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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels wenigstens eines Pulvers, welches durch eine Energiestrahlung verfestigt wird, beispielweise geschmolzen oder gesintert. Das Bauteil ist hier z. B. ein Schaufelelement, insbesondere ein Schaufelelement einer Gasturbine eines Flugtriebwerks.
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Der generative Aufbau von Bauteilen erfolgt üblicherweise durch das schichtweise Sintern bzw. Aufschmelzen von Metallpulvern durch einen beliebig in einer Ebene geführten Punktlaser. Dabei entstehen langgestreckte stängelförmige Körner über mehrere Schichten in Richtung in der das Bauteil aufgebaut wird. Hierdurch entstehen vergleichsweise große Körner mit einer Richtungsabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften können unter begrenzten Belastungs- und Umgebungssituationen zwar günstig sein, aber schränken den Einsatzbereich generativ hergestellter Bauteile ein.
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Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik, wie er in der
DE 10 2007 029 052 A1 offenbart ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, zum Herstellen eines Bauteils aus einzelnen Pulverschichten mit verschiedenen Pulvern, die mittels Laserstrahlung aufgeschmolzen werden. Dazu ist oberhalb einer Bauplattform ein Feld aus Pulverzuführdüsen angeordnet, die in einer gemeinsamen Düsenplatte gehalten werden. Dabei wird das Pulver über Pulvervorratsbehälter den Pulverdüsen zugeführt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, insbesondere eines Schaufelelements einer Gasturbine eines Flugzeugtriebwerks, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Aufbringen einer Materialschicht, wobei mittels einer Energiestrahlung Pulver aufgeschmolzen wird;
Verfestigen eines ausgewählten Bereichs mittels Druckbeaufschlagung oder Druckbehandlung. Die Druckbehandlung kann bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen erfolgen.
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Das Verfahren hat den Vorteil, dass der durch Energiestrahlung generativ aufgebaute Bauteilbereich der Pulverschicht zusätzlich durch die Druckbeaufschlagung oder Druckbehandlung derart bearbeitet und hierbei verfestigt werden kann, dass in die Schicht exponentiell auslaufende Verformungsmerkmale eingebracht werden können, wie z. B. Versetzungen. Solche Versetzungen dienen als Keime für ein Kornwachstum der nachfolgenden Schichten. Außerdem können Druckeigenspannungen eingebracht werden und die Versetzungsdichte im Material erhöht werden.
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Vorzugsweise werden in das Material des Bauteils nur örtlich begrenzte Kornverfeinerungen eingebracht. Diese Kornverfeinerung können die Bauteileigenschaften ändern, wie z. B. Schwingfestigkeit und/oder Randschichthärte oder aber als Markierung zur Wiedererkennung des Bauteils dienen. Dazu kann die örtlich begrenzte Kornverfeinerung „musterhaft” gestaltet sein, z. B. mäanderförmig, linienhaft, periodisch, nur randnah, Bauteilkontur folgend, wie Wachstumsringe eines Baumes. Ferner kann sich die örtlich begrenzte Kornverfeinerung lageweise während des Schichtaufbaus ändern.
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Das Verfahren hat des Weiteren den Vorteil die Korngrößen und/oder Kornstruktur graduelle in oder senkrecht zur Aufbaurichtung einstellen zu können.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren ferner den Schritt auf: Verfestigen des ausgewählten Bereichs mittels Ultraschall-Schlagbehandlung, Walzen, Rollen und/oder Kugelstrahlen. Insbesondere benötigt das UIT-Verfahren nur geringe Kräfte, ist als Reinraumprozess ausführbar und kann punktgenau wie ein Laser exakt gesteuert werden. Beim UIT-Verfahren (ultrasonic impact treatment) kann mittels eines Piezoerregers eine Sonotrode (4–10 cm Länge) in longitudinale Resonanzschwingungen gebracht werden. Am Ende der Sonotrode ist vorzugsweise eine gepanzerte Spitze angebracht, die eine Einwirktiefe von bis zu 500 μm haben kann. Dies entspricht ca. 20–30 Schichten beim Pulverauftragsschweißen. Die Sonotrode wird vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche des zu verdichtenden Materials angeordnet, so dass nur die gepanzerte Spitze die Oberfläche des Materials berührt.
