DE102018112302A1

DE102018112302A1 - Vorrichtung mit einem großen, stationären Ausgangsmaterialzufuhrmechanismus und Verfahren zur kontinuierlichen Additivherstellung

Info

Publication number: DE102018112302A1
Application number: DE102018112302.7A
Authority: DE
Inventors: Donald Michael Corsmeier
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2018-12-06
Also published as: CN108971485B; CN108971485A; US20180345370A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum kontinuierlichen pulverbasierten Additivherstellen eines großen ringförmigen Objekts oder mehrerer kleiner Objekte gleichzeitig. Die Aufbaueinheit(en) der Vorrichtung, die einen Pulverabgabemechanismus, einen Pulverabstreichmechanismus und einen Strahlungsstrahlemissions- und Strahlungsrichtmechanismus aufweist/aufweisen ist/sind mit einem Rotationsmechanismus verbunden, so dass die Aufbaueinheit(en) während der Produktion um und über dem Pulverbett rotiert/rotieren. Der Rotationsmechanismus ist auf einem Turm abgestützt. Ein stationärer Pulverzufuhrmechanismus führt Pulver zu dem Pulverabgabemechanismus zu und ist konzentrisch mit dem Rotationsmechanismus, dem Turm und dem nicht rotierenden ringförmigen Pulverbett. Ein Herstellungsverfahren unter Verwendung der Vorrichtung beinhaltet wiederholte und kontinuierliche Zyklen zumindest des gleichzeitigen Rotierens der Aufbaueinheit(en), um Pulver auf dem Pulverbett zu deponieren und Bestrahlen des Pulvers, um eine fusionierte additive Schicht zu bilden. Das kontinuierliche Additivherstellungsverfahren kann außerdem mit einer Helixkonfiguration der Pulverbettaufbaufläche unterstützt werden.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Additivherstellungsvorrichtungen und Additivherstellungsverfahren. Genauer bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Verfahren und Vorrichtungen, die einen kontinuierlichen Prozess der Additivherstellung eines großen ringförmigen Objekts oder mehrere kleinere Objekte gleichzeitig ermöglichen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf Komponenten für ein Flugzeugtriebwerk.
HINTERGRUND
Additivherstellung (AM) umfasst eine Vielfalt von Technologien zur Herstellung von Komponenten auf eine additive, schichtweise Art. Bei der Pulverbettfusion, die eine der gängigsten AM-Technologien ist, wird ein fokussierter Energiestrahl verwendet, um Pulverpartikel auf einer schichtweisen Basis zu fusionieren. Der Energiestrahl kann entweder ein Elektronenstrahl oder ein Laser sein. Laser-Pulverbettfusionsverfahren werden in der Industrie durch viele verschiedene Namen bezeichnet, von denen der gängigste das selektive Lasersintern (SLS) und das selektive Laserschmelzen (SLM) ist, abhängig von der Natur des Pulverfusionsverfahrens. Wenn das zu fusionierende Pulver Metall ist, werden die Begriffe direktes Metalllasersintern (DMLS) und direktes Metalllaserschmelzen (DMLM) verbreitet verwendet.
Eine Beschreibung eines typischen Laser-Pulverbettfusionsverfahrens ist nachfolgend bereitgestellt. Bezugnehmend auf 1 weist ein Laser-Pulverbettfusionssystem, wie etwa das System 100, einen festen und umschlossenen Bauraum 150 auf. Innerhalb des Bauraums 150 ist eine Aufbauplatte 106, die flankiert ist durch ein Zufuhrpulverreservoir 104 an einem Ende und eine Überschusspulveraufnahme 130 am anderen Ende. Während der Herstellung hebt ein Lift 102 in dem Zufuhrpulverreservoir 104 eine vorher bestimmte Dosis des Pulvers über das Niveau einer Aufbauplatte 106. Die vorbestimmte Dosis von Pulver wird dann in einer dünnen, ebenen Schicht 132 über die Aufbaufläche 108 durch einen Abstreichmechanismus 110 verteilt. Wie es in 1 gezeigt ist, wird das Pulver zum Beispiel in einer Richtung verteilt, wie sie durch den Pfeil 112 angegeben ist. Überschussmengen von der Aufbauplatte 106 werden von der Überschusspulveraufnahme 130 gesammelt, dann optional behandelt, um grobe Partikel auszusieben vor der Wiederverwertung. Aktuelle Pulverbetttechnologien sind diskret und intermittierend dahingehend, dass der Laser- oder Elektronenstrahl pausieren muss, um auf die nächste Schicht von zu glättendem Pulver zu warten.
