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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auftragschweißvorrichtung, insbesondere zum Laserpulverauftragschweißen, bzw. einen entsprechenden Bearbeitungskopf, wobei Pulverpartikel mit einer Manipulationseinrichtung magnetisch abgelenkt werden können. Weiterhin werden ein Verfahren zum Auftragschweißen, ein entsprechend geschweißtes Material und ein computerlesbares Speichermedium angegeben.
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Gasturbinenbauteile, wie Laufschaufeln von Gasturbinen werden im Betrieb hohen Temperaturen und starken mechanischen Belastungen ausgesetzt. Für derartige Bauteile werden daher bevorzugt hochwarmfeste Nickelbasis- und/oder Superlegierungen verwendet, die durch Ausscheidung einer γ- oder γ'-Phase gefestigt werden können. Dennoch können mit der Zeit Risse in den Laufschaufeln auftreten, die sich im Laufe der Zeit weiter ausdehnen. Solche Risse können etwa aufgrund der extremen mechanischen Belastung beim Betrieb einer Gasturbine entstehen, sie können aber auch bereits während des Herstellungsprozesses auftreten. Da das Herstellen von Turbinenschaufeln und anderen Werkstücken aus derartigen Superlegierungen aufwendig und kostenintensiv ist, ist man bestrebt, möglichst wenig Ausschuss in der Herstellung zu produzieren und eine lange Lebensdauer der hergestellten Produkte sicher zu stellen.
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Im Betrieb befindliche Gasturbinenschaufeln werden regelmäßig gewartet und gegebenenfalls ausgetauscht, wenn aufgrund betriebsbedingter Beanspruchung ein einwandfreies Funktionieren nicht mehr ohne Weiteres sichergestellt werden kann. Um einen weiteren Einsatz ausgetauschter Turbinenschaufeln zu ermöglichen, werden diese soweit möglich wieder aufgearbeitet. Sie können dann erneut in einer Gasturbine zum Einsatz kommen. Im Rahmen einer derartigen Wiederaufarbeitung kann beispielsweise ein Auftragschweißen einer Auftragsstruktur auf das schadhafte Werkstück in den beschädigten Bereichen nötig sein, um die ursprüngliche Wandstärke oder Form des Werkstücks wieder herzustellen. Dies kann gegebenenfalls nach einem Entfernen der Schadstelle beispielsweise durch Fräsen geschehen.
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Ein Verfahren zum Auftragschweißen (englisch LMD für „Laser Metal Deposition“ ist beispielsweise bekannt aus
DE 10 2014 210 119 A1 .
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Darin wird vorgeschlagen, neben einer Düse zum Auftragen eines, insbesondere pulverförmigen, Auftragmaterials, eine Optik vorzusehen, mit welcher - über entsprechende Linsen - eine oszillierende Bewegung eines Laser- oder Elektronenstrahls, und somit eine oszillierende Erstarrungsfront während des Herstellens oder Auftragens des Auftragmaterials gebildet werden kann. Dazu können die entsprechenden Linsen aktiv ansteuerbar sein. Auch ist hier eine koaxiale Anordnung von Pulverdüse und Laser- oder Elektronenstrahl vorgesehen. Durch die entsprechende Schweißvorrichtung lassen sich bestimmte Verfahrensparameter, wie Pendelfrequenz der Laserstrahlung, im Schmelzbad gezielt beeinflussen und so eine Material- oder Strukturqualität des Materialauftrags verbessern.
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Insbesondere kann durch eine sogenannte „Wöbbel“-Strategie beim Auftragschweißen, also durch eine schwankende, taumelnde oder wackelnde Bewegung des zum Aufschmelzen und zur Verfestigung benutzten Energiestrahls, eine Keimbildung und entsprechendes Kornwachstum des aufzutragenden Materials während des Schweißauftrags gezielt erzeugt werden. Dies kann mit dem Laser insbesondere im Schmelzbad geschehen oder in einer vergleichbaren Wechselwirkungszone, in dem feste und flüssige Phasen des aufzutragenden Materials koexistieren (sogenannte „mushy zone“ englisch für „breiige Zone“).