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In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren ferner den Schritt auf: Unterziehen wenigstens des durch Druckbehandlung bearbeiteten Bauteilbereichs wenigstens einer Wärmebehandlung. Die Wärmebehandlung des zunächst mittels Energiestrahlung aufgebauten und anschließend durch Druckbehandlung zusätzlich bearbeiteten und dabei z. B. weiter verfestigten Bauteilbereichs hat den Vorteil, dass die durch die Druckbehandlung erzeugten Versetzungen infolge der Wärmebehandlung zu einem Kornwachstum angeregt werden. Dabei kann eine Kornfeinung erzielt werden. Die Kornfeinung ist dabei z. B. abhängig vom Verformungsgrad der jeweiligen Bauteilschicht durch die durchgeführte Druckbehandlung und der Temperatur bei der Wärmebehandlung.
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Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verfahren weiter den Schritt auf: Auslösen einer Rekristallisation wenigstens des durch Druckbehandlung bearbeiteten Bauteilbereichs durch Zuführen einer ausreichenden thermischen Energie, wobei die thermische Energie durch eine Wärmebehandlung und/oder eine Energiestrahlungsquelle zum Zuführen der Energiestrahlung zuführbar ist. Die Energiestrahlungsquelle ist dabei z. B. ein Laser. Der Laser hat den Vorteil, dass er nicht nur zum Aufschmelzen der jeweiligen Bauteilschicht, sondern auch im Anschluss an die Druckbehandlung genutzt werden kann, die notwendige Energie zum Rekristallisieren einer oder mehrerer Bauteilschichten zuzuführen. Ebenso kann aber auch jede andere Wärmebehandlung eingesetzt werden, die geeignet ist eine Rekristallisation auszulösen.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Schritte des Aufbringens einer Pulverschicht eines mittels Energiestrahlung aufzuschmelzenden Pulvers auf eine Grundplatte und das Verfestigen eines ausgewählten Bereichs der aufgebrachten Pulverschicht mittels Energiestrahlung zum Herstellen eines Bauteilbereichs wiederholt bis die Bauteilbereiche ein fertiges Bauteil ergeben. Auf diese Weise wird ein Bauteil generativ hergestellt, wobei ein Bauteilbereich wenigstens einer Pulverschicht dabei zusätzlich durch Druckbehandlung bearbeitet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines generativ aufgebauten Bauteils;
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2 eine schematische Ansicht eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteils;
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3 eine schematische Ansicht eines weiteren mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteils; und
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4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines generativ aufgebauten Bauteils 10. Dabei wird vorzugsweise auf einer waagerecht oder horizontal angeordneten Grundplatte 12 ein Metallpulver schichtweise aufgetragen. Die jeweilige Metallpulverschicht 14 wird nach dem Auftragen selektiv mittels Energiestrahlung aufgeschmolzen, beispielsweise mittels eines Laserstrahls eines Lasers als Energiestrahlungsquelle 15 und/oder eines Elektronenstrahls. Wie aus 1 entnommen werden kann, wird das Bauteil 10 in vertikaler Richtung aufgebaut, wobei die Aufbaurichtung durch einen Pfeil A angedeutet ist.
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Bei einem derart generativ aufgebauten Bauteil 10 entstehen, wie zuvor beschrieben, langgestreckte stängelförmige Körner 16 über mehrere Schichten 14 in der Richtung in der das Bauteil 10 aufgebracht oder aufgebaut wird. Dadurch entstehen vergleichsweise große Körner 16, wie in 1 angedeutet ist, mit einer großen Richtungsabhängigkeit der physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind nur unter begrenzten Belastungs- und Umgebungssituationen günstig und können daher den Einsatzbereich eines solchen generativ hergestellten Bauteils 10 beschränken.
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In den 2 und 3 ist daher ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils 10 gemäß der Erfindung gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel in 2 wird das Bauteil 10 beispielsweise in vertikaler Richtung aufgebaut, auf einer z. B. waagerechten oder horizontalen Grundplatte, wie mit einem Pfeil A angedeutet ist. Dagegen kann das Bauteil gemäß der Erfindung in dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt ist, auch in waagerechter oder horizontaler Richtung aufgebaut werden, wie mit einem Pfeil B angedeutet ist, auf einer beispielsweise senkrechten Grundplatte 12.
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Die Erfindung, die im Nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den 2 und 3 näher erläutert wird, nutzt die generative Fertigung zur Herstellung von Bauteilen 10, beispielsweise im Rahmen des sog. Rapid Manufacturing oder auch dem sog. Rapid Prototyping.
