DE102016115674A1

DE102016115674A1 - Additive Fertigung

Info

Publication number: DE102016115674A1
Application number: DE102016115674.4A
Authority: DE
Inventors: Trevor Illston; Pratik Yatin Vora
Original assignee: Mat Solutions Ltd; Materials Solutions Ltd
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2017-03-02
Also published as: GB2541811B; GB201515386D0; US20170057014A1; GB201614505D0; GB2541811A

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Entfernung einer Stützstruktur von einem additiv gefertigten Metallbauteil bereit, wobei das Verfahren das Einwirken mindestens eines Wärmeimpulses auf das Bauteil und die Stützstruktur zum Schwächen oder Abbrechen der Grenzfläche(n) zwischen der Stützstruktur und dem Bauteil vor Entfernung der verbleibenden Stütze umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf additiv gefertigte Metallbauteile und insbesondere auf Verfahren zur Entfernung von Stützstrukturen von solchen Bauteilen.
Bei der additiven Fertigung handelt es sich um eine Gruppe von Prozessen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass durch schichtweisen Aufbau im Wesentlichen zweidimensionaler Schichten (oder Scheiben) dreidimensionale Bauteile gefertigt werden. Jede Schicht ist im Allgemeinen sehr dünn (zum Beispiel zwischen 20 und 100 Mikrometer), und es werden viele Schichten nacheinander gebildet, wobei die zweidimensionale Form auf jeder Schicht variiert, um das gewünschte endgültige dreidimensionale Profil bereitzustellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen „substraktiven” Fertigungsprozessen, bei denen Material entfernt wird, um ein gewünschtes Bauteilprofil zu bilden, wird bei additiven Fertigungsprozessen fortlaufend Material hinzugefügt, um ein fertiges oder endkonturnahes endgültiges Bauteil zu bilden.
Die frühesten additiven Fertigungsprozesse wie z. B. Stereolithografie basierten auf der Härtung von Fotopolymeren mittels UV-Licht, und es existieren verschiedene Techniken zur Bildung von Kunststoffteilen (einschließlich des sogenannten „3D-Drucks”, wie die additive Fertigung von Kunststoffen auf der Grundlage modifizierter Druckverfahren vom Tintenstrahltyp typischerweise bezeichnet wird).
Bei der additiven Fertigung von Metallen treten signifikant andere Probleme auf als bei der von Kunststoffen; sie kann vom Fachmann als eigenes Gebiet betrachtet werden. Techniken zur additiven Fertigung im Metallpulverbett basieren alle auf dem Grundprinzip, dass basierend auf einer 3D-CAD-Datei eine „Scheibe” aufgebaut wird, indem eine punktförmige Energiequelle auf die Oberfläche einer Schicht aus Metallpulver gerichtet wird. Der Energiepunkt besitzt eine ausreichende Intensität, um die Pulverschicht an der Auftreffstelle lokal zu schmelzen (oder zu sintern), und erzeugt einen Flüssigschmelzepool (mit typischerweise derselben Tiefe wie die Schicht und mindestens der Hälfte der darunter liegenden Pulverschicht oder, im Falle einer darunter liegenden festen Schicht, einem Teil dieser Unterschicht). Wenn sich der Energiepunkt (durch die Optik der additiven Schichtfertigungsmaschine gesteuert) weiterbewegt, kühlt sich der Schmelzepool ab und das Metall wird wieder fest, wodurch ein zusammenhängendes Ganzes aus dieser Schicht und den Unterschichten entsteht. Nach Fertigstellung einer Schicht wird eine neue Pulverschicht bereitgestellt, so dass die nächste Scheibe gebildet werden kann.
Bei alternativen additiven Metallfertigungstechniken kann Pulver (oder Draht) verwendet werden, die durch mechanisches Scannen eines Werkstücks geschmolzen und als Flüssigkeit aufgebracht werden.