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Auf diese Art kann weiterhin das Wachstum einer kolumnaren oder säulenartigen Erstarrungsfront unterdrückt bzw. vollständig vermieden werden, was insbesondere für die Riss- oder Kriechanfälligkeit des Schweißmaterials vorteilhaft ist.
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Während der genannten oszillierenden Bewegung des Laser- oder Elektronenstrahls oder generell beim Auftragschweißen, wird der entsprechende Strahl üblicherweise - und in Ermangelung von geeigneten Technologien, das Pulver zu führen oder zu beeinflussen - durch einen relativ großen Pulverfokus geführt.
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Dies hat zur Folge, dass ein großer Teil des Pulvers nicht aufgeschmolzen und in das Schmelzbad geführt werden kann. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig kleiner oder schwacher Pulverwirkungsgrad. Es kann also nur ein Teil des durch eine Pulverdüse auf beispielsweise eine Herstellungsoberfläche gebrachten Ausgangsmaterials tatsächlich für die Schweißlage verwendet werden. Der Rest betrifft möglicherweise Ausschuss, was bei teuren, ausscheidungsgehärteten Superlegierungen, entscheidende wirtschaftliche Nachteile nach sich zieht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen der Pulverwirkungsgrad erhöht bzw. eine Effizienz des Umsatzes von Ausgangs- in Schweißmaterial verbessert werden kann. Weiterhin kann durch die beschriebene Erfindung eine Schweiß- oder Auftragsstruktur des aufgebrachten Materials (Schweißlage) mit Vorteil verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen von Material, insbesondere eine Auftragschweißvorrichtung, beispielsweise einen entsprechenden Bearbeitungs- oder Werkzeugkopf, umfassend eine Düse zum Führen eines pulverförmigen oder drahtförmigen Auftragmaterials. Vorzugsweise wird über die Düse ein, beispielsweise pulverförmiges, Auftragmaterial, insbesondere ein Pulver geführt. Dies erfolgt vorzugsweise über einen Träger- oder Inertgas, wie im Stand der Technik von Laserauftragschweißvorrichtungen beschrieben.
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Die Auftragschweißvorrichtung umfasst weiterhin einen Scanner bzw. eine Abtasteinrichtung, beispielsweise umfassend eine Optik oder eine Strahlungsquelle, zum Führen eines Energiestrahls, insbesondere eines Laser- oder Elektronenstrahls, zum lokalen Aufschmelzen des Auftragmaterials auf einer Herstellungsoberfläche.
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Die Auftragschweißvorrichtung umfasst weiterhin eine Manipulationseinrichtung zum Ablenken, insbesondere Beschleunigen oder Beeinflussen, von Partikeln des Auftragmaterials bzw. des Pulverstrahls, wobei die Manipulationseinrichtung eingerichtet oder ausgebildet ist, die Partikel des Ausgangsmaterials in einer Richtung parallel zu der Herstellungsoberfläche bzw. senkrecht zu einer Energiestrahlrichtung des Energiestrahls - zumindest anteilsmäßig - abzulenken oder in Ihrer Bewegung zu beeinflussen, insbesondere zu fokussieren.
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In einer Ausgestaltung werden die Partikel über eine magnetische Kraft, welche über die Manipulationseinrichtung angelegt werden kann, abgelenkt oder in Ihrer Bewegung beeinflusst. Zweckmäßigerweise ist die Manipulationseinrichtung entsprechend eingerichtet.