Der Abstreichmechanismus 110 kann ein harter Schaber, ein weicher Gummischaber oder ein Roller sein. Ein selektiver Abschnitt des Pulvers 114, der einer „Schicht“ oder einer Lage des herzustellenden Teils entspricht, wird dann durch einen fokussierten Laser 116 gesintert oder geschmolzen, der über die Oberfläche des selektiven Abschnitts 118 scannt. Mit anderen Worten wird die Pulverlage 132 Laserstrahlen in einer örtlich selektiven Weise abhängig von Computer-Aided-Design-Daten (CAD-Daten) ausgesetzt, die auf der gewünschten Form des herzustellenden Werkstücks basiert. Die Laserstrahlung sintert oder schmilzt das Rohrmaterialpulver und der gesinterte/geschmolzene Bereich wird dann wieder fest oder rekristallisiert in einen fusionierten Bereich des Werkstücks.
Unter Verwendung einer Mehrzahl von bewegbaren Spiegeln oder Scanlinsen, bewegt sich oder scannt ein Galvanometer-Scanner 120 den Fokuspunkt des unfokussierten Laserstrahls 126, der durch die Laserquelle 128 emittiert wird, über die Aufbaufläche 108 während des SLM- und SLS-Verfahrens. Der Galvanometer-Scanner ist bei Pulverbettfusionstechnologien typischerweise in einer festen Position, aber die bewegbaren Spiegel/Linsen, die darin enthalten sind, ermöglichen es, verschiedene Eigenschaften des Laserstrahls zu steuern und einzustellen.
Neuerdings haben Pulverbetttechnologien die beste Auflösungsfähigkeiten von allen bekannten Metall-Additivherstellungstechnologien gezeigt. Jedoch, weil das Aufbauen in dem Pulverbett stattfinden muss, verwenden konventionelle Maschinen eine große Menge von Pulver. Zum Beispiel kann das Pulver mehr als 130 kg oder 300 lbs sein. Das ist teuer und verschwenderisch, insbesondere unter Berücksichtigung der Umgebung einer großen Anlage, die eine große Anzahl von Maschinen verwendet. Das Pulver, das nicht unmittelbar in das gebaute Objekt gesintert oder geschmolzen wird, das aber dennoch über dem Pulverbett verteilt ist, ist problematisch, nicht nur weil es den Liftsystemen Gewicht (konventionelle Pulverbetten werden typischer abgesenkt, während sukzessive Schichten von Pulver aufgebaut werden), komplizierte Dichtungen und Kammerdrücke hinzufügt, es ist nachteilig für die Objektentnahme am Ende des Aufbauens und wird bei großen Bettsystemen, die aktuell für Großobjekte in Betracht gezogen werden, nicht handhabbar. Zum Beispiel überschreitet die Menge an benötigten Pulver, um Großobjekte herzustellen, die Grenzen des Pulverbetts oder macht es schwierig, das Senken des Pulverbetts mit einer Genauigkeit zu steuern, die ausreichend ist, um sehr gleichmäßige additive Schichten in dem aufgebauten Objekt herzustellen.
