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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils sowie ein entsprechendes Bauteil.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Bauteilen sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind generative oder additive Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping-Verfahren) bekannt, bei denen das Bauteil durch pulverbettbasierte, additive Fertigungsverfahren schichtweise aufgebaut wird. Vorwiegend metallische Bauteile können beispielsweise durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelz- oder -sinterverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst schichtweise mindestens ein pulverförmiger Bauteilwerkstoff auf eine Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung aufgetragen. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff schichtweise lokal verschmolzen und/oder versintert, indem dem Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone Energie mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls, zum Beispiel eines Elektronen- oder Laserstrahls zugeführt wird. Der Hochenergiestrahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteilschicht gesteuert. Nach dem Verschmelzen und/oder Versintern wird die Bauteilplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des Bauteils wiederholt.
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Aus dem Stand der Technik sind insbesondere auch generative beziehungsweise additive Herstellverfahren für die Herstellung von Bauteilen einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise von Bauteilen eines Flugtriebwerks oder einer Gasturbine bekannt, z.B. das in der
DE 10 2009 051 479 A1 beschriebene Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine. Bei diesem Verfahren wird durch schichtweisen Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff auf einer Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone sowie schichtweises und lokales Schmelzen oder Sintern des Bauteilwerkstoffs mittels im Bereich der Aufbau- und Fügezone zugeführter Energie ein entsprechendes Bauteil hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei über Laserstrahlen, wie beispielsweise CO2-Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser sowie Diodenlaser, und/oder durch Elektronenstrahlen.
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Nachteilig an den bekannten Verfahren ist jedoch, dass sich bei den durch additive Herstellungsverfahren, beispielsweise dem selektiven Laserschmelzen, hergestellten Bauteilen in Aufbaurichtung ein quasi-gerichtetes, erstarrtes Bauteilgefüge ergibt. Dieses Gefüge führt zu unerwünschten anisotropen Eigenschaften des generierten Bauteils. Es ist bekannt, dass zum Beispiel die Bruchdehnung derartiger Bauteile in Aufbaurichtung größer ist als quer zur Aufbaurichtung. Unter Aufbaurichtung wird dabei die Bewegungsrichtung des Laser- oder Elektronenstrahls während des additiven Aufbaus des Bauteils verstanden.
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Bei dem in der
DE 10 2009 051 479 A1 beschriebenen Verfahren wird weiterhin die Aufbau- und Fügezone auf eine Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunkts des Bauteilwerkstoffs mittels eines Zonenofens erwärmt, um eine gerichtet erstarrte oder einkristalline Kristallstruktur zu erzielen oder aufrechtzuerhalten. Die
EP 2 851 145 A1 beschreibt ein generatives Fertigungsverfahren für Bauteile, bei dem Ultraschall in eine zu verfestigende Pulverschicht eingekoppelt wird. Durch die Ultraschallschwingungen soll die Ausbildung einer gerichtet erstarrten Struktur während des Abkühl- beziehungsweise Verfestigungsprozesses gestört werden, so dass das generierte Bauteil weitgehend isotrope Eigenschaften aufweist.
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Als nachteilig an den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch weiterhin der Umstand anzusehen, dass diese einen relative hohen apparativen Aufwand erfordern.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils zu schaffen, mit welchem weitgehend isotrope Gefügestrukturen der Bauteilbereiche und/oder Bauteile mit verminderten apparativen Aufwand herstellbar sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, welche die additive Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils mit weitgehend isotropen Gefügestrukturen bei einem gleichzeitig verminderten apparativen Aufwand ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein additiv hergestelltes Bauteil mit verbesserter Gefügestruktur anzugeben.