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In einer Ausgestaltung ist die Manipulationseinrichtung eingerichtet, die Partikel über einen Fluidstrom abzulenken oder zu beeinflussen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragschweißen bzw. Herstellen eines Materialauftrags mit der beschriebenen Vorrichtung, wobei ein Pulverfokus des Auftragmaterials auf der Herstellungsoberfläche derart eingestellt wird, dass dieser im Wesentlichen mit einem Strahlfokus des Energiestrahls übereinstimmt oder zusammenfällt, oder zumindest in einem entsprechenden Schmelzbad angeordnet ist oder geführt wird. Dabei befindet sich ein Intensitätsmaximum des Strahlfokus vorzugsweise innerhalb des Pulverfokus.
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Mit der vorgestellten Erfindung kann die Einstellung eines Pulverfokus für das Auftragschweißen vorteilhafterweise entscheidend verbessert werden, da eine insbesondere homogene Beschleunigung des Auftragmaterials in der Düse ermöglicht wird. Zusätzlich kann der Pulverwirkungsgrad, wie oben beschrieben, entscheidend verbessert werden, da das Auftragmaterial über magnetische Mittel mit Hilfe der Manipulationseinrichtung, beispielweise einen Fokus des Energiestrahls, bewegt oder abgelenkt werden kann. Überdies wird durch die Manipulationseinrichtung ermöglicht, dem Auftragmaterial bzw. dem Pulverfokus eine Bewegung aufzuzwingen, welche einer Bewegung eines Fokus des Energiestrahls (Strahlfokus) folgt. Dies wiederum ermöglicht einen Synergieeffekt, sofern mit der beschriebenen Vorrichtung, bzw. des weiter unten beschriebenen Verfahrens, ebenso der Strahlfokus oszilliert oder bewegt wird, und daher die Materialeigenschaften der Schweiß- oder Auftragstruktur, entscheidend verbessert werden können. Unter Umständen ist es weiterhin möglich, über die Manipulation, Ablenkung oder Beeinflussung des Pulvers während des Prozesses, einen größeren Feinanteil, beispielsweise Pulverpartikel mit einer mittleren Größe von weniger als 20 µm in den Strahlfokus zu bewegen. Insgesamt kann dadurch die Pulverförderung verbessert oder effizienter gestaltet werden.
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In einer Ausgestaltung ist die Auftragschweißvorrichtung eine Vorrichtung zum Laserpulverauftragschweißen.
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In einer Ausgestaltung sind die Düse und/oder der Scanner eingerichtet, das Auftragmaterial im Betrieb der Auftragschweißvorrichtung koaxial zu dem Energiestrahl zu führen. Diese Ausgestaltung erlaubt besonders zweckmäßig die Ausnutzung der Vorteile der vorgestellten Erfindung. Insbesondere kann eine Regelung und/oder Bewegung der Fokusse oder Foki entsprechend dem beschriebenen Verfahren vereinfacht werden. In einer Ausgestaltung ist das Auftragmaterial, ein ferromagnetisches Material oder umfasst ein solches, beispielsweise als Hauptbestandteil.
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In einer Ausgestaltung weist die Manipulationseinrichtung radial außerhalb der Düse mindestens zwei, beispielsweise unabhängig voneinander ansteuerbare, Elektromagneten auf. Die Elektromagneten können entsprechend ringförmig oder koaxial zu dem Energiestrahl angeordnet sein. Vorzugsweise ist jeder der beschriebenen Elektromagneten eingerichtet, ein zumindest teilweise inhomogenes Magnetfeld in XY-Richtung, d.h. parallel zu oder entlang der Herstellungsoberfläche, auszubilden.
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In einer Ausgestaltung sind die Elektromagneten jeweils eingerichtet, in mindestens zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen, ein inhomogenes, vorzugsweise in seiner Stärke variables, Magnetfeld auszubilden, um die Partikel des Ausgangsmaterials abzulenken, oder zu beeinflussen.
