DE102015008918A1 - Process for the additive production of three-dimensional components - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen, metallischen Bauteilen (12), wobei die Bauteile (12) schicht- oder abschnittsweise durch Verschmelzen eines zugeführten, metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil (12) unter Vakuumbedingungen aufgebaut werden. Um eine Qualitätsverbesserung der erzeugten Bauteile zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Verschmelzen des metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil (12) an einer Bearbeitungsstelle mittels eines Lichtbogens (20) durchgeführt wird, wobei der Lichtbogen (20) mittels eines Laser- (22) und/oder Elektronenstrahls geführt wird.Method for the additive production of three-dimensional, metallic components (12), wherein the components (12) are built up in layers or sections by fusing a supplied metallic material to the component (12) under vacuum conditions. In order to achieve an improvement in the quality of the components produced, it is proposed that the fusion of the metallic material with the component (12) is carried out at a processing point by means of an arc (20), wherein the arc (20) by means of a laser (22) and / or electron beam is guided.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen, metallischen Bauteilen, wobei die Bauteile schicht- oder abschnittsweise durch Verschmelzen eines zugeführten metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil unter Vakuumbedingungen aufgebaut werden.The present invention relates to a method for the additive production of three-dimensional metallic components, wherein the components are built up in layers or sections by fusing a supplied metallic material to the component under vacuum conditions.

Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der EP 1 296 788 B1 oder DE 10 2013 108 111 A1 bekannt. Üblicherweise wird ausgehend von einem Substrat, das auch bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, der Werkstoff schichtweise aufgetragen, indem in einzelnen Schritten jeweils eine Pulverschicht aufgebracht wird, die anschließend mit Hilfe des Lasers mit dem Untergrund an den Stellen verschmolzen wird, an welchen ein Materialauftrag gewünscht ist. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das gewünschte Bauteil hergestellt ist, wobei auch komplexe dreidimensionale Strukturen durch den schichtweisen Aufbau möglich sind.Such methods are for example from EP 1 296 788 B1 or DE 10 2013 108 111 A1 known. Usually, starting from a substrate which can also be used in the present invention, the material is applied in layers by applying a powder layer in individual steps, which is subsequently fused by means of the laser to the substrate at the points at which a material order is desired. This process is repeated until the desired component is produced, whereby complex three-dimensional structures are possible by the layered structure.

Es hat sich aber gezeigt, dass durch den nach jeder Schicht erforderlichen Auftrag einer weiteren Pulverschicht, die zudem auch noch glatt gestrichen werden muss, zum Einen ein recht hoher Zeitaufwand erforderlich ist und zum Anderen relativ große Mengen an Pulver anfallen, die gar nicht mit dem Bauteil verschmolzen werden. Es versteht sich, dass das Restpulver bei den bekannten Verfahren dann in besonders großen Mengen anfällt, wenn das herzustellende Bauteil in Bezug auf die Grundfläche relativ viele Hohlräume und Aussparungen aufweist.However, it has been shown that the required after each layer order another powder layer, which also also needs to be smoothed, on the one hand a fairly high amount of time required and on the other hand incurred relatively large amounts of powder that does not even with the Component be merged. It is understood that the residual powder in the known method is then obtained in particularly large quantities when the component to be produced has relatively many cavities and recesses with respect to the base surface.

Beim Einsatz von Laserstrahlen zum Verschmelzen des Materials besteht bei der additiven Herstellung auch ein Problem darin, dass durch den relativ hohen Wärmeeintrag eines Laserstrahls, der eine Lichtleistung von bis zu 4 kw haben kann, bereits erzeugte Materialschichten unter der gerade in Bearbeitung befindlichen Schicht erneut aufgeschmolzen werden können, was im Sinne einer Herstellung qualitativ hochwertiger Bauteile unerwünscht ist.When using laser beams to fuse the material, there is also a problem with additive production in that, owing to the relatively high heat input of a laser beam, which can have a light output of up to 4 kw, already produced material layers are remelted under the layer currently being processed can be what is undesirable in the sense of producing high quality components.