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Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte und umgekehrt anzusehen sind.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die Schritte a) Auftragen von mindestens einer Pulverschicht eines Bauteilwerkstoffs auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone von mindestens einer absenkbaren Bauplattform; b) Schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Versintern des Bauteilwerkstoffs zum Ausbilden einer Bauteilschicht, wobei wenigstens ein Hochenergiestrahl zumindest im Bereich der Aufbau- und Fügezone relativ zur Bauplattform bewegt wird und mittels einer ungefähr parallelen Linienführung des Hochenergiestrahls die Pulverschicht selektiv beaufschlagt wird, so dass ungefähr parallele Spuren durch teilweises oder vollständiges Aufschmelzen und/oder Versintern der Pulverschicht erzeugt werden; c) Schichtweises Absenken der Bauplattform um eine vordefinierte Schichtdicke; und d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis zur Fertigstellung des Bauteilbereichs. Dabei wird der Hochenergiestrahl und/oder die Bauplattform erfindungsgemäß während und/oder unmittelbar nach der Belichtung der Pulverschicht im Bereich der Aufbau- und Fügezone entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls bewegt. Durch die Überlagerung der Linienführung des Hochenergiestrahls, das heißt einer Aufbaurichtung des Hochenergiestrahls, durch Bewegungen entgegen der Linienführung bzw. Aufbaurichtung des Hochenergiestrahls während und/oder unmittelbar nach der Belichtung der Pulverschicht im Bereich der Aufbau- und Fügezone werden die Erstarrungsbedingungen in der Pulverschicht derart beeinflusst, dass die Ausbildung eines anisotropen Gefüges weitgehend vermieden werden kann. Dabei kann die überlagerte Bewegung sowohl durch eine Ortsveränderung des Hochenergiestrahls und/oder der Bauplattform realisiert werden. Dies kann vorteilhafterweise mit einem relativ geringen apparativen Aufwand durchgeführt werden. Beispielsweise können isotrope Gefüge bei der additiven bzw. generativen Herstellung von TiAl-Schaufeln (TNM und TiAl NG) erzielt werden. Andere Bauteilbereiche oder Bauteile von Strömungsmaschinen, die auch aus anderen metallischen und/oder keramischen Werkstoffen bestehen, können mit zumindest weitgehend isotropen Eigenschaften hergestellt werden. Unter „ungefähr parallelen Linienführung“ und „ungefähr parallele Spuren“ werden neben exakt parallelen Bewegungen auch Bewegungen oder Anordnungen verstanden, die geringfügig, d. h. in einem Winkelbereich von +/–5 °, von der Parallelen abweichen.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Hochenergiestrahl und/oder die Bauplattform quer, insbesondere ungefähr senkrecht, zur Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls bewegt. Insbesondere kann der Hochenergiestrahl und/oder die Bauplattform in einem Winkel von 1° bis 15° quer zur Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls bewegt werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Größe und/oder das Zeitintervall der entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung des Hochenergiestrahls und/oder der Bauplattform zufällig oder vordefiniert ist. Des Weiteren kann die Größe der Bewegung der entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung des Hochenergiestrahls und/oder der Bauplattform im Bereich zwischen 1 µm und 100 µm liegen. Mit dem im Vorhergehenden genannten Parametern kann vorteilhafterweise jeweils exakt auf das herzustellende Bauteil und z. B. den verwendeten Werkstoff die für die Ausbildung eines Isotropen bzw. weitgehend isotropen Bauteilgefüges notwendigen Bewegungen entgegen der Aufbaurichtung des Hochenergiestrahls eingestellt werden.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bewegung der entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung des Hochenergiestrahls mittels mindestens einer optischen Ablenkvorrichtung erzeugt. Bei der optischen Ablenkvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Scanvorrichtung einer Laserquelle handeln. Es ist aber auch möglich, dass eine separate optische Ablenkvorrichtung in dem bereits auf die zu verschmelzende Pulverschicht gerichteten Laserstrahl bzw. Elektronenstrahl eingekoppelt wird. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Bewegung der entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung der Bauplattform mittels mindestens einer an der Bauplattform angeordneten Verstellvorrichtung erzeugt wird. Bei der Verstellvorrichtung kann es sich z. B. um eine elektromagnetische, servo-mechanische oder piezomechanische Verstelleinheit handeln. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Bewegung der entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung der Bauplattform mittels Ultraschall erzeugt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird hierbei der Ultraschall nicht in das Pulverbett bzw. die zu befestigende Pulverschicht eingekoppelt, sondern versetzt lediglich die Bauplattform in entsprechende Schwingungen, insbesondere hochfrequente Schwingungen mit geringer Amplitude. Hierfür eignen sich insbesondere Piezo-Aktoren, deren Schwingungsfrequenz typischerweise bis zu 50 kHz betragen kann. Die genannten Amplituden können zwischen 1 µm und 100 µm liegen. Insgesamt ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren wiederum apparativ einfach ausgestaltete Möglichkeiten zur Erzeugung eines isotropen oder weitestgehend isotropen Gefüges des herzustellenden Bauteilbereichs oder des herzustellenden Bauteils insgesamt.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Pulverzuführung zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht auf eine Aufbau- und Fügezone einer Bauplattform, mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Hochenergiestrahls und mindestens eine optische Ablenkeinrichtung mittels welcher der wenigstens eine Hochenergiestrahl zumindest in Richtung der Bauplattform ablenkbar ist, derart, dass mittels einer ungefähr parallelen Linienführung des Hochenergiestrahls ungefähr parallele Spuren durch teilweises oder vollständiges Aufschmelzen und/oder Versintern der Pulverschicht im Bereich der Aufbau- und Fügezone erzeugt werden. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung weiterhin mindestens eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist:
- – die optische Ablenkeinrichtung derart zu bewegen, dass der Hochenergiestrahl während und/oder unmittelbar nach der Belichtung der Pulverschicht im Bereich der Aufbau- und Fügezone entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls bewegt wird; und/oder
- – die Bauplattform während und/oder unmittelbar nach der Belichtung der Pulverschicht im Bereich der Aufbau- und Fügezone entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls zu bewegen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, mit einem relativ geringen apparativen Aufwand Bauteilbereiche von Bauteilen oder Bauteile insgesamt mit Gefügen auszubilden, die isotrope oder weitgehend isotrope Eigenschaften aufweisen. Dies war bisher bei additiven Herstellungsverfahren nur mit relativ hohem apparativem Aufwand möglich.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Bewegung entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung der Bauplattform mittels mindestens einer an der Bauplattform angeordneten Verstellvorrichtung erzeugt. Bei der Verstellvorrichtung kann es sich um elektromagnetische, servo-mechanische oder piezomechanische Verstelleinheiten handeln. Auch andere Arten von Verstellvorrichtungen sind denkbar. Unter dem Begriff „angeordnet“ wird dabei verstanden, dass die Verstelleinrichtung direkt oder indirekt mit der Bauplattform verbunden ist. Entscheidend dabei ist, dass ein Bewegungsimpuls der Verstellvorrichtung an die Bauteilvorrichtung zumindest teilweise weitergegeben wird. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass der Hochenergiestrahl durch die genannte optische Ablenkeinrichtung derartig gesteuert bzw. bewegt wird, dass der Hochenergiestrahl auch entgegen der Richtung seiner Linienführung, d. h. insbesondere der Aufbaurichtung des Hochenergiestrahls bewegt wird. Die optische Ablenkeinrichtung kann dabei als separates Bauelement oder als integrierter Bestandteil einer Scanvorrichtung einer Laser- oder Elektronenstrahlquelle ausgebildet sein. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Bewegung der entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung der Bauplattform mittels Ultraschall erzeugt wird, wobei im Bereich der Bauplattform mindestens ein Ultraschallgeber angeordnet ist. Dabei werden die vom Ultraschallgeber erzeugten hochfrequenten Schwingungen mit geringer Amplitude direkt oder indirekt auf die Bauplattform übertragen. Dafür eignen sich insbesondere so genannte Piezo-Aktoren. Die Schwingungsfrequenz kann in einem Bereich von 1 kHz bis 50 kHz liegen. Die Amplituden liegen zwischen 1 µm und 100 µm. Durch die unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erzeugung einer Bewegung entgegen der Linienführung des Hochenergiestrahls, kann diese Bewegungsüberlagerung an den zu erzeugenden Bauteilbereich bzw. das Bauteil insgesamt, angepasst werden. Auch die Art des bei dem additiven Herstellungsverfahren verwendeten Werkstoffes oder Werkstoffgemisches kann berücksichtigt werden. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit, bei einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten der additiven Herstellung von Bauteilbereichen oder Bauteilen isotrope oder weitgehend isotrope Bauteilgefüge auszubilden. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Bauteilqualität.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt die Steuereinrichtung Steuerbefehle, derart, dass der Hochenergiestrahl und/oder die Bauplattform quer, insbesondere ungefähr senkrecht, zur Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls, insbesondere in einem Winkel von 1° bis 15° quer zur Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls, bewegt werden. Eine derartige Bewegungsüberlagerung der Linienführung des Hochenergiestrahls hat sich als besonders effektiv zur Verhinderung von anisotropen Eigenschaften des additiv hergestellten Bauteilbereichs bzw. Bauteils herausgestellt. Generell kann gesagt werden, dass eine auch nur geringfügige Störung des additiven Aufbaus mittels der genannten Überlagerung der Bewegung der Linienführung des Hochenergiestrahls unter anderem das Kornwachstum in der Pulverschicht beeinflusst und damit die Entstehung quasigerichteter, erstarrter Körner vermieden werden kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Größe und/oder das Zeitintervall der entgegen der Richtung der Linienführung des Hochenergiestrahls ausgeführten Bewegung des Hochenergiestrahls und/oder der Bauplattform zufällig oder vordefiniert sind. Auch diese bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einstellbaren Parameter führen zu einer vorteilhaften Ausbildung eines isotropen bzw. weitgehend isotropen Gefüges des additiv hergestellten Bauteilberichts bzw. Bauteils.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei grundsätzlich zur Herstellung eines bestimmten Bauteilbereichs oder eines vollständigen Bauteils, aber auch zur Reparatur oder Wiederherstellung eines Bauteilbereichs eines Bauteils verwendet werden. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu ausgebildet, ein Verfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt durchzuführen. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung als selektive Laserschmelzvorrichtung und/oder als Elektronenstrahlschmelzvorrichtung ausgebildet. Die Zufuhr der zum Aufschmelzen notwendigen Energie kann damit in Abhängigkeit des Bauteils, des Pulverwerkstoffs und der Herstellungsparameter beispielsweise durch Laserstrahlen eines CO2-Lasers, Nd:YAG-Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen und/oder durch Elektronenstrahlen durchgeführt werden.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, welches erhältlich und/oder erhalten durch ein Verfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und/oder durch eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt ist. Damit ist Gefüge des Bauteils isotrop oder überwiegend isotrop ausgebildet, wodurch die mechanische und die thermische Widerstandsfähigkeit des Bauteils verbessert werden. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten und/oder alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Ausführungsbeispielen nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Vorrichtung zum additiven Herstellen eines Bauteilbereichs oder eines Bauteils gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum additiven Herstellen eines Bauteilbereichs oder eines Bauteils.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Vorrichtung 1 zum additiven Herstellen eines Bauteilbereichs oder eines Bauteils gemäß dem Stand der Technik. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei eine Bauplattform 2, auf die mittels einer Pulverzuführung (nicht dargestellt) zumindest eine Pulverschicht 3 des Bauteilwerkstoffs aufgetragen ist. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 eine optische Ablenkeinrichtung 4, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Teil einer Laserquelle ausgebildet ist. Ausgehend von der optischen Ablenkeinrichtung 4 wird ein Laserstrahl 5 in Richtung einer Aufbau- und Fügezone 7 der Bauplattform 2 gelenkt. Dabei erfolgt eine ungefähre parallele Linienführung des Laserstrahls 5, sodass sich ungefähr parallele Spuren 6 durch ein teilweises oder vollständiges Aufschmelzen und/oder Versintern der Pulverschicht 3 im Bereich der Aufbau- und Fügezone 7 ergibt. Die beiden Bewegungspfeile a1 und a2 zeigen die parallele Linienführung des Laserstrahls 5 bzw. die Aufbaurichtung des Laserstrahls 5 während des additiven Aufbaus des Bauteils an. Man erkennt eine geradlinige, parallele Linienführung des Lasers 5.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Vorrichtung 10 zum additiven Herstellen eines Bauteilbereichs oder eines Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 umfasst wiederum eine Pulverzuführung (nicht dargestellt) zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht 14 eines Bauteilwerkstoffs auf eine absenkbare Bauplattform 12. Durch ein schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Versintern des Bauteilwerkstoffs mittels eines Laserstrahls 18 wird eine Bauteilschicht des herzustellenden Bauteils ausgebildet. Der Hochenergiestrahl 18 wird dabei im Bereich einer Aufbau- und Fügezone 22 relativ zur Bauplattform 12 bewegt. Die Pulverschicht 14 wird mittels einer ungefähr parallelen Linienführung des Laserstrahls 18 selektiv beaufschlagt, sodass ungefähr parallele Spuren 20 durch teilweises oder vollständiges Aufschmelzen und/oder Versintern der Pulverschicht 14 erzeugt werden. Die Pfeile a1 und a2 sollen dabei die generelle ungefähre parallele Linienführung des Laserstrahls 18, das heißt insbesondere die Aufbaurichtung des Laserstrahls 18, verdeutlichen.
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Durch ein schichtweises Absenken der Bauplattform 12 um eine vordefinierte Schichtdicke und ein Wiederholen der vorgenannten Verfahrensschritte erfolgt letztendlich die Fertigstellung des Bauteils. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 10 als selektive Laserschmelzvorrichtung ausgebildet. Über eine optische Ablenkeinrichtung 16, die integrierter Bestandteil einer Scanvorrichtung einer Laserquelle (nicht dargestellt) sein kann, wird der Laserstrahl 18 in Richtung der Bauplattform 12 gelenkt.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), welche die Bauplattform 12 während und/oder unmittelbar nach der Belichtung der Pulverschicht 14 im Bereich der Aufbau- und Fügezone 22 entgegen der allgemeinen Aufbaurichtung bzw. der Linienführung des Laserstrahls 18 bewegt. Hierzu weist die Vorrichtung 10 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Verstellvorrichtung 24 auf, die zufällige Bewegungen quer zur Linienführung, d. h. ungefähr senkrecht zur Linienführung des Laserstrahls 18 auf die Bauplattform 12 überträgt. Man erkennt die resultierende, generell parallele Linienführung des Lasers 18 mit in Querrichtung stochastischer Ablenkung des Laserstrahls 18. Die Linienführung des Hochenergiestrahls 18 kann dabei insbesondere in einem Winkel von 1° bis 15° quer zur Richtung der allgemeinen Linienführung des Hochenergiestrahls 18 bewegt werden. Als Verstellvorrichtungen 24 können beispielsweise elektromagnetische, servo-mechanische oder piezomechanische Verstelleinheiten verwendet werden. Es ist aber auch denkbar, einen Ultraschallgeber (nicht dargestellt) zur Anregung der Bauplattform 12 zu verwenden. Durch die genannten überlagerten Bewegungen quer zur Aufbaurichtung des Laserstrahls 18 ergeben sich geringfügige „Störungen“ des additiven Aufbaus des Bauteils. Damit wird das Kornwachstum in der Pulverschicht 14 beeinflusst, sodass die Entstehung quasi-gerichteter, erstarrter Körner vermieden werden kann. Es entsteht eine Bauteilstruktur mit isotropen oder weitgehend isotropen Eigenschaften des generierten Bauteils, wodurch sich die Qualität des Bauteils deutlich erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Bauplattform
- 3
- Pulverschicht
- 4
- Optische Ablenkeinrichtung
- 5
- Laserstrahl
- 6
- Spuren
- 7
- Aufbau- und Fügezone
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Bauplattform
- 14
- Pulverschicht
- 16
- Optische Ablenkeinrichtung
- 18
- Laserstrahl
- 20
- Spuren
- 22
- Aufbau- und Fügezone
- 24
- Verstellvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009051479 A1 [0003, 0005]
- EP 2851145 A1 [0005]
