DE102014221222A1

DE102014221222A1 - Pulverpatrone für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen sowie entsprechend hergestellte Bauteile

Info

Publication number: DE102014221222A1
Application number: DE102014221222.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Liebl; Alexander Ladewig
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-04-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen, insbesondere Bauteilen von Strömungsmaschinen, durch schichtweises Verbinden von Pulvermaterial auf einem Substrat oder an dem bereits teilweise hergestellten Bauteil, wobei die chemische Zusammensetzung des Bauteils (20) variiert und wobei das Pulver in einer Patrone (5) bereitgestellt wird und aus der Patrone schichtweise auf das Substrat oder teilweise hergestellte Bauteil aufgebracht wird, und wobei das Pulvermaterial (10) in der Patrone (5) entsprechend der gewünschten Variation der chemischen Zusammensetzung im Bauteil (20) in der Patrone mit einer Variation der chemischen Zusammensetzung gespeichert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen von Strömungsmaschinen, durch schichtweises Verbinden von Pulvermaterial auf einem Substrat oder an einem bereits hergestellten Bauteil sowie eine entsprechende Vorrichtung und Bauteile einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, die mit einem entsprechenden Verfahren oder einer entsprechenden Vorrichtung hergestellt worden sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Patrone mit Pulvermaterial für die generative Herstellung von Bauteilen.
STAND DER TECHNIK
Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen, wie selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlschmelzen oder selektives Elektronenstrahlsintern, bieten durch den schichtweisen Aufbau aus Pulvermaterial erhebliche Vorteile in der Fertigung, da nahezu beliebig geformte Bauteile endkonturnah aus einer Vielzahl von unterschiedlichen und unter Umständen schwierig zu verarbeitenden Werkstoffen gefertigt werden können. Entsprechend sind bereits eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur generativen Herstellung von Bauteilen bekannt.
Unter anderem ist es auch bekannt, verschiedene Pulvermaterialien zum Aufbau eines Bauteils zu verwenden, um unterschiedliche Eigenschaftsprofile in verschiedenen Bereichen des Bauteils einstellen zu können. Beispiele hierfür sind aus der WO 2010/061174 A2 , WO 2009/010462 A2 , der US 2011/0190904 A1 oder der DE 10 2007 006 478 A1 bekannt.
Allerdings sind bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen bzw. Herstellungsverfahren Mischungseinrichtungen sowie mehrere Pulvervorratsbehälter bzw. Pulverpatronen mit mehreren Kammern im Einsatz, in denen sortenreine Pulver aufbewahrt werden, welche mit der Mischungseinrichtung zu einem Pulvergemisch verarbeitet werden, welches für die Herstellung des Bauteils verwendet wird. Alternativ kann lagenweise aus den unterschiedlichen Behältern unterschiedliches Material aufgebracht werden.