Die punktförmige Energiequelle kann zum Beispiel ein Laser- oder Elektronenstrahl sein, und es sind verschiedene im Handel erhältlich additive Pulverbett-Metallfertigungssysteme bekannt. Dazu gehören zum Beispiel Verfahren, die als „selektives Lasersintern”, selektives Laserschmelzen, Laser Cusing (RTM) und DMLS (RTM) bekannt und/oder unter der Marke registriert sind. Beispiele für im Handel erhältliche additive Fertigungsmaschinen zur Herstellung von Metallbauteilen schließen zum Beispiel selektive Laservorrichtungen wie die EOS M2XX- oder M4XX-Serie (hergestellt von EOS GmbH) und Elektronenstrahlvorrichtungen wie die von Acram AB, Schweden hergestellten ein.
Mittels additiver Fertigung können extrem komplexe Bauteile endkonturnah gefertigt werden, doch dem Fachmann ist bewusst, dass während der Fertigung im Allgemeinen Stützstrukturen erforderlich sind. Die Stützstrukturen werden während der additiven Fertigung Schicht um Schicht einstückig zusammen mit dem Bauteil gebildet. Stützstrukturen können zum Beispiel erforderlich sein, um überhängende Bauteile/Flächen abzustützen. Stützstrukturen sind bei Metallbauteilen (insbesondere bei hochfesten Metallen) besonders wichtig, da durch das beim additiven Prozess notwendige Erwärmen und Abkühlen Restspannungen in dem Bauteil entstehen, die eine geometrische Verformung und/oder Rissbildung in dem Bauteil hervorrufen können.
Stützstrukturen müssen sorgfältig konzipiert und während des Vorfertigungsprozesses optimiert werden, so dass sie mit ausreichender mechanischer Festigkeit an dem Bauteil befestigt sind, um wie vorgesehen zu funktionieren, nach der Fertigung aber auch relativ leicht entfernt werden können. Typischerweise können die Stützstrukturen dort, wo sie an das Bauteil grenzen, eine deutliche Grenzflächenregion mit einem Gitter- oder Zahnprofil einschließen, um eine klar definierte Trennlinie zu dem Bauteil bereitzustellen. Insbesondere bei Hochleistungsmetallen (wie zum Beispiel Superlegierungen) muss die Grenzfläche jedoch sehr stark sein, und die Stützstruktur ist demzufolge schwer zu entfernen. Es werden scharfe Schneidwerkzeuge mit erheblicher Kraft eingesetzt und es besteht die Gefahr, dass die Oberfläche des Bauteils während dieses Entfernungsprozesses beschädigt werden kann.
Daher besteht der Bedarf an verbesserten Verfahren zu Entfernung von Stützstrukturen von Metallbauteilen, die mittels additiver Fertigung hergestellt wurden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung einer Stützstruktur von einem additiv gefertigten Metallbauteil bereitgestellt, wobei das Verfahren das Einwirken mindestens eines Wärmeimpulses auf das Bauteil und die Stützstruktur zum Schwächen oder Abbrechen der Grenzfläche(n) zwischen der Stützstruktur und dem Bauteil vor Entfernung der restlichen Stütze umfasst.
Für den Fall, dass der Wärmeimpuls nur dazu verwendet wird, die Grenzfläche(n) zu schwächen, kann die Entfernung durch mechanische Entfernung (zum Beispiel Schneiden) erfolgen. Dient/dienen der/die Wärmeimpuls(e) dazu, die Grenzfläche(n) vollständig aufzubrechen, kann die Stütze einfach entfernt werden, zum Beispiel unter Schwerkraft.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur additiven Fertigung von Metallbauteilen bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bildung eines Bauteils in einem schichtweisen Prozess, wobei das Bauteil einstückig mit mindestens einer Stützstruktur gebildet wird, die nach dem schichtweisen Prozess von dem Bauteil abgetrennt wird, und wobei das Verfahren nach Abschluss des schichtweisen Prozesses das Einwirken mindestens eines Wärmeimpulses auf das Bauteil und die Stützstruktur zum Schwächen oder Aufbrechen der Grenzfläche(n) zwischen der Stützstruktur und dem Bauteil sowie das Entfernen der restlichen Stütze von dem Bauteil umfasst.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Stützstruktur während des schichtweisen Prozesses einstückig mit dem Bauteil gebildet wird. Die mechanische Entfernung der Stütze von dem Bauteil kann durch herkömmliche Mittel (zum Beispiel Schneiden oder Zerspanen einschließlich moderner Schneid-/Zerspanungsverfahren wie Funkenerodieren) erfolgen.