Angesichts des Vorherstehenden besteht ein Bedarf für Additivherstellungsvorrichtungen und Additivherstellungsverfahren, die die Herstellung von großen Objekten mit verbesserter Präzision auf eine Weise handhaben können, die sowohl zeit- als auch kosteneffizient ist mit einem minimalen Abfall an Ausgangsmaterialien.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Additivherstellungsvorrichtung, die aufweist: wenigstens eine Aufbauplattform, die einen Pulverabgabemechanismus, einen Pulverabstreichmechanismus und einen Strahlungsstrahl-Emissions- und Richtmechanismus aufweist; einen Pulverzufuhrmechanismus, der Pulver zu dem Pulverabgabemechanismus während des Betriebs zuführt; eine Aufbauplattform; und einen Rotationsmechanismus, an dem wenigstens ein Abschnitt der wenigstens einen Aufbaueinheit angebracht ist, der eine Rotationsbewegung um ein Rotationszentrum für die wenigstens eine Aufbaueinheit bereitstellt, so dass die wenigstens eine Aufbaueinheit auf einem Kreispfad um das Rotationszentrum bewegt. Vorzugsweise ist der Pulverzufuhrmechanismus stationär. Vorzugsweise ist der Pulverzufuhrmechanismus mit dem Pulverabgabemechanismus über einen Zufuhrschacht verbunden. Vorzugsweise bewegt sich der Zufuhrschacht, wie die Aufbaueinheit, auch auf einem kreisförmigen Pfad um das Rotationszentrum.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass der Pulverzufuhrmechanismus mit dem Pulverabgabemechanismus mittels eines Zufuhrschachtes verbunden ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass der Pulverzufuhrmechanismus stationär ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass sich der Zufuhrschacht auf einem Kreispfad um das Rotationszentrum bewegt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Vorrichtung außerdem einen Turm aufweist, auf dem der Rotationsmechanismus abgestützt ist, wobei die Aufbauplattform, der Pulverzufuhrmechanismus, der Zufuhrschacht, der Rotationsmechanismus und der Turm konzentrisch sind.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass zumindest ein Abschnitt der wenigstens einen Aufbaueinheit mit dem Umfang des Rotationsmechanismus verbunden ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Vorrichtung außerdem eine Aufbaukammer aufweist, wobei die Aufbaukammer wenigstens die wenigstens eine Aufbaueinheit, die Aufbauplattform, den Rotationsmechanismus umschließt und den Pulverzufuhrmechanismus teilweise umschließt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Vorrichtung außerdem einen Tragarm aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt der wenigstens einen Aufbaueinheit mittels des Tragarms mit dem Rotationsmechanismus verbunden ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Aufbauplattform eine Innenwand und eine Außenwand aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Innenwand und die Außenwand jeweils eine oder mehrere Aufnahmen zum Auffangen von Pulverüberschuss aufweisen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Aufbauplattform nicht rotierend und vertikal stationär ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Aufbauplattform nicht rotierend und vertikal beweglich ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass der Turm vertikal beweglich ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass der Strahlungsrichtmechanismus eine Laserquelle oder eine Elektronenquelle aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Aufbauplattform eine Aufbaufläche aufweist, die eine Helixkonfiguration hat.
Bei einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von wenigstens einem Objekt. Das Verfahren enthält die Schritte: (a) Zuführen von Pulver zu wenigstens einer Aufbaueinheit; (b) Rotieren der wenigstens einen Aufbaueinheit um ein Rotationszentrum, um Pulver auf einer Aufbauplattform zu deponieren, so dass sich die wenigstens eine Aufbaueinheit von einem Pfad bewegt, der vorzugsweise ringförmig um ein Rotationszentrum ist; (c) Bestrahlen von wenigstens einem ausgewählten Abschnitt des Pulvers, um wenigstens eine fusionierte Schicht zu bilden; (d) Wiederholen der Schritte (b) und (c), um das wenigstens eine Objekt zu bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen enthält das Verfahren außerdem einen Schritt (e) des Ebnens des wenigstens einen ausgewählten Abschnitts des Pulvers. Vorzugsweise werden die Schritte (b), (c) und (e) gleichzeitig und kontinuierlich ausgeführt. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren außerdem einen Schritt des vertikalen Bewegens der Aufbauplattform auf.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass der Pfad kreisförmig ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren außerdem aufweist: (e) Ebnen des wenigstens einen ausgewählten Abschnitts des Pulvers.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die Schritte (b), (c) und (e) gleichzeitig und kontinuierlich ausgeführt werden.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren außerdem das vertikale Bewegen der Aufbauplattform aufweist.
Figurenliste

1 zeigt ein beispielhaftes pulverbasiertes System zur Additivherstellung gemäß dem Stand der Technik.