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In einer Ausgestaltung weist die Auftragschweißvorrichtung eine Optik zum Beeinflussen des Energiestrahls auf, wobei die Optik mindestens eine Linsenanordnung aufweist, welche wiederum vorzugsweise eingerichtet ist, auf der Herstellungsoberfläche eine oszillierende Bewegung des Energiestrahls zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Linsenanordnung, beispielsweise umfassend eine Mehrzahl von Linsen, in einer horizontalen Richtung (parallel zur Herstellungsoberfläche) und/oder durch eine Rotation bewegbar, um eine oszillierende Bewegung des Energiestrahls auf der Herstellungsoberfläche während des Materialauftrags zu erzeugen.
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In einer Ausgestaltung weist die Auftragschweißvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche eingerichtet ist, die Manipulationseinrichtung und die beschriebene Optik derart synchron anzusteuern, dass ein Pulverfokus des Auftragmaterials bzw. des Pulverstrahls im Betrieb der Vorrichtung synchron, insbesondere phasen- und/oder deckungsgleich, mit einem Strahlfokus des Energiestrahls geführt werden kann. Als Vorteil dieser Ausgestaltung können die oben beschriebenen Vorteile ausgenutzt werden, insbesondere die Verbesserung der Materialstruktur hinsichtlich der Heißrissanfälligkeit des Materialauftrags und ebenso die Erhöhung des Pulverwirkungsgrades.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung, beispielweise über den Scanner, eine Strahlungsquelle für den Energiestrahl, beispielsweise einen Laser oder eine Elektronenquelle.
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In einer Ausgestaltung wird mittels einer Optik eine oszillierende Bewegung des Energiestrahls (Strahlfokus) erzeugt und der Pulverfokus synchron, insbesondere phasen- und/oder deckungsgleich, mit der Bewegung des Energiestrahls bzw. Strahlfokus geführt. Als Vorteil kann wiederum ein Pulverwirkungsgrad vergrößert und gleichzeitig eine kolumnare oder säulenartige Erstarrungsfront oder Kristallisation während des Materialauftrags vermieden und eine Keimbildung beziehungsweise Kornwachstum vorteilhaft provoziert werden (vergleiche oben).
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In einer Ausgestaltung wird das synchrone Führen durch eine Ansteuerung der Linsenanordnung und der Manipulationseinrichtung mittels einer Steuerungseinrichtung, insbesondere automatisch oder teilautomatisch, durchgeführt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein (aufgetragenes) Material, insbesondere Beschichtung, oder Schweißmaterial, welches mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt oder herstellbar ist, weiterhin umfassend eine - im Vergleich zu einem konventionell durch Laserpulverauftragschweißen hergestellten Material - erhöhte Dichte von Kristallkörnern und/oder verringerte Heißrissanfälligkeit.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogramm und/oder ein computerlesbares, insbesondere nicht flüchtiges, Speichermedium, umfassend ausführbare Programmanweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungseinrichtung einen oder mehrere der beschriebenen Verfahrensschritte durchführen zu lassen.
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Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf die Auftragschweißvorrichtung beziehen, können ferner das Verfahren und/oder das Material betreffen oder umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Auftragschweißvorrichtung.
- 2 deutet schematisch eine Querschnittansicht der Auftragschweißvorrichtung aus 1 an.
- 3 deutet eine beispielhafte Bewegung eines Pulverfokus, als auch eines Strahlfokus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren an.
- 4 deutet anhand eines schematischen Flussdiagramms Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Auftragschweißvorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 weist eine Düse 1 auf. Die Düse 1 kann eine konventionelle Koaxialdüse zum Laserauftragschweißen darstellen. Zweckmäßigerweise ist die Düse 1 ausgebildet, ein vorzugsweise pulverförmiges, Auftragmaterial für einen Auftragschweißvorgang zu führen. Mit anderen Worten wird das Auftragmaterial zu diesem Zweck durch die Düse befördert.
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Dabei kann gemäß dem Stand der Technik ein Trägergas oder Inertgas herangezogen werden. Alternativ kann das Auftragmaterial ein drahtförmiges Auftragmaterial zum Draht-oder Bandschweißen sein.
