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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren eines beschädigten Bauteils, insbesondere einer Schaufel, einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks.
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Aus der
WO 2008/046387 A1 ist ein Verfahren zum Reparieren einer Hochdruckturbinen-Schaufel eines Flugtriebwerks bekannt, bei dem ein Abschnitt der Schaufel längs einer Trennfläche abgetrennt und ein neuer Abschnitt auf der Trennfläche mittels Laserstrahlgenerieren aus einem Pulverbett aufgebaut wird.
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Bei verschiedenen generativen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn eine Grundfläche, auf der ein Bauteil(abschnitt) aufgebaut wird, eine möglichst absatzlose, insbesondere ebene, Fläche bildet. Wird beispielsweise eine neue Pulverschicht durch einen Schieber aufgebracht, kann eine absatzlose Fläche die Gefahr eines Verhakens und/oder Inhomogenitäten in der Pulververteilung reduzieren.
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Aus der
FR 2 962 357 A1 ist ein Verfahren bekannt bei dem eine Abdeckung, die absatzlos zu einer Trennfläche des zu reparierenden Bauteils angeordnet ist und diese mit einem Spalt von weniger als 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm umschließt, für
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Aus der
DE 10 2013 213 60.3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridformteils bekannt, welches bereichsweise durch einen spanhebend oder gießtechnisch vorgefertigten Grundkörper gebildet wird und bereichsweise durch einen durch ein Laserschmelzverfahren hergestellten Abschnitt besteht, der generativ aufgebaut wird. Die Verfestigung erfolgt durch die Strahlungsenergie wenigstens in solchen Bereichen, in denen gewölbte Oberflächenbereiche bis nahe unter die ebene Oberfläche der Pulverschicht reichen.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, das Reparieren eines beschädigten Bauteils, insbesondere einer Schaufel, einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein beschädigtes, zu reparierendes Bauteil kann insbesondere eine Leit- oder Laufschaufel einer Turbinen- oder Verdichterstufe einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, sein.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das beschädigte Bauteil an einem Träger befestigt, insbesondere lösbar und/oder form-, reib- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise mittels eines ein- oder mehrteiligen Befestigungsmittels, insbesondere einer oder mehrerer Schrauben, Spannbacken, Klebstoff oder dergleichen.
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Der Träger ist in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, insbesondere motorisch, verstellbar. In einer Weiterbildung ist ein Abstand des Trägers zu einer Verfestigungsebene, in der beim generativen Aufbauen eines neuen Abschnitts des Bauteils Material selektiv lokal verfestigt wird, verstellbar, so dass durch Beabstanden, insbesondere Absenken, des Trägers, jeweils eine neue, anschließend selektiv zu verfestigende Materialschicht aufgebracht und so der neue Abschnitt schichtweise generativ aufgebaut werden kann.
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Ein, insbesondere beschädigter, Abschnitt des Bauteils wird längs einer, vorzugsweise durch das Abtrennen geschaffenen, Trennfläche abgetrennt. Dies kann in einer Ausführung vorab bzw. vor dem Befestigen des Bauteils an dem Träger erfolgen. Hierdurch kann vorteilhaft das Abtrennen und das generative Aufbauen getrennt voneinander erfolgen. In einer anderen Ausführung wird der Abschnitt von dem an dem Träger bereits befestigten Bauteil bzw. zeitlich anschließend an dessen Befestigung an dem Träger abgetrennt. Hierdurch kann vorteilhaft ein Ausrichten des Bauteils zu dem Träger, insbesondere zu einer Verstell-, insbesondere Hubrichtung des Trägers, vereinfacht werden.
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Der Abschnitt kann insbesondere spanend, insbesondere durch Fräsen, Sägen, Schleifen, durch Schneiden, insbesondere Laser- oder Fluidstrahlschneiden, oder dergleichen abgetrennt werden.