Das Vorsehen von mehreren Pulvervorratsbehältern oder Pulvervorratsbehältern mit mehreren Kammern erfordert einen hohen Platzbedarf und ist insgesamt aufwändig. Außerdem ist auch die Mischung der Pulvermaterialien und das Vorsehen spezieller Mischeinrichtungen oder Einrichtungen zum Aufbringen von Pulvermaterial aus verschiedenen Pulvervorratsbehältern einerseits aufwändig und andererseits schwer handhabbar, insbesondere wenn die Pulvermaterialien unter Vakuumbedingungen oder unter Schutzgasatmosphäre gehandhabt werden müssen, wenn Verunreinigungen des Pulvers durch Umgebungseinflüsse zu befürchten sind, die sich auf die Eigenschaften des herzustellenden Bauteils negativ auswirken können. Dies gilt insbesondere für Bauteile von Strömungsmaschinen, wie beispielsweise stationären Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken, bei denen Materialien eingesetzt werden, die beispielsweise Titan oder Aluminium enthalten, welche sauerstoffaffin sind und bei Kontakt mit Luft zu einer unmittelbaren Oxidation neigen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen von Strömungsmaschinen, bereitzustellen, bei denen die Nachteile oder Probleme des Standes der Technik gelöst oder zumindest gemindert sind. Gleichzeitig soll das Verfahren einfach durchführbar und die Vorrichtung einfach aufgebaut und bedienbar sein.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Patrone mit den Merkmalen des Anspruch 6 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor das Pulvermaterial, welches zur generativen Herstellung eines Bauteils verwendet wird, in einer Patrone vorzusehen, welche einen Aufnahmeraum für das Pulvermaterial aufweist, wobei das Pulvermaterial in der Patrone bzw. dem einzelnen Aufnahmeraum so eingelagert ist, dass die chemische Zusammensetzung des Pulvermaterials in der Patrone bzw. dem einzelnen Aufnahmeraum variiert und zwar so, dass die Variation der chemischen Zusammensetzung des Pulvermaterials in der Patrone der gewünschten Variation der chemischen Zusammensetzung in dem aus dem Pulvermaterial gefertigten Bauteil entspricht, sodass das Pulvermaterial aus der Patrone in einem kontinuierlichen Prozess lagenweise verarbeitet werden kann. Soll beispielsweise ein Bauteil in bestimmten Bereichen des Bauteils eine höhere Festigkeit aufweisen als in anderen Bereichen des Bauteils, so kann in den Bereichen des Bauteils mit höherer Festigkeit ein Material vorgesehen werden welches aufgrund der andersartigen chemischen Zusammensetzung eine höhere Festigkeit aufweist als das übrige Material. Diese unterschiedliche Materialzusammensetzung wird dann bereits bei der Befüllung der Patrone mit Pulvermaterial berücksichtigt, sodass auch in der Patrone Pulvermaterial mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung vorliegt, wobei die Anordnung des Pulvermaterials mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung in der Patrone in Abhängigkeit von der Aufbringung des Pulvermaterials für die generative Herstellung des Bauteils erfolgt.
Soll beispielsweise ein Werkstoffgradient, also eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung, in Richtung des schichtweisen Aufbaus des Bauteils eingestellt werden, bei welchem z.B. lagenweise der Anteil einer bestimmten Komponente erhöht oder erniedrigt wird, kann in Abhängigkeit von der Art der Aufbringung des Pulvermaterials für die lagenweise Herstellung auch in der Patrone mit dem Pulvermaterial die chemische Zusammensetzung des Pulvermaterial schichtweise variieren. Der Werkstoffgradient kann hierbei in der Pulverpatrone in gleicher Weise eingestellt sein, wie in dem herzustellenden Bauteil oder in umgekehrter Weise, je nachdem ob die Patrone von unten nach oben oder von oben nach unten entleert wird, wenn das Bauteil von unten nach oben aufgebaut wird.
Das in der Patrone befindliche Pulvermaterial kann ein Gemisch aus Pulverpartikeln verschiedener Arten von Pulverpartikeln sein, wobei die Pulverpartikel einer Art jeweils aus dem gleichen Material gebildet sind, also einem Material mit gleicher Zusammensetzung oder aus einem reinen Material eines Werkstofftyps gebildet sind. Die unterschiedliche chemische Zusammensetzung des Pulvermaterials in der Patrone kann dann durch eine unterschiedliche Mischung von verschiedenen Arten von Pulverpartikel und insbesondere ein unterschiedliches Mischungsverhältnis der Pulverpartikel erzielt werden. Alternativ bzw. in Kombination dazu kann auf eine Mischung von Pulverpartikeln verzichtet werden und in einem Bereich der Pulverpatrone können jeweils gleiche Pulverpartikel angeordnet sein, die die gewünschte chemische Zusammensetzung in jedem Partikel aufweisen. Die Variation der chemischen Zusammensetzung des Pulvermaterials in der Patrone kann hierbei durch lokal variierende Anordnung von unterschiedlichen Pulverpartikeln erfolgen, die jeweils unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen, sodass unterschiedliche Pulverpartikel mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung in den verschiedenen Bereichen der Patrone eingefüllt werden.