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Das Auftragmaterial bzw. die Pulverpartikel werden vorzugsweise über geeignete Mittel einem Pulverreservoir 5 entnommen.
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Das Auftragmaterial kann ein Ausgangsmaterial für die Herstellung, Reparatur oder Instandsetzung von Turbinenteilen, insbesondere Turbinenlaufschaufeln sein. Demgemäß kann das Auftragmaterial aus einer ausscheidungsgehärteten Superlegierung, beispielsweise auf Nickelbasis, sein.
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Vorzugsweise ist das Auftragmaterial ferromagnetisch.
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Innerhalb der Düse wird mit der Vorrichtung 100 vorzugsweise ein Energiestrahl 10 zum Aufschmelzen des Auftragmaterials auf einer Herstellungsoberfläche HSO (koaxial) geführt. Dazu weist die Vorrichtung 100 einen Scanner 2 auf. Der Scanner 2 kann eine Strahlungsquelle 3 umfassen und vorzugsweise die Herstellungsoberfläche HSO für den Schweißprozess rastern oder abtasten. Die Herstellungsoberfläche HSO wird vorzugsweise durch das Bauteil, welches, insbesondere durch das vorliegende Verfahren, repariert oder instand gesetzt werden soll, definiert. Insbesondere beschreibt die Herstellungsoberfläche HSO vorzugsweise diejenige Fläche, auf der das Auftragmaterial aufgebracht oder aufgeschweißt wird bzw. die Oberfläche eines Schmelzbades (vergleiche Bezugszeichen SB weiter unten) für den beschriebenen Prozess.
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Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Manipulationseinrichtung 7 auf. Die Manipulationseinrichtung 7 ist vorzugsweise eingerichtet, Partikel 20 des in dieser Ausführungsform pulverförmigen Auftragmaterials für oder während des Materialauftragvorgangs, parallel zu der Herstellungsoberfläche HSO, beispielsweise über eine magnetische Kraft oder einen Fluidstrom abzulenken, zu beeinflussen oder zu fokussieren. Dazu weist die Manipulationseinrichtung 7 beispielsweise zwei Elektromagneten 7a, 7b auf. Die Elektromagneten 7a, 7b sind vorzugsweise koaxial, oder ringförmig in der Vorrichtung 100 angeordnet. Vorzugsweise sind die Pole jedes der beschriebenen Elektromagneten derart angeordnet, dass zwischen ihnen eine Apparatur aus Düse und Energiestrahlführung angeordnet ist (vergleiche 2). Jeweils einer der Elektromagneten 7a, 7b ist vorzugsweise zum Ablenken oder Beeinflussen des Pulverstrahls oder Pulverfokus (vergleiche Bezugszeichen 20' weiter unten) entlang nur einer Raumrichtung eingerichtet.
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Obwohl dies in den Figuren nicht explizit gekennzeichnet ist, kann die Vorrichtung 100 weitere Elektromagneten umfassen, beispielsweise einen Elektromagneten, welcher eingerichtet ist, den Pulverstrahl axial abzubremsen oder zu beschleunigen. Vorzugsweise ist die Manipulationseinrichtung 7 ausgebildet, den Pulverwirkungsgrad beim Pulverauftragschweißen zu erhöhen, indem gezielt Pulverpartikel in den Laserstrahl „hinein fokussiert“ werden, beispielsweise derart, dass ein Intensitätsmaximum des Laserstrahls innerhalb des Pulverfokus liegt. Vorteilhafterweise wird der Pulverstrahl bzw. die einzelnen Partikel im Betrieb der Vorrichtung 100 derart abgelenkt, dass ein Großteil oder überwiegender Anteil der Pulverpartikel 20 zumindest das Schmelzbad (siehe unten) treffen.
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In 1 ist als alternative Ausgestaltung eine Manipulationseinrichtung 7' (gestrichelt) angedeutet, über welche die Pulverpartikel mittels eines Fluidstroms (vgl. entsprechender nach links gerichteter Pfeil) abgelenkt oder beeinflusst werden können.