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Auf der Trennfläche wird ein neuer Abschnitt des Bauteils, der vorzugsweise, wenigstens im Wesentlichen, insbesondere bis auf Bearbeitungsauf- oder -abmaße für eine nachfolgende Bearbeitung, der Nominalkontur bzw. dem Auslegungszustand des abgetrennten, beschädigten Abschnitts entsprechen kann, generativ aufgebaut.
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Das generative Aufbauen kann in an sich bekannter Weise dadurch erfolgen, dass abwechselnd schichtweise Material auf einer darunterliegenden Schicht bzw. in einem ersten Schritt auf der Trennfläche aufgebracht und selektiv verfestigt und mit dieser verbunden wird, insbesondere durch einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl, eine Heizeinrichtung oder dergleichen, und der Träger dann mit dem daran befestigten Bauteil abgesenkt wird, um die nächste Materialschicht aufzubringen. Das zu verfestigende Material kann insbesondere pulver- bzw. staubförmig, körnig, pastös oder flüssig sein bzw. aufgebracht werden.
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Entsprechend kann eine Anordnung zum generativen Aufbauen eines neuen Abschnitts auf der Trennfläche Mittel zum Ausbilden, insbesondere Aufbringen und/oder Verteilen, von Materialschichten, insbesondere einen beweglichen Schieber und/oder Materialaustritt, und/oder Mittel zum selektiven lokalen Verfestigen der Materialschichten, insbesondere einen Laser- oder Elektronenstrahlaustritt, eine Heizeinrichtung oder dergleichen aufweisen, wobei das Mittel zum selektiven lokalen Verfestigen und der Träger vorzugsweise relativ zueinander, insbesondere quer bzw. senkrecht zu einer Verstellrichtung des Trägers, beweglich sind.
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Eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Vorrichtung kann eine Abdeckung mit einer Deckfläche aufweisen, die dazu eingerichtet ist, zu der Trennfläche - wenigstens im Wesentlichen - absatzlos angeordnet zu werden und diese vollständig oder teilweise zu umschließen. Entsprechend wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Deckfläche einer Abdeckung bereitgestellt, die - wenigstens im Wesentlichen - absatzlos zu der Trennfläche angeordnet ist und diese vollständig oder teilweise umschließt. Trenn- und Deckfläche sind vorzugsweise in Verstellrichtung des Trägers - wenigstens im Wesentlichen - absatzlos bzw. bündig zueinander.
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Auf diese Weise kann durch die Trennfläche und die sie wenigstens teilweise umschließende, mit ihr bündige Deckfläche vorteilhaft eine Grundfläche zum generativen Aufbauen des neuen Bauteilabschnitts zur Verfügung gestellt werden, die eine wenigstens im Wesentlichen absatzlose, insbesondere ebene, Fläche bildet. Hierdurch kann in einer Ausführung das Ausbilden einer ersten Materialschicht zum generativen Ausbilden des neuen Abschnitts verbessert werden.
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In einer Ausführung wird bzw. ist die Abdeckung, insbesondere durch ein einstellbares Beabstandungsmittel, an dem Träger befestigt. Hierdurch kann in einer Ausführung die Deckfläche wenigstens im Wesentlichen absatzlos bzw. bündig zu der Trennfläche des Bauteils angeordnet werden, das seinerseits auf dem Träger befestigt ist. Das einstellbare Beabstandungsmittel kann insbesondere einen oder mehrere, vorzugsweise unterschiedliche, Abstandhalter aufweisen, die wahlweise zwischen Träger und Abdeckung angeordnet werden bzw. sein können, um die Abdeckung und den Träger einstellbar voneinander zu beabstanden, Gleichermaßen kann das Beabstandungsmittel verstellbare Stützen, insbesondere Gewindestangen, oder dergleichen aufweisen.