2A ist eine schematische Vorderquerschnittsansicht einer großen Additivherstellungsvorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem ringförmigen Pulverbett und einem Mechanismus, der die Aufbaueinheit rotiert.
2B ist eine Schnittansicht B-B der großen Additivherstellungsvorrichtung aus 2A.
2C ist eine schematische Draufsicht der großen Additivherstellungsvorrichtung aus 2A.
3 ist eine schematische Draufsicht einer großen Additivherstellungsvorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem ringförmigen Pulverbett und einem Mechanismus, der mehrere Aufbaueinheiten rotiert.
4A ist eine perspektivische Ansicht einer Einfach-Helixebene eines ringförmigen Pulverbetts entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4B ist eine perspektivische Ansicht einer Dreifach-Helixebene eines ringförmigen Pulverbetts entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine Draufsicht einer großen Additivherstellungsvorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei das ringförmige Pulverbett eine Dreifach-Helixebene hat.
5B ist eine Querschnittsansicht C-C der großen Additivherstellungsvorrichtung aus 5A.
6A ist eine schematische Draufsicht einer großen Additivherstellungsvorrichtung mit einem großen stationären Pulverabgabemechanismus.
6B ist eine Querschnittsansicht D-D der großen Additivherstellungsvorrichtung aus 6A.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ist als eine Beschreibung von verschiedenen Konfigurationen beabsichtigt und ist nicht beabsichtigt, die einzigen Konfigurationen darzustellen, in denen hierin beschriebene Konzepte ausgeführt werden können. Die detaillierte Beschreibung enthält spezifische Details zum Zweck eines sorgfältigen Verständnisses von verschiedenen Konzepten bereitzustellen. Jedoch wird es Fachleuten auf dem Gebiet offenbar werden, dass diese Konzepte ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. Zum Beispiel stellt die vorliegende Erfindung ein bevorzugtes Verfahren zur Additivherstellung von metallischen Komponenten oder Objekten Bereit und vorzugsweise werden diese Komponenten oder Objekte bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerken verwendet. Insbesondere können große ringförmige Komponenten von Flugzeugtriebwerken vorteilhafterweise in Übereinstimmung mit dieser Erfindung hergestellt werden. Jedoch können andere Komponenten eines Flugzeugs und andere Nichtflugzeugkomponenten unter Verwendung der hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine große Additivherstellungsvorrichtung und Ausführungsbeispiele der Vorrichtung bereit, die verwendet werden können, um pulverbettbasierte Additivherstellung auszuführen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Verfahren zum selektives Lasersintern (SLS), selektives Laserschmelzen (SLM), direktes Metalllasersintern (DMLS), direktes Metalllaserschmelzen (DMLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Die vorliegende Erfindung umfasst auch Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung oder eines Ausführungsbeispiels davon, um Objekte additiv herzustellen. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält Komponenten, die sie insbesondere nützlich machen zur Herstellung von großen Objekten, die auf eine kontinuierliche Art im Wesentlichen ringförmig oder zylindrisch sind, wo das Pulverdeponieren, Pulvereinebnen, Strahlabstrahlen und vertikale Gleiten des zentralen Turms und/oder Pulverbetts gleichzeitig auftreten kann. Bis hierin verwendet wird bedeutet der Begriff „kontinuierlich“, dass ein Verfahren oder ein bestimmter Schritt eines Verfahrens oder einer Bewegung (Pulverdeponieren, Pulverdeponieren, Pulvereinebnen, Strahlabstrahlen oder vertikales Gleiten des zentralen Turms und/oder Pulverbetts) zeitlich ununterbrochen ist und keine zeitlichen Zwischenräume oder Intervalle hat. Wie es hierin verwendet wird, bedeutet der Begriff „gleichzeitig“, dass zwei oder mehr Verfahren oder spezifische Schritte eines Verfahrens (Pulverdeponieren, Pulvereinebnen, Strahlabstrahlen und vertikale Gleiten des zentralen Turms und/oder Pulverbetts) simultan oder gleichzeitig stattfinden. Beispiele von diesen im Wesentlichen ringförmigen oder zylindrischen Objekten sind ringförmige oder zylindrische Komponenten eines Flugzeugtriebwerks oder eines Flugzeugs. Beispiele von solchen Flugzeugkomponenten sind Turbinen oder Schaufelabdeckungen, zentrale Triebwerkswelle, Gehäuse, Kompressorauskleidungen, Brennkammerauskleidungen, Kanäle, usw. Bei einigen Beispielen können diese Komponenten einen Radius von bis zu 2 Metern haben. Zusätzlich können mehrere kleinere Objekte angemessen auf der Aufbauplattform angeordnet werden, um gleichzeitig gebaut zu werden.