Die Stütze kann eine Hauptstütze umfassen und die Grenzfläche umfasst eine Vielzahl von Grenzflächenstützelementen, welche die Hauptstütze und das Bauteil verbinden. Während des erfindungsgemäßen Prozesses werden die Grenzflächenstützelemente durch den Wärmeimpuls vor der mechanischen Entfernung der Stütze (zum Beispiel durch Schneiden) geschwächt (oder abgebrochen).
Die Anmelder haben festgestellt, dass, wenn das Bauteil und die Stützstruktur einem Wärmeimpuls ausgesetzt werden, eine Oberflächenschicht entfernt und dadurch die Festigkeit der Grenzfläche zwischen der Stützstruktur und dem Bauteil reduziert wird (oder möglicherweise zumindest ein Teil der Grenzfläche abgebrochen wird), ohne dass dies eine merkliche nachteilige Auswirkung auf die Materialeigenschaften des Bauteils hat. Tatsächlich kann der Wärmeimpuls die Ermüdungseigenschaften des Bauteils verbessern.
Der Wärmeimpuls erfolgt bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metallmaterials. Der Wärmeimpuls kann einen Anstieg der Spitzentemperatur von mindestens 2000°C, zum Beispiel einen Anstieg von etwa 2500 bis 3500°C bewirken.
Der Wärmeimpuls kann von unzureichender Dauer für eine Massenerwärmung des Bauteils sein. Der Wärmeimpuls kann zum Beispiel eine Dauer von weniger als 100 Millisekunden haben, zum Beispiel weniger als 20 Millisekunden.
Da der Wärmeimpuls von relativ kurzer Dauer ist, ist die Wärmeleitung in die Bauteilmasse gering. Aufgrund der sehr kurzen Dauer kann die Temperatur der Bauteilmasse beispielsweise nur um weniger als 200°C, zum Beispiel etwa 50 bis 150°C steigen.
Da im Gegensatz dazu die Grenzfläche aus feinen Strukturen gebildet ist, ist sie einer größeren Wärmeübertragung ausgesetzt. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, glaubt man daher, dass der Wärmeimpuls ein lokales (oder selektives) Verdampfen, Oxidieren oder Schmelzen der Grenzflächenelemente bewirkt. Dadurch wird die Grenzfläche geschwächt und kann teilweise abgebrochen werden und die Stütze kann leichter entfernt werden.
Der Schritt des Einwirkens eines Wärmeimpulses auf das Bauteil und die Stützstruktur umfasst Folgendes: das Bauteil und die Stützstruktur werden in einer Kammer platziert, die Kammer wird mit einem brennbaren Gasgemisch gefüllt, man lässt das Gasgemisch das Bauteil und die Stützstruktur umschließen und das Gasgemisch wird entzündet. Indem sich das Gasgemisch mit dem Bauteil und der Stütze vor der Entzündung vollständig mischt, kann das Gasgemisch vor der Verbrennung offene Zwischenräume oder Hohlräume in dem Bauteil und der Stützstruktur durchdringen. Insbesondere kann das Gasgemisch die Zwischenräume oder Hohlräume, welche die Grenzfläche umschließen, durchdringen. Das Gasgemisch kann ein Gemisch aus Kohlenwasserstoff (zum Beispiel Methan) und Sauerstoff (der zum Beispiel als Luft bereitgestellt werden kann) sein. In der Kammer kann ein erhöhter Atmosphärendruck herrschen (zum Beispiel 400 bar, und der Spitzendruck kann während der Verbrennung zum Beispiel 2000 bar oder mehr erreichen).