Entsprechend liegt eine Variation der chemischen Zusammensetzung der Pulverpartikel in der Größenordnung der Dimension des Aufnahmeraums der Patrone oder eines Teils des Aufnahmeraums vor, jedoch nicht in der Größenordnung der Dimension der Pulverpartikel, d.h. dass die Variation der chemischen Zusammensetzung nicht nur von einem Pulverpartikel zum nächsten gegeben ist, sondern über einen größeren Bereich hinweg, also über mehrere, d.h. 1 bis 10, sowie mehrere (1 bis 10) dutzend, hundert oder tausend Pulverpartikel. Die Variation der chemischen Zusammensetzung in diesem Größenbereich betrifft hierbei sowohl eine kontinuierliche Änderung der chemischen Zusammensetzung über eine entsprechende Strecke oder Bereiche mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, die einen Durchmesser oder eine maximale Erstreckung in diesem Größenbereich aufweisen.
Das Pulvermaterial kann schichtweise oder in Form mindestens eines Pulverstrahls aus der Patrone entnommen werden, sodass durch die unterschiedliche Art der Entnahme auch die Befüllung der Patrone mit Material unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung definiert wird.
Beispielsweise kann beim schichtweisen Aufbringen des Pulvermaterials auf das Substrat oder ein bereits teilweise hergestelltes Bauteil das Pulvermaterial entsprechend schichtweise in der Patrone geschichtet werden, während bei einem Auftrag mit einem Pulverstrahl eine Lage des herzustellenden Bauteils größere Volumina des Pulvermaterials aus der Pulverpatrone erfordern kann, sodass entsprechende Bereiche des Aufnahmeraums der Pulverpatrone mit entsprechendem Material befüllt sein müssen.
Die Verwendung einer Pulverpatrone mit Pulvermaterial mit über dem Aufnahmeraum variierender chemischer Zusammensetzung kann insbesondere in einem Verfahren eingesetzt werden, bei welchem selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlschmelzen oder selektives Elektronenstrahlsintern zur generativen Herstellung eingesetzt wird.
Das Pulvermaterial kann in der Patrone verdichtet oder gepresst sein, beispielsweise durch Aufbringen von entsprechendem Druck von Presseinrichtungen oder durch Schütteln oder Rütteln der Patrone.
Außerdem kann die Patrone luftdicht verschließbar sein, sodass durch Umgebungseinflüsse keine Beeinträchtigung des aufgenommenen Pulvermaterials erfolgt. Insbesondere können Pulvermaterialien verwendet werden, die unter Vakuum oder Schutzgasatmosphäre gehandhabt werden müssen, da die Befüllung der Patrone bis zum luftdichten Verschließen unter entsprechenden Atmosphären durchgeführt werden kann. Die Patrone kann dann in einfacher Weise in eine entsprechende Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen eingebaut werden, welche wiederum unter Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum betrieben wird, sodass äußerst reines Pulvermaterial zur Herstellung der Bauteile Verwendung finden kann.
Entsprechend lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch hochempfindliche Bauteile für Strömungsmaschinen, wie stationäre Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerke, herstellen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen,
2 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen und in
3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Patrone, wie sie in der Vorrichtung aus 1 Verwendung findet und ein mit dem Material aus der Patrone hergestelltes Bauteil.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Allerdings ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Die 1 zeigt eine rein schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum selektiven Laserschmelzen, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Hubtisch 2 der gemäß dem Doppelpfeil 7 auf und ab verfahrbar ist. Auf dem Hubtisch 2, der für die erste Lage des herzustellenden Bauteils 3 als Substrat dient, ist ein noch nicht fertiggestelltes, sondern in der Herstellung befindliches Bauteil 3 gezeigt, welches durch selektives Laserstrahlschmelzen generativ aufgebaut wird.