Dementsprechend enthält eine Additivherstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein ringförmiges Pulverbett anstelle eines konventionellen rechteckigen Pulverbetts. Ein Rotationsmechanismus ist bereitgestellt, an dem eine Aufbaueinheit angebracht ist. Die Aufbaueinheit enthält einen Pulverabgabemechanismus, einen Pulverabstreichmechanismus und einen Strahlungsstrahlrichtmechanismus. Der Rotationsmechanismus, der vorzugsweise konzentrisch mit dem Pulverbett ist, positioniert die Aufbaueinheit über geeignet im Wesentlichen parallel mit dem ringförmigen Pulverbett und bewegt die Aufbaueinheit rotierend über und geeignet im Wesentlichen parallel mit dem Pulverbett, um gleichzeitig das Pulver zu ebnen und Pulver zu schmelzen, um eine fusionierte Schicht des aufgebauten Objekts in einer oder mehreren Aufbaubereichen innerhalb des Pulverbetts zu bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Rotationsmechanismus auf einem zentralen hochstehenden Turm angeordnet, der auch vorzugsweise konzentrisch ist mit dem nicht rotierenden ringförmigen Pulverbett.
Wie es hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „Mechanismus“ auf eine strukturelle Einheit, die entweder eine einzelne Einrichtung oder ein einzelnes Instrument, eine einzelne Einrichtung oder ein einzelnes Instrument mit mehreren Komponenten oder ein System von mehreren, separaten Einrichtungen oder Instrumenten ist. Der Begriff „Mechanismus“ ist austauschbar mit dem Begriff „Einheit“ verwendet, der sich auf dieselbe Definition stützt, wie es im vorhergehenden Satz ausgeführt ist.
2A ist eine schematische Vorderquerschnittsansicht einer großen Additivherstellungsvorrichtung 200 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 200 enthält ein ringförmiges Pulverbett 202 und eine Aufbaueinheit 208. Das ringförmige Pulverbett 202 hat eine Aufbauplattform 228, eine ringförmige Innenwand 224 und eine ringförmige Außenwand 222 mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Innenwand 224. Zu Beginn eines pulverbasierten Additivherstellungsprozesses wird das Ausgangsmaterialpulver auf der Aufbaufläche 242 deponiert, die die obere Fläche der Aufbauplattform 228 ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen, wie etwa dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel, enthalten die Innen- und Außenwand 224, 222 des ringförmigen Pulverbetts 202 jeweils eine Aufnahme 226, um nicht fusionierten Pulverüberschuss während der Produktion einzufangen. Die Vorrichtung 200 enthält außerdem eine Aufbaueinheit 208, die mehrere Komponenten hat, wobei jede unterschiedlichen Funktionen in einem pulverbasierten Additivherstellungsverfahren dient, wie etwa, aber nicht beschränkt auf selektives Laserschmelzen (SLM), direktes Metalllaserschmelzen (DMLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Unter den Komponenten der Aufbaueinheit 208 sind zum Beispiel ein Pulverabgabemechanismus 214 (z.B. ein Bunker), ein Strahlungsstrahlrichtmechanismus 212 und ein Abstreichmechanismus 216. Der Abstreichmechanismus 216 kann ein Schaber, eine Klinge, ein Gummischaber, ein Roller oder dergleichen sein.