Bekannt ist auch das Auftragen von Material mittels eines Lichtbogens, dem sogenannten Auftragsschweißen, das aber im Rahmen additiver Herstellungsverfahren bislang keine große Bedeutung erlangen konnte. Insbesondere bei der Bearbeitung der Werkstücke zum Erzeugen des Bauteils im Vakuum besteht ein großes Problem darin, dass ein Lichtbogen im Vakuum oft unkontrolliert springt, was wiederum nachteilig für die Qualität des herzustellenden Bauteils ist.Also known is the application of material by means of an arc, the so-called build-up welding, but so far could not gain much importance in the context of additive manufacturing processes. In particular, when machining the workpieces to produce the component under vacuum, a major problem is that an arc in a vacuum often jumps uncontrollably, which in turn is detrimental to the quality of the component to be produced.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Qualität der erzeugten Bauteile verbessert wird.The object of the present invention is to improve a method of the type mentioned in that the quality of the components produced is improved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art das Verschmelzen des metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil an einer Bearbeitungsstelle mittels eines Lichtbogens durchgeführt wird, wobei der Lichtbogen mittels eines Laser- und/oder Elektronenstrahls geführt wird.According to the invention the object is achieved in that in a method of the type mentioned the fusion of the metallic material is carried out with the component at a processing point by means of an arc, wherein the arc is guided by means of a laser and / or electron beam.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Kombination eines Lichtbogens, der die Hauptschmelzleistung zum Aufschmelzen und Verschmelzen des zugeführten metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil liefert, und einem Laser, ggf. auch einem Elektronenstrahl, der den Lichtbogen führt, eine besonders gute Kombination aus geringem Wärmeeintrag in die bereits zuvor erzeugten Schichten des Bauteiles einerseits und einem schnellen Materialauftrag bei präziser Führung der Bearbeitungsstelle andererseits ermöglicht ist. Es hat sich gezeigt, dass unter der Führung eines Lasers oder auch Elektronenstrahls der Lichtbogen auch unter Vakuumbedingungen nicht mehr zum unkontrollierten Sprengen neigt, so dass die Position eines Schmelzbades an der Bearbeitungsstelle zum einen präzise geführt werden kann, zum anderen aber auch nicht tief in das bereits erzeugte Werkstück hineinreicht.It has been found that a particularly good combination of low heat input is achieved by the combination of an arc, which supplies the main melting performance for melting and fusing the supplied metallic material with the component, and a laser, possibly also an electron beam, which guides the arc in the previously generated layers of the component on the one hand and a fast material application with precise guidance of the processing point on the other hand is possible. It has been shown that under the guidance of a laser or electron beam, the arc no longer tends to uncontrolled blasting even under vacuum conditions, so that the position of a molten bath at the processing point can be performed on the one hand precisely, on the other hand, not deep into the already produced workpiece extends.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Lichtbogen mithilfe des Laserstrahls fokussiert und/oder zusätzlich ionisiert. Durch diese Maßnahme kann die Qualität des Materialauftrags weiter gesteigert werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the arc is focused by means of the laser beam and / or additionally ionized. By this measure, the quality of the material order can be further increased.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, den metallischen Werkstoff als Pulver zuzuführen, wobei zum einen die Möglichkeit besteht, in an sich bekannter Weise den metallischen Werkstoff als Pulver nacheinander schichtweise auf die bereits erzeugten Schichten des Bauteiles aufzutragen und anschließend mit Hilfe des laser- und/oder elektronenstrahlgesteuerten Lichtbogens dort zu verschmelzen, wo ein Materialauftrag gewünscht ist. Zur Vermeidung von unnötigem Anfall an Metallpulver, das zum Erzeugen eines Materialauftrages gar nicht notwendig ist, kann es vorteilhaft sein, das metallische Pulver in einem Gasstrom zu verwirbeln und anschließend den Gasstrom der Bearbeitungsstelle zuzuleiten. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme deutlich weniger überschüssiges Pulver anfällt, was insbesondere beim Ablauf des Verfahrens in einer Vakuumkammer vorteilhaft ist.In principle, it is possible to supply the metallic material as a powder, wherein on the one hand it is possible, in a conventional manner, to apply the metallic material as a powder successively in layers to the already produced layers of the component and then with the aid of the laser and / or electron beam controlled Arc to melt where a material application is desired. To avoid unnecessary accumulation of metal powder, which is not necessary for producing a material application, it may be advantageous to fluidize the metallic powder in a gas stream and then to forward the gas stream to the processing site. It has been shown that significantly less excess powder is obtained by this measure, which is particularly advantageous in the course of the process in a vacuum chamber.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der metallische Werkstoff als Draht zugeführt wird.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the metallic material is supplied as a wire.