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In einer Ausführung wird bzw. ist die Deckfläche vorab hergestellt und anschließend wenigstens im Wesentlichen absatzlos bzw. bündig zu der Trennfläche des Bauteils angeordnet. Hierdurch kann vorteilhaft dieselbe Deckfläche mehrfach verwendet werden. In einer anderen Ausführung wird bzw. ist die Deckfläche zusammen mit der Trennfläche hergestellt. Hierdurch ist sie vorteilhaft bereits wenigstens im Wesentlichen absatzlos bzw. bündig zu der Trennfläche des Bauteils angeordnet, so dass insbesondere ein Ausrichtungsaufwand reduziert werden, vorzugsweise entfallen kann.
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In einer Ausführung wird bzw. ist die Abdeckung trennflächenspezifisch hergestellt bzw. an die Trennfläche angepasst. Hierzu kann in einer Weiterbildung das Bauteil vermessen und die Trennfläche vorgegeben werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Deckfläche die Trennfläche präziser umschließen. In einer Weiterbildung wird die trennflächenspezifische Abdeckung generativ aufgebaut, vorzugsweise aus Metall und/oder Kunststoff. Eine trennflächenspezifisch hergestellte Abdeckung kann ein integriertes Beabstandungsmittel aufweisen, das nicht einstellbar sein muss.
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Anstelle einer trennflächenspezifischen Abdeckung kann auch eine vorgefertigte Abdeckung verwendet werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Herstellung der Abdeckung vereinfacht und/oder dieselbe vorgefertigte Abdeckung mehrfach verwendet werden.
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Sowohl eine vorgefertigte als auch eine trennflächenspezifisch hergestellte Abdeckung kann jeweils zusammen mit dem Bauteil, insbesondere spanend, bearbeitet werden, um die mit der Trennfläche wenigstens im Wesentlichen absatzlose Deckfläche bereitzustellen. Gleichermaßen kann eine vorgefertigte oder trennflächenspezifisch hergestellte Abdeckung auch eine vorab hergestellte Deckfläche aufweisen, die anschließend wenigstens im Wesentlichen absatzlos bzw. bündig zu der Trennfläche des Bauteils angeordnet wird.
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Insbesondere, wenn eine vorgefertigte Abdeckung, vorzugsweise für verschiedene Bauteile, verwendet wird, kann in einer Ausführung zwischen der Trennfläche und der Abdeckung ein Spalt ausgebildet werden bzw. sein. Dieser wird bzw. ist in einer Weiterbildung mit einer, vorzugsweise elastischen, Dichtmasse verschlossen, die bevorzugt stoffschlüssig mit der Abdeckung und/oder dem Bauteil verbunden werden bzw. sein kann. Auch ein Spalt zwischen der Trennfläche und einer trennflächenspezifisch hergestellten Abdeckung kann mit einer, vorzugsweise elastischen, Dichtmasse verschlossen werden bzw. sein, die bevorzugt stoffschlüssig mit der Abdeckung und/oder dem Bauteil verbunden werden bzw. sein kann.
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In einer Ausführung beträgt der offene oder mit Dichtmasse verschlossene Spalt wenigstens 1 mm, insbesondere wenigstens 5 mm. Hierdurch kann die Abdeckung in einer Ausführung für verschiedene Bauteile verwendet und/oder in unterschiedlichen Positionen an dem Bauteil angeordnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Spalt in einer Ausführung höchstens 20 mm, insbesondere höchstens 10 mm betragen. Hierdurch kann vorteilhaft eine Leckage an zu verfestigendem Material durch den offenen Spalt bzw. ein Bedarf an Dichtmasse für den verschlossenen Spalt reduziert werden.