Dazu weist die Vorrichtung 1 einen Laser 4 auf, der mit einem Laserstrahl 6 Pulverpartikel aufschmilzt, die in einer Schicht 13 entsprechend einem Querschnittsmuster des herzustellenden Bauteils 3 auf dem Bauteil 3 abgeschieden sind, sodass nach dem Wiedererstarren der aufgeschmolzenen Pulverpartikel in der Pulverschicht 13 diese sich untereinander und mit dem bereits hergestellte Bauteil 3 verbinden, um eine weitere Lage des generativ herzustellenden Bauteils 3 zu bilden.
Die Pulverschicht 13 mit den Pulverpartikeln wird mittels einer Patrone 5 auf das teilweise fertiggestellte Bauteil 3 aufgebracht, die gemäß dem Doppelpfeil 9 über das Bauteil 3 bewegt und von diesem wieder entfernt werden kann, wie durch die gestrichelte Darstellung angedeutet ist.
Die Patrone 5 weist an der Unterseite eine Abgabeöffnung auf, die durch einen Verschlussdeckel 8 in Form eines Schiebeverschlusses verschlossen werden kann, der gemäß dem dort dargestellten Doppelpfeil so aus der Patrone 5 herausgeschoben werden kann, dass Pulvermaterial 10, welches in dem Aufnahmeraum der Patrone 5 aufgenommen ist, aus diesem entweichen kann.
Das in der Patrone 5 aufgenommene Pulvermaterial 10 ist geschichtet in der Patrone 5 aufgenommen, sodass entsprechend der Schichtanordnung des Pulvermaterials 10 in der Patrone 5 die Aufbringung des Pulvermaterials in die Pulverschicht 13 für das selektive Laserstrahlschmelzen erfolgen kann. Beispielsweise kann die Patrone 5 mit geschlossenem Verschluss 8 in die strichliniert dargestellte Position oberhalb des zu erzeugenden Bauteils 3 gebracht werden, um in dieser Position den Verschluss 8 durch seitliches Herausschieben zu öffnen, sodass eine in der Patrone 5 aufgenommene Pulvermaterialschicht als Pulverschicht 13 auf dem Bauteil zu liegen kommt. Die Dicke der Pulverschicht 13, die auf dem Bauteil 3 abgeschieden wird, lässt sich durch den Abstand der Patrone 5 von der Bauteiloberfläche des Bauteils 3 einstellen. So kann beispielsweise das Bauteil 3 durch den Hubtisch 2 in Anlage an der Patrone 5 und dem Verschlussdeckel 8 positioniert werden und nach dem Öffnen des Verschlussdeckels 8 so weit abgesenkt werden, dass die gewünschte Dicke der Pulverschicht 13 auf dem zu erzeugenden Bauteil 3 für den nächsten Verbindungsschritt durch selektives Aufschmelzen der Pulverpartikel eingestellt werden kann.
Bevor die Patrone 5 nach dem Aufbringen der Pulverschicht 13 wieder in eine seitliche Position wegbewegt wird, um dem Laserstrahl 6 des Lasers 4 zu ermöglichen die Pulverschicht 13 zumindest teilweise aufzuschmelzen, wird der Verschlussdeckel 8 wieder geschlossen, sodass kein weiteres Pulvermaterial aus der Patrone 5 entweichen kann.