Der Draht kann dabei bezüglich des Laser- und/oder Elektronenstrahls lateral oder koaxial zugeführt werden, wobei der Draht kalt oder ggf. bis in den Bereich der Solidustemperatur vorgewärmt zugeführt werden kann. The wire can be supplied laterally or coaxially with respect to the laser and / or electron beam, wherein the wire can be supplied cold or possibly preheated to the range of the solidus temperature.

Der Draht kann beispielsweise durch eine Durchführung in der Wand einer Vakuumkammer über ein Druckstufensystem zugeführt werden aber auch über einen Drahtvorrat innerhalb des Vakuums.The wire can be supplied for example by a passage in the wall of a vacuum chamber via a pressure stage system but also via a wire supply within the vacuum.

Vorzugsweise wird der Draht als abschmelzende Elektrone zur Ausbildung des Lichtbogens zwischen dem Draht und dem Bauteil zugeführt.Preferably, the wire is supplied as consumable electrons for forming the arc between the wire and the component.

Diese Variante bietet den Vorteil, dass zur Durchführung des Verfahrens innerhalb der Vakuumkammer wenige Teile erforderlich sind, wobei das Abschmelzen des Drahtes an der Spitze unmittelbar mit Hilfe des dort erzeugten Lichtbogens erfolgt. Vorzugsweise ist der Draht in der Zustellrichtung und in der Gegenrichtung beweglich, so dass durch ein Vor- und Zurückbewegen der Lichtbogen gesteuert werden kann. Das Vor- und Zurückziehen kann zur Verfeinerung des Verfahrens auch dazu eingesetzt werden, gezielt Tropfen an der Spitze des Drahtes abzulösen und den Wärmeeintrag in das Bauteil zu minimieren.This variant has the advantage that for carrying out the method within the vacuum chamber few parts are required, wherein the melting of the wire at the top takes place directly with the aid of the arc generated there. Preferably, the wire is movable in the feed direction and in the opposite direction, so that the arc can be controlled by a forward and backward movement. The back and forth can be used to refine the method also used to selectively dissolve drops on the tip of the wire and to minimize the heat input into the component.

Alternativ kann eine nicht abschmelzende Elektrone eingesetzt werden, um den Lichtbogen auszubilden, wobei der Draht der dadurch gebildeten Bearbeitungsstelle zugeführt wird. Auch hier kann die Position der feststehenden Elektrode selbstverständlich zur Steuerung des Lichtbogens variabel steuerbar sein.Alternatively, a non-consumable electron may be used to form the arc, with the wire being fed to the processing site formed thereby. Of course, the position of the fixed electrode can of course be controlled variably to control the arc.

Der Lichtbogen kann mit einem Gleichstrom oder auch mit einem Wechselstrom generiert werden. Dadurch können die durch den Schweißstrom entstehenden magnetischen Felder beeinflusst werden und damit einhergehenden sogenannte Arc-Blows, Spritzer und dergleichen positiv beeinflusst werden.The arc can be generated with a direct current or with an alternating current. As a result, the magnetic fields produced by the welding current can be influenced and associated arc bubbles, spatter and the like can be positively influenced.