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In einer Ausführung weist die Abdeckung zwei oder mehr Segmente auf, die zusammengesetzt die Trennfläche umschließen. Auf diese Weise können auch komplexere Trennflächen in einfacher Weise von der aus den Segmenten zusammengesetzten Deckfläche längs ihrer Umfangskontur umschlossen werden. Einige oder alle Segmente einer Abdeckfläche können, wie vorstehend erläutert, vorgefertigt sein bzw. werden. In einer Weiterbildung kann so baukastenartig eine trennflächenspezifische Deckfläche aus unterschiedlichen Segmenten zusammengestellt werden bzw. sein. Gleichermaßen können einige oder alle Segmente der Abdeckfläche, wie vorstehend erläutert, trennflächenspezifisch hergestellt sein bzw. werden. In einer Weiterbildung können auch vorgefertigte und trennflächenspezifische Segmente miteinander kombiniert werden bzw. sein, um so einerseits den Herstellungsaufwand zu reduzieren und andererseits trennflächenspezifischere Deckflächen zur Verfügung zu stellen.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1 eine Vorrichtung zum Reparieren einer Gasturbinenschaufel in einem ersten Verfahrensschritt nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- 2A die Vorrichtung der 1 in dieser entsprechender Darstellung in einem weiteren Verfahrensschritt;
- 2B die Vorrichtung der 2A in einer Draufsicht;
- 3 die Vorrichtung der 2A in dieser entsprechender Darstellung in einem weiteren Verfahrensschritt;
- 4 die Vorrichtung der 3 in einem weiteren Verfahrensschritt;
- 5 die Vorrichtung der 4 in einem weiteren Verfahrensschritt; und
- 6 die Vorrichtung der 5 in einem weiteren Verfahrensschritt.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Reparieren einer beschädigten Gasturbinenschaufel 1, deren Nominalkontur strichliert angedeutet ist,.
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Die Vorrichtung weist einen Träger 2 auf, der in einer Kammer 3 in einer Verstellrichtung (vertikal in 1) motorisch verstellbar ist.
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In einem ersten, in 1 dargestellten Schritt eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die beschädigte Gasturbinenschaufel an dem verstellbaren Träger mittels Befestigungsmitteln 4, beispielsweise in Form von Spannbacken, lösbar befestigt, wie in 1 durch Pfeile angedeutet, die eine Zufahrbewegung der Spannbacken symbolisieren.
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Anschließend wird in einem in 2 dargestellten Schritt eine Abdeckung 5 durch ein mehrteiliges Beabstandungsmittel in Form von Stützen 7 an dem Träger befestigt.
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Die Abdeckung ist, wie insbesondere in der Draufsicht der 2B erkennbar, aus zwei Segmenten 5A, 5B zusammengesetzt, die eine vorgesehene Trennfläche T (vgl. 3) vollständig umschließen.
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Zwischen dieser Trennfläche und der Abdeckung ist ein Spalt ausgebildet, der zwischen 5 mm und 10 mm beträgt und mit einer Dichtmasse 6 verschlossen wird.
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Die Abdeckung 5 kann vorgefertigt sein und durch den Spalt für verschiedene Schaufeln verwendet werden. Insbesondere in diesem Fall können die Stützen 7 vorteilhafterweise einstellbar sein, um die Abdeckung in einer gewünschten Höhe über dem Träger 2 und damit in einer gewünschten Position relativ zu der am Träger befestigten Schaufel 1 anzuordnen und gegebenenfalls auszurichten. Gleichermaßen kann die Abdeckung 5 auch trennflächenspezifisch hergestellt, insbesondere generativ aufgebaut werden. Hierzu wird die Kontur der Schaufel 1 auf Höhe der vorgesehenen Trennfläche T vermessen und in den Segmenten 5A, 5B eine entsprechende Durchgangsöffnung vorgesehen. Insbesondere in diesem Fall können die Stützen 7 vorteilhafterweise in die Abdeckung 5 integriert sein, um die Abdeckung in einer gewünschten Höhe über dem Träger 2 und damit in einer gewünschten Position relativ zu der am Träger befestigten Schaufel 1 anzuordnen und gegebenenfalls auszurichten.