Die Verbrennung des Gasgemisches kann dergestalt sein, dass der Wärmeimpuls eine explosive oder pseudo-explosive Entzündung ist.
Das Metallbauteil und die Stützstruktur können auf einer Bodenplatte gebildet werden. Dem Fachmann ist bewusst, dass das Metallbauteil und die Stützstruktur während des additiven Fertigungsprozesses (bei Bildung der ersten Schicht auf der Bodenplatte) im Wesentlichen an die Bodenplatte geschweißt sein können.
Vor der Entfernung der Stützstruktur von dem additiv gefertigten Metallbauteil können die Ausführungsformen weiterhin den Schritt der Wärmebehandlung des Metallbauteils und der Stützstruktur zur Entfernung oder Reduzierung von Restspannungen infolge des schichtweisen Prozesses umfassen. Um eine Verformung infolge von Restspannung zu vermeiden, kann vor der Entfernung des Bauteils von der Bodenplatte eine solche Wärmebehandlung erfolgen. Die Stützstruktur und das Metallbauteil können gemeinsam von der Bodenplatte entfernt werden und die Wärmebehandlung als solche kann vor der Entfernung der Stützstruktur gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen erfolgen.
Es ist anzumerken, dass eine Vielzahl von Bauteilen und dazugehörigen Stützstrukturen während eines einzelnen additiven Prozesses auf einer einzelnen Bodenplatte gebildet werden können (und dies die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigen würde).
Dem Fachmann ist bewusst, dass der Schritt der Wärmebehandlung des additiv gefertigten Bauteils (typischerweise während es noch an der Bodenplatte befestigt ist) ein bekannter Prozess für die Entfernung/Reduzierung von Restspannung ist und sich von dem Wärmeimpuls erfindungsgemäßer Ausführungsformen unterscheidet. Eine solche Wärmebehandlung wird zum Beispiel typischerweise unter Schutzgasatmosphären- oder Vakuumbedingungen (d. h. in einer nicht-oxidierenden Umgebung) durchgeführt. Weiterhin muss die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Metallmaterials erfolgen. Während solcher Wärmebehandlungsprozesse ist das Massenerwärmen (nicht das Schmelzen) des Bauteils vorgesehen.
Nach der mechanischen Entfernung der Stützstruktur von dem Metallbauteil kann zumindest ein weiterer Wärmeimpuls auf das abgetrennte Metallbauteil appliziert werden. In einigen Ausführungsformen kann nach der Abtrennung eine Vielzahl von Wärmeimpulsen appliziert werden.
Die Anmelder haben überraschenderweise herausgefunden, dass die Applikation eines weiteren Wärmeimpulses nach der Entfernung der Stützstruktur durch Reduktion der Oberflächenrauigkeit zu einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit führt. Hierdurch kann zum Beispiel die Oberflächenrauigkeit infolge von Resten der Stützstrukturgrenzfläche oder die Oberflächenrauigkeit nach unten zeigender Flächen reduziert werden (die, wie dem Fachmann bewusst ist, infolge des unbeabsichtigten Pulverschmelzens unterhalb der gewünschten Schicht typischerweise einen natürlichen Rauhigkeitsgrad aufweisen).
Der zusätzlichen Wärmeimpuls-Behandlung des abgetrennten Bauteils kann die abrasive Reinigung der Oberfläche des Metallbauteils folgen. Die Oberfläche kann zum Beispiel gestrahlt werden.
Die abrasive Reinigung entfernt das durch die Wärmeimpuls-Behandlung erzeugte Oxid. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, glaubt man, dass die Kombination aus Wärmeimpuls und anschließender abrasiver Behandlung besonders vorteilhaft ist, wenn die lokalen feinen Erhebungen auf der Oberfläche zumindest teilweise oxidiert, verdampft oder geschmolzen werden, um ihre selektive Entfernung während der anschließenden abrasiven Behandlung zu ermöglichen oder zu unterstützen.
Der additive Fertigungsprozess gemäß erfindungsgemäßen Ausführungen kann eine selektive Pulverbett-Laserfertigung umfassen.