Vorzugsweise wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, dass die Bearbeitungsstelle in einer Vakuumkammer stationär ausgebildet wird, während das Bauteil während des Materialauftrages relativ zur Bearbeitungsstelle verfahren wird.Preferably, the method is carried out in such a way that the processing point is formed stationary in a vacuum chamber, while the component is moved relative to the processing point during the application of material.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen:In the following, reference will be made in detail to two exemplary embodiments of the invention with reference to the attached drawings. Show it:

1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur additiven Herstellung eines metallischen Bauteils; 1 a longitudinal section of an apparatus for the additive production of a metallic component;

2 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum additiven Herstellen von dreidimensionalen metallischen Bauteilen. 2 a longitudinal section of another embodiment of an apparatus for the additive production of three-dimensional metallic components.

In 1 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, mit welcher ein Verfahren zur additiven Herstellung eines metallischen Bauteils 12, das hier als im Aufbau befindliches Werkstück dargestellt ist, in einer Vakuumkammer 14 durchführbar ist. Das Bauteil 12 bzw. Werkstück ist auf einem nicht näher gezeigten Tisch montiert, der ein Verfahren des Bauteils in der X-, Y- und Z-Richtung ermöglicht. Das Bauteil 12 wird schichtweise im Sinne der additiven Herstellung erzeugt, d. h. bei dem inIn 1 is a device 10 shown with which a method for the additive production of a metallic component 12 , which is shown here as being under construction workpiece, in a vacuum chamber 14 is feasible. The component 12 or workpiece is mounted on a table, not shown in detail, which allows a method of the component in the X, Y and Z directions. The component 12 is produced in layers in the sense of additive production, ie in the

1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind bereits eine Reihe von Schichten aufgetragen worden, wobei die aufgetragene aktuelle Materialschicht 16 zur Veranschaulichung nicht maßstäblich überhöht dargestellt ist. Die erste Schicht kann auf einem zuvor in die Kammer 14 eingebrachten Substrat aufgebaut werden. 1 shown embodiment, a number of layers have already been applied, wherein the applied current material layer 16 is not shown to scale to scale for illustrative purposes. The first layer may be on a previously in the chamber 14 incorporated substrate can be constructed.

Eine Vakuumpumpe 18 evakuiert das Innere der Vakuumkammer 14 auf die im Bereich von thermischen Bearbeitungsverfahren im Vakuum üblichen Druckwerte.A vacuum pump 18 evacuates the inside of the vacuum chamber 14 to the usual in the field of thermal processing methods in vacuum pressures.

Der zum Verschmelzen von zugeführtem metallischem Werkstoff in der aufgetragenen Materialschicht 16 erforderliche Energieeintrag wird durch einen Lichtbogen 20 bereitgestellt, der zwischen einem als metallischem Werkstoff zugeführten Draht 28 und dem Werkstück 12 aufgebaut wird. Da ein Lichtbogen unter Vakuumbedingungen dazu neigt, unkontrolliert seine Position zu ändern, ist ein Laser 21 außerhalb der Kammer angeordnet, der selbst nur eine relativ geringe Lichtleistung, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 100 Watt, aufweist, die selbst gar nicht geeignet wäre, das Material aufzuschmelzen, um die Auftragsschicht 16 auszubilden.The fusing of supplied metallic material in the applied material layer 16 required energy input is through an arc 20 provided between a supplied as a metallic material wire 28 and the workpiece 12 is built. Since an arc under vacuum conditions tends to uncontrollably change position, it is a laser 21 arranged outside the chamber, which itself has only a relatively low light output, in the embodiment shown approximately 100 watts, which would not even be suitable to melt the material to the application layer 16 train.