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Anschließend wird in einem in 3 dargestellten Schritt ein Abschnitt der Schaufel 1 längs der vorgesehenen Trennfläche T abgetrennt, beispielsweise mittels eines Fräsers 8. Dabei wird durch den Fräser 8 auch ein Teil der Abdeckung 5 abgetrennt, die hierzu mit entsprechendem Aufmaß A hergestellt bzw. angeordnet worden ist (vgl. 2).
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Hierdurch wird zusammen mit der Trennfläche T eine Deckfläche D der Abdeckung 5 hergestellt, die absatzlos zu der Trennfläche T angeordnet ist und diese vollständig umschließt. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann die vorgefertigte Deckfläche D dadurch bereitgestellt werden, dass die Abdeckung 5 mit einer bereits vorhandenen Deckfläche nach dem Abtrennen des Abschnitts der Schaufel 1 an dem Träger 2 befestigt und diese Deckfläche durch die Stützen 7 im Wesentlichen absatzlos zu der Trennfläche T angeordnet, insbesondere ausgerichtet wird.
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Anschließend wird ein neuer Abschnitt der Schaufel 1 auf der Trennfläche T durch eine Anordnung generativ aufgebaut, die im Ausführungsbeispiel einen beweglichen Materialaustritt 9 (vgl. 4) und einen Laser- oder Elektronenstrahlaustritt 11 (vgl. 5) aufweist, die relativ zu dem Träger 2 quer zu dessen Verstellrichtung (d.h. horizontal in 4-6) beweglich sind.
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In einem in 4 dargestellten Schritt wird durch den quer zur Verstellrichtung verfahrenden Materialaustritt 9 eine Schicht 10 aus pulverförmigem Material auf einer ebenen Grundfläche ausgebildet, die durch die Trennfläche T der Schaufel 1 und die zu ihr bündige Deckfläche D der Abdeckung 5 gebildet ist. In einem daran anschließenden, in 5 dargestellten Schritt wird durch einen Laser- bzw. Elektronenstrahl 12 aus dem quer zur Verstellrichtung verfahrenden Laser- oder Elektronenstrahlaustritt 11 die Schicht 10 selektiv lokal verfestigt und mit der Trennfläche T verbunden, um eine Schicht eines neuen Abschnitts der Schaufel 1 generativ aufzubauen. In einem daran anschließenden, in 6 dargestellten Schritt wird der Träger 2 um die Dicke dieser Schicht in die Kammer 3 verstellt und analog zum Schritt der 4 eine weitere Materialschicht 10 ausgebildet. Die Schritte der 4-6 werden sukzessive solange wiederholt, bis der neue Abschnitt der Schaufel 1 entsprechend ihrer Nominalkontur generativ auf der Trennfläche T ausgebildet ist.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei daraufhingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. So kann, wie vorstehend ausgeführt, die Abdeckung 5 vorgefertigt oder trennflächenspezifisch, an die vermessene Schaufel 1 bzw. deren vorgesehene Trennfläche T angepaßt, hergestellt werden. Anstelle der zusammengesetzten Abdeckung kann auch eine einstückige Abdeckung von oben auf die Schaufel aufgesetzt werden, die dann die Durchgangsöffnung der Abdeckung durchgreift. Die Deckfläche D kann zusammen mit der Trennfläche T hergestellt oder vorgefertigt und bündig zu dieser angeordnet, insbesondere durch die Beabstandungsmittel 7 ausgerichtet, werden.
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Außerdem sei daraufhingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasturbinenschaufel (Bauteil)
- 2
- Träger
- 3
- Kammer
- 4
- Spannbacke (Befestigungsmittel)
- 5(A, B)
- Abdeckung(ssegment)
- 6
- Dichtmasse
- 7
- Stütze (Beabstandungsmittel)
- 8
- Fräser
- 9
- Materialaustritt
- 10
- Materialschicht
- 11
- Laser- oder Elektronenstrahlaustritt
- 12
- Laser- oder Elektronenstrahl
- A
- Aufmaß
- D
- Deckfläche
- T
- Trennfläche