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Bei der generativen Fertigung werden, wie zuvor beschrieben, Bauteile 10 schichtweise durch Materialauftrag aufgebaut. Hierbei wird bei den entsprechenden Verfahren, die als Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) oder 3D-Printing bekannt sind, der hinzuzufügende oder aufzutragende Werkstoff oder Werkstoffkombination in Pulverform verarbeitet. Das Pulver wird hierbei in einer Schicht auf eine Bauplattform oder Grundplatte aufgetragen. Anschließend wird die Pulverschicht selektiv aufgeschmolzen mittels einer Energiestrahlung, wie z. B. eines Laserstrahls und/oder Elektronenstrahls. Die selektive Aufschmelzung der jeweiligen Pulverschicht erfolgt dabei üblicherweise auf Basis von Geometriedaten des herzustellenden Bauteils. Dabei kann der Bereich der Pulverschicht z. B. abgescannt und mittels Energiestrahlung aufgeschmolzen werden, der zu der entsprechenden Bauteilschicht gehört. Durch Einwirken der Energiestrahlung schmilzt oder versintert das Pulver in diesem Bereich. Im Fall des 3D-Printings wird die Pulverschicht kompaktiert, indem ein Binder selektiv in die zum Bauteil gehörenden Bereiche eingebracht wird. Anschließend kann die Bauplattform bzw. Grundplatte um eine Schichtdicke verfahren werden, z. B. abgesenkt werden im Falle einer horizontal angeordneten Bauplattform bzw. Grundplatte. Daraufhin wird eine neue Pulverschicht darüber aufgetragen und wiederum aufgeschmolzen und verfestigt. Auf diese Weise wird Schicht für Schicht das Bauteil, wie ein Schaufelelement oder ein Teil eines Schaufelelements, aufgebaut oder ergänzt, beispielsweise im Falle einer Reparatur.
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In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird auf eine Grundplatte 12, hier beispielsweise eine waagerecht angeordnete Grundplatte 12, jeweils immer eine Pulverschicht 14 aufgebracht und in einem ausgewählten Bereich mittels einer Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle (nicht dargestellt), wie z. B. eines Laserstrahls und/oder eines Elektronenstrahls, aufgeschmolzen oder gesintert, um einen Bauteilbereich des herzustellenden Bauteils 10 zu bilden. Anschließend wird die nächste Pulverschicht 14 aufgebracht und in einem ausgewählten Bereich mittels einer Energiestrahlung gesintert, um die nächste Bauteilschicht des Bauteils 10 zu bilden. Dies wird wiederholt bis am Ende die Bauteilschichten das fertige Bauteil 10 bilden.
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Dazwischen erfolgt nach wenigstens einer oder mehreren aufgeschmolzen bzw. gesinterten Pulverschichten 14, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, eine weitere Bearbeitung und beispielsweise Verfestigung zumindest eines oder mehrerer bereits verbauten bzw. hergestellten Bauteilbereiche durch ein geeignetes Bearbeitungs- bzw. Verfestigungsverfahren, wie UIT d. h. Ultrasonic Impact Treatment oder Ultraschall-Schlagbehandlung.
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Das UIT-(Ultrasonic Impact Treatment-Verfahren oder Ultraschall-Schlagbehandlungs-Verfahren)-Verfahren basiert auf einer Umwandlung von Schwingungen, insbesondere harmonischen Schwingungen, durch einen Wandler bzw. Ultraschallwandler oder eine Sonotrode in mechanische Impulse und hochfrequente Ultraschallenergie, sowie deren Übertragung auf eine zu behandelnde Oberfläche.
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Hierbei wird mit dem Ultraschallwandler oder der Sonotrode eine Schwingung, insbesondere eine harmonische Schwingung, in mechanische Impulse umgewandelt. Dabei erfolgt die Behandlung mittels des UIT-Verfahrens durch ein mechanisches Hämmern mit beispielsweise einem Sonotrodenkopf einer Sonotrode (nicht dargestellt), wobei gleichzeitig die Ultraschallenergie mit einer entsprechenden Frequenz eingebracht wird. Das UIT-Verfahren hat den Vorteil, dass beispielsweise die Oberfläche des Bauteils verfestigen werden kann. Außerdem benötigt dieses Verfahren nur geringe Kräfte und ist als Reinraumprozess ausführbar. Zudem kann eine Sonotrode oder ein Ultraschallwandler wie ein Laser, z. B. ein Punktlaser, exakt gesteuert werden. Dazu kann die Sonotrode oder der Ultraschallwandler mittels eines Manipulators, wie beispielsweise eines Robotors, oder auch manuell bewegt werden. Die damit in den aufgebauten Schichten eingebrachten, exponentiell auslaufenden Verformungsmerkmale, wie Versetzungen, dienen als Keime für das Kornwachstum der nachfolgenden Schichten.