Ein Laserstrahl 22 des Lasers 20 wird durch ein Eintrittsfenster 24 in der Wandung der Vakuumkammer 14 zu einer Bearbeitungsstelle auf dem Bauteil 12 geleitet, an welcher sich durch den angesprochenen Lichtbogen 20 ein Schmelzbad 26 ausbildet. Eine nicht näher dargestellte Belüftung der Innenseite des Eintrittsfensters 24 verhindert, dass sich dort Metalldämpfe als Kondensat niederschlagen können. Der Laserstrahl 22 dient zum einen der Positionierung des Lichtbogens 20 an der gewünschten Bearbeitungsstelle und eignet sich ferner dazu, den Lichtbogen zu fokussieren und weiter zu ionisieren. Auf diese Art und Weise ist es möglich, mit einem vergleichsweise kleinen und leistungsschwachen Laser die durch den Lichtbogen 20 erzeugte Schmelzenergie zu steuern und ein qualitativ hochwertiges Bauteil 12 herzustellen.A laser beam 22 the laser 20 is through an entrance window 24 in the wall of the vacuum chamber 14 to a processing point on the component 12 passed, at which by the mentioned arc 20 a molten bath 26 formed. A non-illustrated ventilation of the inside of the entrance window 24 Prevents metal vapor from condensing there. The laser beam 22 serves on the one hand the positioning of the arc 20 at the desired processing location and is also suitable to focus the arc and further ionize. In this way, it is possible with a comparatively small and low-power laser through the arc 20 to control generated melting energy and a high quality component 12 manufacture.

Der Draht 28 wird mittels einer sehr vereinfacht dargestellten Drahtzuführung 30 der Bearbeitungsstelle an dem Schmelzbad 26 zugeführt, wobei er durch eine Vakuumdurchführung 32 in der Wandung der Vakuumkammer 14 in das Innere der Vakuumkammer zugeführt und beispielsweise durch angetriebene Reibwalzen zugestellt wird. Zur Ausbildung des Lichtbogens ist eine außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Gleichstromquelle 34 angeordnet, deren negative Polarität mit dem Draht 28 und deren positive Polarität mit dem Werkstück 12 verbunden ist. Spannung und Leistungsfähigkeit der Stromquelle 34 sind derart ausgebildet, dass sich der Lichtbogen 20 zwischen einem Drahtende 36 und dem Werkstück 12 an der Stelle des Schmelzbades 26 ausbilden kann. Die Drahtzuführung 30 ist dabei geeignet, den Draht in beiden Richtungen zu bewegen, d. h. zum Schmelzbad 26 hin, aber auch vom Schmelzbad weg, um einerseits den Lichtbogen 20 steuern zu können und andererseits auch für eine gezielte Ablösung von aufgeschmolzenem Metall am Drahtende 36 zu sorgen und insgesamt den Energieeintrag in das Werkstück 12 möglichst minimal zu halten, um ein Aufschmelzen unter der aktuellen Materialschicht 16 bereits zuvor erzeugter Werkstoffschichten zu vermeiden. Es ist auch ohne weiteres möglich, anstelle einer Gleichstromquelle 34 eine Wechselstromquelle zur Erzeugung des Lichtbogens einzusetzen, womit ggf. die durch den Schweißstrom entstehenden magnetischen Felder und damit einhergehende sogenannte Arch-Blows und Metallspritzer positiv beeinflusst werden können. The wire 28 is by means of a very simplified illustrated wire feeder 30 the processing point on the molten bath 26 fed, passing through a vacuum feedthrough 32 in the wall of the vacuum chamber 14 supplied to the interior of the vacuum chamber and delivered, for example, by driven friction rollers. For the formation of the arc is arranged outside the vacuum chamber DC power source 34 arranged, their negative polarity with the wire 28 and their positive polarity with the workpiece 12 connected is. Voltage and efficiency of the power source 34 are designed such that the arc 20 between a wire end 36 and the workpiece 12 in the place of the molten bath 26 can train. The wire feeder 30 is suitable for moving the wire in both directions, ie to the molten bath 26 away, but also away from the molten bath, on the one hand the arc 20 On the other hand, for a targeted replacement of molten metal at the wire end 36 to provide and overall the energy input into the workpiece 12 minimize as much as possible to melt under the current material layer 16 To avoid already generated material layers. It is also readily possible, instead of a DC source 34 to use an AC power source to generate the arc, which may possibly be positively influenced by the welding current resulting magnetic fields and the associated so-called Arch-Blows and metal splashes.

