elektrostatisch aufgeladen wird, welcher dem Bereich der zu verfestigenden Schicht (2) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des elektrostatisch aufgeladenen Bereichs (6) von einer Steuerung in Abhängigkeit von der Gestalt der zu verfestigenden Schicht (2) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zum Verfestigen desselben mittels einer elektromagnetischen Strahlung belichtet wird.
Vorrichtung (13) zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils (3), aufweisend: eine erste Einrichtung (4) zum Aufbringen eines Pulvers lediglich im Bereich einer zu verfestigenden Schicht (2) des Bauteils (3); und eine zweite Einrichtung (12) zum Verfestigen der Schicht (2).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (4) als eine elektrostatisch aufladbare Walze ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung (12) als eine elektromagnetische Strahlungsquelle z. B. als ein Laser ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Pulver mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung durch die elektrostatisch aufgeladene Walze, entsprechend den Konstruktiven vorgaben für das Bauteil, abgelegt wird.