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Wahlweise zusätzlich kann wenigstens eine Wärmebehandlung erfolgen. Hierdurch können die Eigenschaften des Bauteils 10 im verfestigten Bereich 18 gezielt eingestellt werden. Dabei kann insbesondere eine Wärmebehandlung vorgenommen werden, bei welcher eine Rekristallisation, insbesondere eine gesteuerte Rekristallisation, des Bauteils erfolgt. Die für die Rekristallisation benötigte thermische Energie kann außerdem beispielsweise durch den Laser, einen Elektronenstrahl und/oder eine oder mehrere zusätzliche Wärmebehandlungen geliefert werden.
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Die bei der Verfestigung eingebrachten und als Keime wirkenden Verformungsmerkmale steuern die sich ausbildende Korngröße innerhalb des Bauteils 10. Die Korngröße ist lokal und graduell einstellbar innerhalb des Bauteilvolumens. Eine solche optimale Anpassung der Gefügestruktur an die späteren Bauteilanforderungen ist nur beim generativen Aufbau möglich. Bei den bisherigen Verfahren wie Giessen, Schmieden, Sintern ist dies nicht realisierbar. Durch die Optimierung der Gefügestruktur kann der Einsatzbereich generativ hergestellter Bauteile erheblich vergrößert werden.
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Weiter können im Anschluss an die Verfestigung mittels des UIT-Verfahrens oder der wenigstens einen Wärmebehandlung wenigstens eine oder mehrere weitere Pulverschichten 14 aufgetragen und jeweils mittels einer Energiestrahlung, wie eines Laserstrahls oder Elektronenstrahls, aufgeschmolzen oder gesintert werden, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 illustriert ist. Anschließend kann nach jeder erzeugten Materialschicht oder nach mehreren erzeugten Materialschichten eine erneute zusätzliche zumindest abschnittsweise Bearbeitung oder Verfestigung wenigstens einer oder mehrerer diese Schichten durch das UIT-Verfahren erfolgen und/oder wenigstens eine zusätzliche Wärmebehandlung. Durch das UIT-Verfahren und/oder die Wärmebehandlung kann dabei jeweils nur eine Materialschicht oder deren entsprechender Bauteilbereich behandelt werden oder z. B. gleichzeitig mehrere Materialschichten bzw. deren verfestigte Bauteilbereiche.
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In dem Ausführungsbeispiel in 3 wird das Bauteil 10 gemäß der Erfindung beispielsweise auf einer senkrechten Grundplatte 12 aufgebracht. Das Bauteil 10 verläuft dabei in der waagerechten bzw. wird in der waagerechten oder horizontalen Richtung aufgebaut, wie in 3 mit einem Pfeil A angedeutet ist. Die generative Herstellung eines Bauteils 10, wobei ein Pulver auf eine beispielsweise senkrechte Grundplatte 12 aufgetragen wird:
Dabei wird ein Pulver eingesetzt, welches eine Größenordnung aufweist, in der die Anziehungskräfte zwischen den Pulverpartikeln vorzugsweise größer sind als die Schwerkraft Das Pulver aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination zum Herstellen oder Ergänzen eines Bauteils 10 mittels generativer Fertigung kann dabei in im Wesentlichen jeder Lage aufgetragen werden. Insbesondere kann das Pulver in einem Bereich zwischen 0° und 90° zu einer horizontalen Ebene aufgetragen werden, da die Pulverpartikel am Bauteil haften oder zusammenhaften. In dem Ausführungsbeispiel in 3 wird das Pulver auf eine senkrecht angeordnete Grundplatte 12 aufgetragen.
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Das Pulver ist dabei ein Nanopulver oder ein Pulver im Nanobereich. Das bedeutet, dass das Pulver aus Pulverpartikeln im Nanobereich besteht oder diese im Wesentlichen aufweist. Wahlweise kann auch als ein Pulver Mikropulver oder Pulver im Mikrobereich eingesetzt werden. Hierbei besteht das Pulver aus Pulverpartikeln im Mikrobereich oder weist diese im Wesentlichen auf, Grundsätzlich kann auch ein Pulver aus einer Kombination aus einem Nanopulver und einem Mikropulver verwendet werden. Aufgrund dessen, dass das Pulver beispielsweise ein Nanopulver ist, fällt die Pulverschicht 14 nicht in sich zusammen oder rutscht nach unten auf der Grundplatte 12 ab, sondern verbleibt in ihrer Position, wie in 3 angedeutet ist. Dies liegt, daran, wie zuvor beschrieben wurde, dass die Anziehungskräfte zwischen den Pulverpartikeln des Pulvers beispielsweise größer sind als die Schwerkraft.