Der Stromfluss in dem Draht 28 zwischen einer Anschlussstelle 38 der Stromquelle und dem Lichtbogen 20 hat auch zur Folge, dass sich der Draht aufheizt, was sich insgesamt positiv im Hinblick auf einen verminderten Wärmeeintrag in das Werkstück 12 auswirkt, weil die Lichtbogenleistung zum Aufschmelzen und Auftragen des metallischen Werkstoffes dadurch kleiner eingestellt werden kann.The current flow in the wire 28 between a connection point 38 the power source and the arc 20 also has the consequence that the wire heats up, which is generally positive in terms of a reduced heat input into the workpiece 12 affects because the arc performance for melting and application of the metallic material can be set smaller.

In 2 ist eine weitere Vorrichtung 10 gezeigt, die in vielen konstruktiven Details der zuvor vorgestellten Vorrichtung 10 gemäß 1 entspricht und daher im Bereich übereinstimmender Bauelemente auch mit gleichen Bezugszeichen versehen worden ist. Abweichend ausgeführt ist bei dieser Ausführungsform, dass der Draht 28 selbst nicht zur Ausbildung des Lichtbogens als abschmelzende Elektrode ausgebildet ist, sondern eine nicht abschmelzende, feststehende Elektrode 128 vorgesehen ist, zwischen deren Elektrodenspitze 136 und dem Schmelzbad 26 der Lichtbogen 20 ausgebildet wird. Der Draht 28 wird im übrigen in der zuvor beschriebenen Art und Weise mithilfe einer Drahtzuführung 30 zugestellt, die wiederum ein Zustellen, aber auch ein Zurückziehen des Drahtes 28 von dem Schmelzbad ermöglichen kann. Der Draht ist durch eine Vakuumdurchführung 32 in das Innere der Vakuumkammer geführt. Der Lichtbogen 20 wird wiederum mittels einer Gleichstromquelle 134 aufgebracht, deren negative Polarität mit der Schweißelektrode 128 und deren positive Polarität mit dem Werkstück 12 verbunden ist. Die Stromquelle 134 liegt wiederum außerhalb der Vakuumkammer, wobei Zuleitungen 135 durch entsprechende vakuumdichte Durchführungen in das Kammerinnere geführt sind.In 2 is another device 10 shown in many structural details of the previously presented device 10 according to 1 corresponds and has therefore been provided in the same matching components with the same reference numerals. Deviating executed in this embodiment that the wire 28 itself is not designed to form the arc as a consumable electrode, but a non-consumable, fixed electrode 128 is provided between the electrode tip 136 and the molten bath 26 the arc 20 is trained. The wire 28 is otherwise in the manner described above using a wire feed 30 delivered, in turn, a delivery, but also a retraction of the wire 28 from the molten bath. The wire is through a vacuum feedthrough 32 led into the interior of the vacuum chamber. The arc 20 is again by means of a DC power source 134 applied, its negative polarity with the welding electrode 128 and their positive polarity with the workpiece 12 connected is. The power source 134 again lies outside the vacuum chamber, with leads 135 are guided by appropriate vacuum-tight passages in the chamber interior.

Um den Draht 28 bei dieser Ausführungsform vorwärmen zu können, ist ein Induktor 150 vorgesehen, dessen Stromversorgung außerhalb der Vakuumkammer 14 angeordnet ist, wobei eine Spule 152 zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem Draht 28 diesen wendelförmig umschlingt. Die Wirbelströme sorgen für eine Erhitzung des Drahtes, so dass wiederum der durch den Lichtbogen 20 aufgebrachte Wärmeeintrag gering gehalten werden kann, um ein möglichst geringes Aufschmelzen unterhalb der aufgetragenen Materialschicht 16 bereits zuvor aufgebrachte Materialschichten zu minimieren.To the wire 28 to preheat in this embodiment is an inductor 150 provided, its power supply outside the vacuum chamber 14 is arranged, with a coil 152 for generating eddy currents in the wire 28 wraps it helically. The eddy currents ensure a heating of the wire, so that in turn by the arc 20 applied heat input can be kept low to the lowest possible melting below the applied material layer 16 to minimize previously applied material layers.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102013108111 A1 [0002] DE 102013108111 A1 [0002]