Zwar wurde die Erfindung zuvor beschrieben, sie erstreckt sich jedoch auf alle zuvor oder in der nachfolgenden Beschreibung oder den Zeichnungen dargelegten erfindungsgemäßen Merkmalskombinationen. Weiterhin gelten alle zuvor beschriebenen optionalen Merkmale bezüglich Ausführungsformen des ersten Aspektes der Erfindung ausdrücklich als auf den zweiten Aspekt der Erfindung gleichwertig anwendbar und umgekehrt.
Anschließend werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung nur anhand von Beispielen und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines nach einem herkömmlichen additiven Fertigungsverfahren hergestellten Bauteils ist;
2 Beispiele für durch additive Fertigung hergestellte Metallteile darstellt, bei denen Stützstrukturen sowohl vorliegen als auch entfernt sind; und
3 ein Flussdiagramm für die Bildung eines additiv gefertigten Bauteils gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
In 1 ist ein nach einem additiven Fertigungsverfahren hergestelltes Metallteil 1 schematisch dargestellt. Das Metallteil ist zum Beispiel ein Gehäuse und schließt einen Hohlraum 1a in seinem Körper ein. Das Bauteil 1 wird durch schichtweisen Aufbau auf einer Bodenplatte 4 in einer Weise, die dem Fachmann gut bekannt ist, gebildet.
Innerhalb des Hohlraums 1a des Bauteils 1 ist eine Hauptstützstruktur 2 bereitgestellt. Die Hauptstütze ist so angeordnet, dass sie während der additiven Schichtfertigung relativ rasch aufgebaut werden kann, jedoch eine ausreichende Festigkeit besitzt, um den Belastungen durch das Bauteil 1 und zum Beispiel der geometrischen Verformung des Bauteils 1 standzuhalten. Dem Fachmann ist bewusst, dass die Stütze 2 eine zweckmäßige (optimierte) Form haben kann und ein feste oder zum Beispiel eine Gitter- oder Wabenstruktur sein könnte.
Um zu gewährleisten, dass die Stütze 2 nach der Fertigung von dem Bauteil 1 entfernt werden kann, ist sie mit einer Grenzfläche 3 versehen, die eine klare „Bruchlinie” zwischen der Stütze 2 und dem Bauteil 1 bildet. Die Grenzfläche kann eine Reihe einzelner zahnartiger Grenzflächenelemente 3a, 3b, 3c umfassen, die das Bauteil 1 und die Stütze 2 verbinden. Es ist anzumerken, dass das Bauteil 1, die Stütze 2 und die Grenzfläche 3 während des additiven Fertigungsprozesses alle Schicht um Schicht einstückig gebildet werden.
In 2 sind einige beispielhafte Aufnahmen dargestellt, um die Entfernung einer Stützstruktur 2' von einem Bauteil 1' nach dem Verfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen. Es ist anzumerken, dass die Aufnahmen die Stütze 2' in situ, teilweise entfernt sowie nach der Entfernung zeigen (wobei Reste der Grenzfläche sichtbar sind).
Das Verfahren gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird anhand des Flussdiagramms von 3 dargestellt. Im ersten Schritt 10 wird ein Bauteil zusammen mit Stützstrukturen nach einem bekannten additiven Metallfertigungsprozess aufgebaut. Das Bauteil wird nach Entnahme aus der additiven Schichtfertigungsmaschine (wobei das Bauteil jedoch an der Bodenplatte befestigt bleibt, um einer Verformung standzuhalten) einer anschließenden Wärmebehandlung 20 unterzogen. Die Wärmebehandlung erfolgt in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre (Schutzgas oder Vakuum) und soll Restspannungen reduzieren oder minimieren.
Nach Reduzierung der Restspannungen mittels des Wärmebehandlungsprozesses 20 kann das Bauteil bearbeitet werden 30, um es von der Bodenplatte zu entfernen (wobei die dazugehörige Stützstruktur am Bauteil befestigt oder darin eingebettet bleibt).