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In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden auf die Grundplatte 12 wenigstens eine oder mehrere Schichten 14 des Pulvers aufgetragen und mittels einer Energiestrahlung, wie z. B. eines Laserstrahls und/oder eines Elektronenstrahls, aufgeschmolzen oder gesintert. Wie zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben, wird immer zunächst z. B. eine Pulverschicht 14 aufgebracht und ein ausgewählter Bereich der Pulverschicht 14 mittels Energiestrahlung aufgeschmolzen, um eine Materialschicht zu bilden, bevor anschließend die nächste Pulverschicht 14 darüber aufgebracht wird. Diese Materialschicht wird wiederum in einem ausgewählten Bereich der Pulverschicht 14 durch Energiestrahlung aufgeschmolzen, um den nächsten erzeugten Bauteilbereich des herzustellenden Bauteils 10 zu bilden. Die Schritte werden dabei wiederholt bis am Ende die erzeugten Bauteilbereiche das fertige Bauteil 10 bilden.
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Im Anschluss wird nach wenigstens einer oder mehreren aufgeschmolzenen bzw. gesinterten Pulverschichten 14, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 gezeigt ist, eine Verfestigung wenigstens eines Teils oder aller der bereits verbauten Schichten durch ein geeignetes Bearbeitungs- oder Verfestigungsverfahren durchgeführt. Als Bearbeitungs- oder Verfestigungsverfahren wird dabei UIT eingesetzt d. h. Ultrasonic Impact Treatment oder Ultraschall-Schlagbehandlung.
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Wahlweise zusätzlich kann anschließend wenigstens eine Wärmebehandlung erfolgen. Hierdurch können die Eigenschaften des Bauteils 10 im verfestigten Bereich 18 gezielt eingestellt werden. Dabei kann insbesondere eine Wärmebehandlung vorgenommen werden, bei welcher eine Rekristallisation, insbesondere eine gesteuerte Rekristallisation, des Bauteils 10 erfolgt. Die für die Rekristallisation benötigte thermische Energie kann außerdem beispielsweise durch den Laser, einen Elektronenstrahl und/oder eine oder mehrere zusätzliche Wärmebehandlungen geliefert werden.
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Des Weiteren können anschließend wenigstens eine oder mehrere weitere Pulverschichten 14 aufgetragen und jeweils mittels einer Energiestrahlung, wie eines Laserstrahls oder Elektronenstrahls, aufgeschmolzen oder gesintert werden, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 gezeigt ist. Anschließend kann eine erneute zusätzliche Verfestigung wenigstens einer oder mehrere dieser Schichten gleichzeitig durch das UIT-Verfahren erfolgen und/oder wenigstens eine zusätzliche Wärmebehandlung.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Schritt S1 das herzustellende, zu reparierende und/oder auszutauschende Bauteil mittels generativer Fertigung aufgebaut. Dazu werden, wie zuvor beispielhaft mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben wurde, wenigstens eine oder mehrere Bauteilschichten des Bauteils hergestellt. Dabei wird ein Pulver, insbesondere ein Metallpulver, in einer ersten Schicht auf eine Grundplatte aufgetragen und die jeweilige Pulverschicht durch eine geeignete Energiestrahlung, z. B. einen Laserstrahl und/oder Elektronenstrahl, in einem ausgewählten Bereich aufgeschmolzen oder gesintert, um einen Bauteilbereich zu bilden. Anschließend kann wahlweise eine weitere Pulverschicht auf die vorherige Pulverschicht aufgebracht und durch Energiestrahlung in einem ausgewählten Bereich aufgeschmolzen oder gesintert werden, um einen weiteren Bauteilbereich zu bilden.
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In einem zweiten Schritt S2 erfolgt eine Verfestigung wenigstens eines Teils der in Schritt S1 generativ aufgebauten Bauteilschichten.