Durch die geschichtete Anordnung des Pulvermaterials in der Patrone 5 lässt sich schichtweise Pulvermaterial mit bestimmten Eigenschaften auf das herzustellende Bauteil 3 abscheiden. Entsprechend können durch Variation der Eigenschaften des Pulvermaterials über dem Bauteil 3 variierende Eigenschaften eingestellt werden, also sogenannte Gradientenwerkstoffe ausgebildet werden. Beispielsweise kann die chemische Zusammensetzung des Pulvermaterials 10 in der Patrone 5 schichtweise so geändert werden, dass sich die chemische Zusammensetzung und damit auch das Eigenschaftsprofil ändert. So kann beispielsweise in bestimmten Bereichen der Pulverpatrone 5 eine höhere Konzentration von Partikeln aus einem Material vorgesehen sein, welches eine höhere Festigkeit oder eine höhere Duktilität bewirkt, sodass die entsprechenden Bereiche des Bauteils 3, in denen das jeweilige Material zur generativen Herstellung Verwendung findet, entsprechend eine höhere Festigkeit oder höhere Duktilität aufweisen. Dabei kann die chemische Zusammensetzung des Pulvermaterial nicht nur von Schicht zu Schicht variieren sondern auch innerhalb einer Schicht variieren, um beliebige dreidimensionale Gradienten im zu erzeugenden Bauteil 3 herstellen zu können.
Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus ein Gehäuse 11 auf, um ein technisches Vakuum oder eine Inertgasatmosphäre im Innenraum 12 des Gehäuses 11 einstellen zu können, sodass empfindliche Pulvermaterialien, die beispielsweise zu einer schnellen Oxidation neigen, eingesetzt werden können.
Für die Herstellung eines Bauteils 3 kann entsprechend so vorgegangen werden, dass zunächst das Anforderungsprofil für das Bauteil definiert wird. Aus dem Anforderungsprofil kann dann festgelegt werden, in welchem Bereich des Bauteils 3 welche Werkstoffe zum Einsatz kommen, und welche Werkstoffübergänge von einem Bereich zum anderen Bereich vorgesehen werden sollen. Entsprechend der festgelegten Werkstoffauswahl und Werkstoffverteilung in dem Bauteil 3 kann dann eine geeignete Pulvermaterialanordnung definiert werden, die entsprechend schichtweise, wie sie dann für die generative Herstellung Verwendung findet, in dem Aufnahmeraum der Pulverpatrone gelagert werden kann. Das Pulvermaterila kann aus einer Mischung sortenreiner Pulverpartikel verschiedener Materialien, also beispielsweise aus einem Gemisch von Pulverpartikeln aus jeweils einem Legierungselement, gebildet sein, und/oder durch Pulverpartikel, die jeweils für sich bereits die gewünschte chemische Zusammensetzung aufweisen, also z.B. Legierungspulver, wobei die Variation der chemischen Zusammensetzung über den Aufnahmeraum der Patrone durch eine lokal unterschiedliche Mischung der Pulverpartikel und/oder Anordnung von verschiedenen Pulvern mit jeweils unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung verwirklicht werden kann.
Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1´ zur generativen Herstellung von Bauteilen, bei welchem gleiche Komponenten wie im Ausführungsbeispiel der 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die mit der Ausführungsform der 1 identischen Komponenten werden der Einfachheit halber nicht noch einmal detailliert beschrieben. Vielmehr beschränkt sich die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels auf die zum Ausführungsbeispiel der 1 unterschiedlichen Ausgestaltungen.
In der Ausführungsform der 2 ist eine andere Pulverpatrone 15 vorgesehen, welche keinen flächigen Auftrag des Pulvermaterials 10 ermöglicht, sondern einen streifen- oder bandförmigen Auftrag. Entsprechend weist die Pulverpatrone 15 eine Düse 17 auf, durch die das Pulvermaterial 10 auf das herzustellende Bauteil 3 aufgebracht werden kann. Durch die Düse 17, die durch einen nicht dargestellten Verschluss verschlossen und geöffnet werden kann, wird ein Pulvermaterialstrahl 14 ausgegeben, wie er in der strichlinierten Darstellung der Pulverpatrone 15 im Zustand der Aufbringung des Pulvermaterials auf das herzustellende Bauteil 3 gezeigt ist. Durch den Pulvermaterialstrahl 14 wird lediglich ein scheibenförmiger Teilbereich der Oberfläche des herzustellenden Bauteils 3 mit Pulver beaufschlagt, sodass zur Abscheidung einer Lage des Pulvermaterials die Pulverpatrone 15 mit der Düse 17 rasterartig über bzw. relativ zur Oberfläche des herzustellenden Bauteils 3 verfahren werden muss, um mit einem band- oder streifenförmigen Pulvermaterialauftrag 16 des Pulvermaterials eine vollständige Lage des Pulvermaterials abzuscheiden. Entsprechend ist die zumindest zweidimensionale Bewegung der Pulverpatrone 15 durch die Doppelpfeile in der 2 dargestellt.