Nach dieser Entfernung werden das Bauteil und die Stützstruktur einem Wärmeimpuls-Prozess 40 unterzogen, um die Grenzflächen zwischen der Stütze und dem Bauteil zu schwächen. Dieser Wärmeimpuls erfolgt in einer abgedichteten Kammer bei erhöhtem Druck. Die Kammer ist mit Methan und Luft gefüllt, die man das Bauteil vor der Entzündung vollständig umschließen lässt, um eine extrem schnelle Verbrennung bei hohen Temperaturen (einen explosiven oder pseudo-explosiven Prozess) bereitzustellen. Der Wärmeimpuls kann zum Beispiel etwa 20 Millisekunden dauern und zu einem Anstieg der Temperatur innerhalb der Kammer von 2500°C bis 3500°C und zu einem Spitzendruck von bis zu 2000 bar führen. Die Wärme trifft auf die Oberflächen des Bauteils und der Stützstruktur, ist aber nicht von ausreichender Dauer, um deren Massenerwärmung auszulösen. Der Wärmeimpuls-Schritt kann zum Beispiel mittels einer herkömmlichen thermischen Entgratungsvorrichtung erfolgen.
Es hat sich herausgestellt, dass der Wärmeimpuls-Schritt 40 die Grenzflächenelemente 3 der Stütze 2 zwar schwächt, jedoch nicht zu einer Veränderung der Materialeigenschaften führt, da er keine Massenerwärmung des Bauteils 1 bewirkt. Im Gegensatz dazu nimmt man an, dass die Grenzflächenelemente eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweisen und daher während des Wärmeimpulses ein signifikanteres Oxidieren und/oder Verdampfen und/oder Schmelzen der Oberfläche erfahren. Es hat sich herausgestellt, dass dies zu einer signifikanten Schwächung der Grenzfläche führt und die Entfernung der Stütze fördert (in Schritt 50 unten).
Nach dem Wärmeimpuls-Schritt 40 entfernt man die Stütze 50 mittels eines herkömmlichen mechanischen Bearbeitungsschrittes 50 (und dem Fachmann ist bewusst, dass der gewählte spezielle mechanische Prozess von verschiedenen Faktoren wie zum Beispiel dem Material und der Geometrie des Bauteils und der Stütze abhängen kann).
Sobald die Stütze vollständig entfernt ist, wird normalerweise ein abschließender abrasiver Reinigungsschritt 70, zum Beispiel Strahlen, durchgeführt, um verbleibende Reste der Grenzflächenelemente 3 von dem abgetrennten Bauteil 1 zu entfernen. Gemäß einer Ausführungsform kann das Bauteil vor einem solchen Strahlen wahlweise einem weiteren Wärmeimpuls-Schritt 60 unterzogen werden. Der Wärmeimpuls-Schritt 60 kann das Applizieren einer Vielzahl von Wärmeimpulsen einschließen.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Anwendung dieses Zusatzschrittes 60 zu einer größeren Reduzierung der endgültigen Oberflächenrauhigkeit führt. Dies scheint der Lehre im Stand der Technik direkt entgegenzustehen, da ein Vorteil der Anwendung von Wärmeimpulsen in bekannten Prozessen wie dem thermischen Entgraten darin liegt, dass die Oberflächen des Bauteils nicht beeinträchtigt werden. Bei Anwendung des Verfahrens einer Ausführungsform an Prüfkörpern durch den Anmelder wurde nach dem anschließenden Prozess des Strahlens 70 eine um mindestens 30% und typischerweise 50% bis 60% reduzierte Oberflächenrauigkeit (Ra-Messung), gemessen mittels eines Oberflächenprofilometers, nachgewiesen.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, glauben die Anmelder, dass die Reduzierung der Oberflächenrauigkeit das Ergebnis dessen ist, dass die restlichen Erhebungen auf der Grenzfläche (und zum Beispiel raue Erhebungen auf nach unten zeigenden Flächen) durch den Wärmeimpuls verdampft, oxidiert oder geschmolzen werden, was eine Prozess-Selektivität erzeugt und damit eine Glättung ermöglicht. Das aus dem Wärmeprozess resultierende Oberflächenoxid wird anschließend durch Strahlen entfernt.