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Die Schritte S1 und S2 können hierbei wiederholt werden, bis das Bauteil vollständig hergestellt ist. Dabei kann in dem Schritt S1 jeweils die gleiche Anzahl oder eine unterschiedliche Anzahl an Pulverschichten und damit Bauteilbereichen aufgebaut werden. Ebenso kann in Schritt S2, abhängig oder unabhängig von den hergestellten Bauteilbereichen in Schritt S1, jeweils die gleiche Anzahl oder eine unterschiedliche Anzahl von erzeugten Bauteilschichten zumindest abschnittsweise zusätzlich mittels UIT (Ultrasonic Impact Treatment oder Ultraschall-Schlagbehandlung) bearbeitet oder verfestigt werden. Die Bearbeitung kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen erfolgen, abhängig von der gewünschten Dicke der verfestigten Randschicht sowie der Stärke des gewünschten Vertigungsgrades.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann im Anschluss an den Schritt S2 in einem Schritt S3 wenigstens eine zusätzliche Wärmebehandlung erfolgen. Der zusätzliche Wärmebehandlungsschritt ist in dem Ausführungsbeispiel in 3 gestrichelt dargestellt. Die Wärmebehandlung kann dabei jeweils in dem gesamten Bauteilbereich oder einem Teilbereich des Bauteilbereichs durchgeführt werden. Abhängig von dem aufzubauenden Werkstoff kann/muss die Wärmebehandlung unter Schutzgasumgebung erfolgen.
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Die Schritte S1, S2 und S3 können ebenfalls wiederholt werden, bis das Bauteil vollständig hergestellt ist. Dabei können wie zuvor beschrieben in dem Schritt S1 jeweils wenigstens eine oder mehrere Pulverschichten und damit verbundene verfestigte Bauteilbereiche aufgebaut werden. Ebenso können in Schritt S2, abhängig oder unabhängig von den hergestellten Pulverschichten und erzeugten Bauteilbereichen in Schritt S1, jeweils wenigstens eine oder mehrere erzeugte Bauteilbereiche zumindest abschnittsweise zusätzlich mittels UIT (Ultrasonic Impact Treatment oder Ultraschall-Schlagbehandlung) verfestigt werden.
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Der Schritt S3 kann dabei regelmäßig oder unregelmäßig im Anschluss an den Schritt S2 erfolgen, je nach Funktion und Einsatzzweck. Wird der Schritt S3 beispielsweise einmal weggelassen, so erfolgt nach Schritt S2 wieder der Schritt S1, bis am Ende das vollständige Bauteil hergestellt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass definierte Einstellungen der Korngröße bis ultrafeinkörnig/nanokristallin und der Korngrößenstruktur möglich sind, bis hin zur Erzeugung eines Schmiedegefüges bei generativ hergestellten Bauteilen.
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Dabei ist es auch möglich die Korngröße innerhalb des Bauteils so zu verändern, dass sich optimale Bauteileigenschaften einstellen. Bauteileigenschaften, die durch Änderungen der Korngröße und/oder der Korngrößenstruktur beeinflusst werden sind beispielsweise die Festigkeit, die Härte, das Schwingungsverhalten, die Verschleißbeständigkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Oxidationsbeständigkeit usw... Bauteile können so innere Markierungen enthalten zur Wiedererkennung und zerstörungsfreien Charakterisierung von Materialeigenschaften.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine tiefreichende, exponentiell abnehmende Verfestigung erzielt und des Weiteren mit einer lokalen Wärmezufuhr eine Rekristallisation erreicht werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Kornverfeinerung erzielt werden, insbesondere durch die Verfestigung mit UIT (Ultrasonic Impact Treatment oder Ultraschall-Schlagbehandlung). Die Kornverfeinerung kann dabei graduell in Aufbaurichtung und/oder graduell einstellbar senkrecht zur Aufbaurichtung erfolgen.
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Außerdem kann beispielsweise anschließend eine gesteuerte Rekristallisation erfolgen. Die erforderliche thermische Energie kann der generative Prozess und/oder eine separate Wärmebehandlung liefern.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon. Insbesondere kann in einer jeweiligen Pulverschicht der gesamte Bauteilbereich oder nur ein Teilbereich des Bauteils mittels Energiestrahlung aufgeschmolzen und mittels Ultraschallschlagbehandlung verfestigt werden und der übrige Bauteilbereich beispielsweise nur mittels Energiestrahlung aufgeschmolzen werden. Des Weiteren kann in einer jeweiligen Pulverschicht der gesamte Bauteilbereich oder nur ein Teilbereich wenigstens einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen werden. Auf diese Weise kann das Bauteil mit Pulverschichten ausgebildet werden, die Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 12
- Grundplatte
- 14
- Metallpulverschicht
- 15
- Energiestrahlungsquelle
- 16
- Korn
- 18
- verfestigter Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007029052 A1 [0003]