Durch die Menge des Pulvermaterials, welches mittels des Pulverstrahls 14 durch die Düse 17 aus dem Aufnahmeraum der Pulverpatrone 15 ausgegeben wird und die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der die Pulverpatrone 15 über die zu beschichtende Fläche des Bauteils 3 verfahren wird, kann die Dicke des Pulvermaterialauftrags 16 eingestellt werden. Zusätzlich kann durch die Einstellung des Abstandes zwischen der Düse 17 und der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils 3, beispielsweise durch die Hubbewegung des Hubtisches 2 gemäß dem Doppelpfeil 7 die Breite des Pulvermaterialauftrags 16, also beispielsweise der Durchmesser des scheibenförmigen Pulvermaterialauftrags 16 in einer Richtung parallel zur beschichtenden Oberfläche des Bauteils 3 eingestellt werden.
Neben den beiden gezeigten Ausführungsbeispielen für die Realisierung einer Pulverpatrone 5, 15 sind weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann bei einer Anordnung der Pulverpatrone im unteren Bereich der Vorrichtung und der Ausgabe des Pulvermaterials nach oben ein Kolben (nicht gezeigt) vorgesehen sein kann, der das Pulvermaterial 10 aus der Pulverpatrone nach oben schiebt.
Darüber hinaus sind auch weitere Gestaltungen der Abgabevorrichtungen, also der Öffnung oder einer Düse zur Abgabe des Pulvermaterials und zum Verschluss der Abgabeöffnung oder der Düse denkbar.
Darüber hinaus kann die Gestaltung der Patrone zusätzliche Merkmale aufweisen. Beispielsweise kann, wie in 3 gezeigt ist, die Pulverpatrone 5 nicht nur einen Verschlussdeckel 8 an der Abgabeöffnung des Pulvermaterials aufweisen, der in 3 in der geöffneten Stellung strichliniert dargestellt ist, sondern die Pulverpatrone 5 kann zusätzlich an einer der Abgabeöffnung gegenüberliegenden Seite eine Einfüllöffnung 19 aufweisen, die ebenfalls durch einen Verschluss 18 luftdicht verschließbar ist. Die Eingabeöffnung 19 kann zum Einfüllen des Pulvermaterials Verwendung finden.
Das Einfüllen des Pulvermaterials kann insbesondere unter einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum stattfinden, um eine Kontamination des Pulvermaterials zu vermeiden.
Darüber hinaus können Vorrichtungen vorgesehen sein, um das Pulvermaterial in der Pulverpatrone 5 zu verdichten, wie Pressen oder dergleichen (nicht gezeigt). Eine Verdichtung kann auch durch entsprechendes Rütteln der Pulverpatrone 5 im gefüllten Zustand erreicht werden.