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Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Optik auf. Die Optik kann eine Linse oder Linsenanordnungen (vergleiche ebenfalls Bezugszeichen 6) umfassen oder durch diese gebildet sein. Über die Optik kann vorteilhafterweise der Energiestrahl während des Auftragschweißprozesses bewegt oder beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine oszillierende Bewegung des Energiestrahls auf der Herstellungsoberfläche HSO erzeugt werden (vergleiche 3), welche die beschriebenen Vorteile bewirkt.
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Die Vorrichtung 100 weist weiterhin vorzugsweise eine Steuer- oder Steuerungseinheit 4 auf. Zweckmäßigerweise ist die Steuereinrichtung 4 an den Scanner 2 und die Manipulationseinrichtung 7 gekoppelt oder verbunden, sodass diese von der Steuerungseinrichtung 4 angesteuert werden können. Die Steuereinrichtung 4 ist vorzugsweise eingerichtet, die Manipulationseinrichtung 7 und die Optik derart synchron anzusteuern, dass ein Pulverfokus 20' des Auftragmaterials 20 im Betrieb der Vorrichtung 100 synchron mit einem Strahlfokus 10' des Energiestrahls 10 geführt werden kann.
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In 1 ist weiterhin eine Herstellungsoberfläche einer zu beschichtenden Komponente oder eines entsprechenden Bauteils gezeigt. Weiterhin ist auf der Herstellungsoberfläche ein Schmelzbad SB gekennzeichnet, welches einen Schweißprozess andeutet mit dem eine Schweißbahn 9 bzw. ein Materialauftrag von zunächst durch den Energiestrahl 10 aufgeschmolzenem und anschließend verfestigtem Auftragmaterial auf der Herstellungsoberfläche HSO aufgebracht wird.
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Alternativ zur Darstellung der 1 kann die Manipulationseinrichtung 7 und/oder die Elektromagneten 7a, 7b an oder in der Nähe eines Pulverauslasses 8 angeordnet sein, um Auftragmaterial, welches aus der Düse 1 austritt, auf seinem Weg auf die Herstellungsoberfläche besser zu beeinflussen.
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2 deutet eine schematische Ansicht der Vorrichtung 100 senkrecht zu dem Energiestrahl 10 an, insbesondere in einem Bereich der Vorrichtung 100, in welchem die Manipulationseinrichtung 7 angeordnet ist. Radial außen in der Schnittdarstellung sind insbesondere schematisch die Elektromagneten 7a und 7b dargestellt. Mit anderen Worten können die Elektromagneten 7a, 7b koaxial zu dem Energiestrahl 10 und der Pulverführung (Pulverstrahl 20') angeordnet sein.
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Jeder Elektromagnet 7a, 7b, umfasst vorzugsweise zwei Pole (ein magnetischer Pol ist in 2 jeweils mit einem X angedeutet), welche vorzugsweise jeweils derart angeordnet sind, dass ein Magnetfeld diametral durch die Vorrichtung 100 bzw. über den Pulverstrahl 20 hinweg ausgebildet werden kann.
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Insbesondere ist in der Darstellung der 2 angedeutet, dass beispielweise der Elektromagnet 7a für ein Magnetfeld in Y-Richtung (vertikal) und der Elektromagnet 7b ein Magnetfeld in X-Richtung (horizontal) ausbilden kann. Die Pfeile in der Ansicht der 2 deuten die entsprechenden Richtungen der Magnetfelder oder deren Kraftrichtungen auf die Pulverpartikel an.