Zwar wurde die Erfindung zuvor mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, es ist aber anzumerken, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Es kann zum Beispiel mehr als einen Wärmeimpuls-Prozessschritt 40 geben, und einige (oder alle) Grenzflächenelemente 3a, 3b, 3c können durch den Wärmeimpuls-Prozessschritt 40 vollständig abgebrochen werden. Das vollständige Abbrechen aller Grenzflächenelemente wäre in der Tat ideal, da es die einfachste Möglichkeit zur Entfernung der Stütze (z. B. unter Schwerkraft) wäre. Ein Faktor, der das Abbrechen der Grenzfläche durch zusätzliche Wärmeimpulse begrenzt, kann eine unerwünschte Massenerwärmung des Bauteils sein oder einfach Kosten und Zeit – irgendwann kann es wünschenswerter sein, die Stütze mechanisch abzuschneiden (z. B. durch unkonventionelle Verfahren wie Elektroerodieren). Die Stütze wird jedoch in jedem Fall mechanisch entfernt; ein Wärmeimpuls entfernt die Stütze nicht von allein.

Claims

Verfahren zur Entfernung einer Stützstruktur von einem additiv gefertigten Metallbauteil, wobei das Verfahren das Einwirken mindestens eines Wärmeimpulses auf das Bauteil und die Stützstruktur zum Schwächen oder Abbrechen der Grenzfläche(n) zwischen der Stützstruktur und dem Bauteil vor Entfernung der Stütze umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stütze eine Hauptstütze umfasst und die Grenzfläche eine Vielzahl von Grenzflächenstützelementen umfasst, welche die Hauptstütze und das Bauteil verbinden, und wobei die Grenzflächenstützelemente durch den Wärmeimpuls vor der Entfernung der Hauptstütze mittels eines anderen Verfahrens geschwächt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmeimpuls bei einer den Schmelzpunkt des Metallmaterials übersteigenden Temperatur erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Schritt des Einwirkens eines Wärmeimpulses auf das Bauteil und die Stützstruktur Folgendes umfasst: das Bauteil und die Stützstruktur werden in einer Kammer platziert, die Kammer wird mit einem brennbaren Gasgemisch gefüllt, man lässt das Gasgemisch das Bauteil und die Stützstruktur umschließen und das Gasgemisch wird entzündet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Wärmeimpuls eine explosive oder pseudo-explosive Verbrennung ist.
Verfahren zur additiven Fertigung von Metallbauteilen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bildung eines Bauteils in einem schichtweisen Prozess, wobei das Bauteil einstückig mit mindestens einer Stützstruktur gebildet wird, die nach dem schichtweisen Prozess von dem Bauteil abgetrennt wird, und wobei das Verfahren nach Abschluss des schichtweisen Prozesses die Entfernung der Stützstruktur von dem additiv gefertigten Metallbauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Metallbauteil und die Stützstruktur auf einer Bodenplatte gebildet werden und das Verfahren vor der Entfernung der Stützstruktur von dem additiv gefertigten Metallbauteil weiterhin folgende Schritte umfasst: Wärmebehandlung des Metallbauteils und der Stützstruktur zur Entfernung oder Reduzierung von durch den schichtweisen Prozess induzierten Restspannungen; und anschließende Entfernung des Bauteils und der Stützstruktur von der Bodenplatte.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei nach der mechanischen Entfernung der Stützstruktur von dem Metallbauteil mindestens ein weiterer Wärmeimpuls auf das abgetrennte Metallbauteil appliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Vielzahl von Wärmeimpulsen auf das abgetrennte Metallbauteil appliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Oberfläche des Metallbauteils nach der Applikation mindestens eines Wärmeimpulses auf das abgetrennte Metallbauteil abrasiv gereinigt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der additive Fertigungsprozess eine selektive Pulverbett-Laserfertigung umfasst.
Verfahren zur additiven Fertigung von Metallbauteilen im Wesentlichen wie hierin beschrieben.