Die 3 zeigt weiterhin eine Gegenüberstellung der Pulverpatrone 5 und eines entsprechend hergestellten Bauteils 20, in dem Bereiche 21, 22 mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung ausgebildet sind. Die Bereiche mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung 21, 22 ergeben sich durch die schichtweise Ausbildung des Bauteils 20 mit dem schichtweise in der Pulverpatrone 5 enthaltenen Pulvermaterial 10, welches entsprechende unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann klar, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
Bezugszeichenliste

1, 1´: Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen
2: Hubtisch
3: teilweise hergestelltes Bauteil
4: Laser
5: Patrone
6: Laserstrahl
7: Doppelpfeil
8: Verschlussdeckel
9: Doppelpfeil
10: Pulvermaterial
11: Gehäuse
12: Innenraum
13: Pulverschicht
14: Pulvermaterialstrahl
15: Patrone
16: Pulverauftrag
17: Düse
18: Verschluss
19: Einfüllöffnung
20: Bauteil
21, 22: Bereiche mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/061174 A2 [0003]
WO 2009/010462 A2 [0003]
US 2011/0190904 A1 [0003]
DE 102007006478 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen, insbesondere Bauteilen von Strömungsmaschinen, durch schichtweises Verbinden von Pulvermaterial auf einem Substrat (2) oder an dem bereits teilweise hergestellten Bauteil (3), wobei die chemische Zusammensetzung des Bauteils variiert und wobei das Pulver in einer Patrone (5, 15) bereitgestellt wird und aus der Patrone schichtweise auf das Substrat oder teilweise hergestellte Bauteil aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulvermaterial (10) in der Patrone entsprechend der gewünschten Variation der chemischen Zusammensetzung im Bauteil in der Patrone mit einer Variation der chemischen Zusammensetzung gespeichert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulvermaterial (10) ein Gemisch aus Pulverpartikeln ist, bei dem verschiedene Arten von Pulverpartikeln vorgesehen sind, wobei die Pulverpartikel einer Art von Pulverpartikeln die gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen, aber die verschiedenen Arten von Pulverpartikeln unterschiedliche chemische Zusammensetzungen besitzen, insbesondere Partikeln aus Reinmetallen, Metalllegierungen, chemischen Verbindungen oder sortenreinen Materialien umfassen, und wobei die Variation der chemischen Zusammensetzung des Pulvermaterials in der Patrone durch unterschiedliche Mischungen von Pulverpartikeln eingestellt wird, und/oder dass das Pulvermaterial aus Pulverpartikeln gebildet ist, bei denen die Pulverpartikel an sich bereits die gewünschte chemische Zusammensetzung aufweisen und die Variation der chemischen Zusammensetzung des Pulvermaterials in der Patrone durch Anordnung verschiedener Arten von Pulverpartikeln mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulvermaterial (10) schichtweise oder in Form mindestens eines Pulverstrahls aus der Patrone (5, 15) entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schichtweise Aufbringen auf das Substrat oder das bereits teilweise hergestellte Bauteil durch flächigen Auftrag einer schichtweise aus der Patrone (5) entnommenen Schicht oder durch Auftragen mittels mindestens eines Pulverstrahls (14) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens einen Prozess einsetzt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlschmelzen und selektives Elektronenstrahlsintern umfasst.
Patrone mit Pulvermaterial für die generative Herstellung von Bauteilen, insbesondere Bauteilen von Strömungsmaschinen, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Patronenbehälter, in dem das Pulvermaterial aufgenommen ist und der einen Aufnahmeraum für das Pulvermaterial definiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulvermaterial (10) in dem Aufnahmeraum der Patrone (5, 15) mit einer Variation der chemischen Zusammensetzung des Pulvermaterials innerhalb des Aufnahmeraums gespeichert ist.
Patrone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulvermaterial (10) in der Patrone (5, 15) gepresst ist.
Patrone nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrone (5) luftdicht verschließbar ist.
Bauteil einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Flugtriebwerks, welches nach einem Verfahren mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt worden ist.
Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulvermaterial auf einem Substrat (2) oder an dem bereits teilweise hergestellten Bauteil (3), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem eine Patrone nach einem der Ansprüche 6 bis 8 zur Versorgung mit Pulver eingebaut ist.