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Die Magnetfelder sind - zweckmäßigerweise durch eine entsprechende Ausgestaltung der Elektromagnete - inhomogen ausgebildet, beziehungsweise weisen einen räumlichen Potentialgradienten (Feldstärkegradienten) über den Pulverfokus 20' hinweg auf. Auf diese Weise kann der Pulverfokus 20' bzw. der Pulverstrahl 20 bzw. das entsprechende Auftragmaterial in jeden beliebigen Bereich der Herstellungsoberfläche HSO fokussiert werden kann, über welchem die Vorrichtung 100 angeordnet ist bzw. geführt oder gerastert wird. Dementsprechend kann auch die Düse 1 ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Düse in Richtung eines Pulverauslasses 8 verbreitert sein, sodass sich der Pulverstrahl durch das Magnetfeld manipulieren lässt.
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3 deutet eine beispielhafte Bewegung des Strahlfokus 10' und/oder des Pulverfokus 20' auf der Herstellungsoberfläche HSO an. In 3 ist insbesondere ein Beispiel für eine synchrone, oszillierende Bewegung von Strahlfokus 10' und Pulverfokus 20' gezeigt. Die genannte Bewegung (nicht explizit gekennzeichnet, beschreibt im Wesentlichen oder annäherungsweise den Verlauf von „Achten“, wobei jedoch die Strahlverläufe vorzugsweise nicht überlappen sondern seitlich, beispielweise entlang einer übergeordneten Bewegungsrichtung (in 3 horizontal) versetzt sind. Alternativ können die einzelnen „acht-artigen“ Trajektorien zumindest teilweise überlappen.
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Besonders bevorzugt werden der Energiestrahl 10 und der Pulverstrahl 20 von der Vorrichtung 100 derart bewegt, beziehungsweise von der Steuereinrichtung 4 derart angesteuert, dass es einen möglichst großen Fokusüberlapp gibt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung werden der Pulverstrahl 20 und der Energiestrahl 10 phasen- und/oder deckungsgleich zueinander bewegt. Besonders bevorzugt liegt ein Intensitätsmaximum des Energiestrahls 10 beziehungsweise des Strahlfokus 10'- beispielsweise in Aufsicht auf die Vorrichtung 100 oder die Herstellungsoberfläche HSO betrachtet - innerhalb des Schmelzbades SB und/oder innerhalb des Pulverfokus 20'.
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Die beschriebene Bewegung betrifft zweckmäßigerweise eine Bewegung von Energiestrahl 10 und Pulverstrahl 20 relativ zu einem die Herstellungsoberfläche HSO definierenden Substrat.
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Insbesondere kann die Linsenanordnung 6 (vergleiche 1) eine Mehrzahl von Linsen umfassen, welche vorzugsweise separat ansteuerbar sind.
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Die Vorrichtung 100 kann weiterhin ein vorzugsweise statisches Gehäuse (nicht explizit gekennzeichnet) umfassen.
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Anders als in 3 dargestellt, kann auch vorgesehen sein, beispielsweise nur den Strahlfokus 10' oder den Pulverfokus 20' auf der Herstellungsoberfläche zu bewegen und den jeweiligen anderen Fokus konstant zu lassen.
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4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, welches erfindungsgemäß Verfahrensschritte andeutet. Verfahrensschritte a) deutet ein Einstellen des Pulverfokus 20' des Auftragmaterials 20 auf der Herstellungsfläche HSO an, wobei dieser derart eingestellt wird, dass der Strahlfokus im Wesentlichen mit einem Strahlfokus 10' des Energiestrahls 10 übereinstimmt oder in Deckung gebracht wird.
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Verfahrensschritt b) deutet an, dass mittels der Optik 6 eine oszillierende Bewegung des Energiestrahls 10 erzeugt wird, wobei der Pulverfokus 20' synchron, insbesondere phasen- und/oder deckungsgleich, mit der Bewegung des Energiestrahls 10 bzw. des Strahlfokus 10' geführt wird.
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Verfahrensschritt c) deutet an, dass das synchrone Führen durch eine Ansteuerung der Linsenanordnung 6 und der Elektromagnete 7a, 7b mittels einer Steuerungseinrichtung 4 automatisch oder halbautomatisch durchgeführt wird.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014210119 A1 [0004]