Claims (12)

Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen, metallischen Bauteilen (12), wobei die Bauteile (12) schicht- oder abschnittsweise durch Verschmelzen eines zugeführten, metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil (12) unter Vakuumbedingungen aufgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschmelzen des metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil (12) an einer Bearbeitungssstelle mittels eines Lichtbogens (20) durchgeführt wird, wobei der Lichtbogen (20) mittels eines Laser- (22) und/oder Elektronenstrahls geführt wird.Method for the additive production of three-dimensional, metallic components ( 12 ), the components ( 12 ) layer or section by fusion of a supplied metallic material with the component ( 12 ) are constructed under vacuum conditions, characterized in that the fusion of the metallic material with the component ( 12 ) at a processing station by means of an arc ( 20 ), the arc ( 20 ) by means of a laser ( 22 ) and / or electron beam is guided. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (20) mit Hilfe des Laser- (22) und/oder Elektronenstrahls fokussiert und/oder zusätzlich ionisiert wird.Method according to claim 1, characterized in that the arc ( 20 ) using the laser ( 22 ) and / or electron beam focused and / or additionally ionized. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff als Pulver zugeführt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the metallic material is supplied as a powder. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver schichtweise auf eine zuvor aufgetragene Schicht des Bauteils aufgetragen wird und anschließend die gewünschten Abschnitte verschmolzen werden.A method according to claim 3, characterized in that the metallic powder is applied in layers on a previously applied layer of the component and then the desired portions are fused. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver in einem Gasstrom verwirbelt wird und der Gasstrom der Bearbeitungsstelle zugeführt wird.A method according to claim 3, characterized in that the metallic powder is fluidized in a gas stream and the gas stream is supplied to the processing site. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff als Draht (28) zugeführt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the metallic material is used as wire ( 28 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (28) als abschmelzende Elektrode zur Ausbildung des Lichtbogens (20) zwischen dem Draht (28) und dem Bauteil (12) zugeführt wird.Method according to claim 6, characterized in that the wire ( 28 ) as a melting electrode for the formation of the arc ( 20 ) between the wire ( 28 ) and the component ( 12 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (28) in der Zustellrichtung und in der Gegenrichtung bewegt wird, um den Lichtbogen (20) zu steuern.Method according to claim 7, characterized in that the wire ( 28 ) is moved in the feed direction and in the opposite direction to the arc ( 20 ) to control. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vor- und Zurückbewegen des Drahtes (28) von einem Drahtende (36) Tropfen geschmolzenen Metalls abgelöst werden und der Wärmeeintrag in die bereits erzeugten Schichten minimiert wird.Method according to claim 8, characterized in that by moving the wire back and forth ( 28 ) from a wire end ( 36 ) Drops of molten metal are removed and the heat input is minimized in the already generated layers. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (20) zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode (128) und dem Bauteil (12) ausgebildet wird und der Draht (28) der dadurch gebildeten Bearbeitungsstelle zugeführt wird.Method according to claim 6, characterized in that the arc ( 20 ) between a non-consumable electrode ( 128 ) and the component ( 12 ) and the wire ( 28 ) is supplied to the processing station formed thereby. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (20) mit einem Gleichstrom oder einem Wechselstrom generiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the arc ( 20 ) is generated with a direct current or an alternating current. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstelle in einer Vakuumkammer (14) stationär ausgebildet wird, während das Bauteil (12) während des Materialauftrages relativ zur Bearbeitungsstelle verfahren wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing point in a vacuum chamber ( 14 ) is formed stationary while the component ( 12 ) is moved relative to the processing point during the material application.
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