Während eines Additivherstellungsverfahrens gibt der Pulverabgabemechanismus 214 gerichtet Ausgangsmaterialpulver 230 ab und deponiert Ausgangsmaterialpulver 230 auf und/oder in dem Pulverbett 202. Der Pulverabstreichmechanismus 216 verteilt das deponierte Pulver 230 gerichtet ebnet das deponierte Pulver 230 in eine im Wesentlichen ebene Pulverschicht und ein Abschnitt dieser im Wesentlichen ebenen Pulverschicht (d.h. ein Aufbaubereich) wird dann durch den Laser- oder Elektronenstrahl geschmolzen, der durch den Strahlungsstrahlrichtmechanismus 212 emittiert wird, um eine fusionierte, Additivschicht des aufgebauten Objekts 220 zu bilden. Der Strahlungsstrahl ist durchgängig durch die beigefügten Figuren mit einer gestrichelten Linie angegeben. Der Herstellungszyklus wiederholt sich selbst, was zu mehreren gestapelten Schichten führt, um das anwachsende Aufbauobjekt 220 zu bilden. Obwohl 2C ein einziges Aufbauobjekt 220 zeigt, sollte es verstanden werden, dass eine große Additivherstellungsvorrichtung 200 verwendet werden kann, um zusätzlich oder gleichzeitig mehrere kleine Objekte in dem ringförmigen Pulverbett 202 herzustellen.
Repräsentative Beispiele von geeigneten Materialien für Ausgangsmaterialpulver, das während eines Additivherstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst Legierungen, die entwickelt wurden, um eine gute Oxidationswiderstandsfähigkeit zu haben, bekannte „Superlegierungen“, die eine akzeptable Festigkeit bei den erhöhten Temperaturen des Betriebs in einer Gasturbine haben, z.B. Hastelloy, Inconel-Legierungen (z.B. IN 738, IN 792, IN 939), Rene-Legierungen (z.B. Rene N4, Rene N5, Rene 80, Rene 142, Rene 195), Haynes-Legierungen, Mar M, CM 247, CM 247 LC, C263, 718, X-750, ECY 768, 282, X45, PWA 1483 und CMSX (z.B. CMSX-4) Einfachkristalllegierungen. Die hergestellten Objekte der vorliegenden Erfindung können mit einer oder mehreren ausgewählten kristallinen Mikrostrukturen gebildet werden, wie etwa ausgerichtet erstarten („DS“) oder Einfachkristallinen („SX“).
Wichtig ist, dass in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung alle drei integralen Schritte des Pulverdeponierens, des Pulvereinebnens und des Pulverschmelzens gleichzeitig und kontinuierlich stattfinden. Vorzugsweise finden diese drei Schritte des pulverbasierten Additivherstellungsverfahrens zeitgleich und kontinuierlich in mehreren Aufbaubereichen statt. Zum Beispiel deponiert der Pulverabgabemechanismus 214 das Pulver 230 zu einem gegebenen Zeitpunkt in einem Bereich oder einem Aufbaubereich C (nicht gezeigt) in dem Pulverbett 202; der Pulverabstreichmechanismus 216 ebnet das Pulver 230 in einer im Wesentlichen ebnen Pulverschicht in einer Region oder einen Aufbaubereich B (nicht gezeigt), wo der Pulverabgabemechanismus 214 vorher das Pulver 230 deponiert hat; und der Strahlungsstrahlrichtmechanismus 212 schmelzt einen selektiven Bereich (d.h. eine Region oder einen Aufbaubereich A, der nicht gezeigt ist) innerhalb einer im Wesentlichen ebnen Pulverschicht, die vorher durch den Pulverabstreichmechanismus 216 geebnet wurde.
Die Aufbaueinheit 208 ist an einem Rotationsmechanismus 204 angebracht, der betreibbar ist, um die Aufbaueinheit um die Rotationsachse 210 um 360 Grad zu rotieren. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Aufbaueinheit 208 unmittelbar an einem Bereich am Umfang 238 des Rotationsmechanismus 204 befestigt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen geht von dem Umfang des Rotationsmechanismus ein Tragarm 218 aus, auf dem der Pulverabgabemechanismus 214 und/oder der Strahlungsstrahlrichtmechanismus 212 und/oder der Abstreichmechanismus 216 montiert ist. Alternativ ist die Aufbaueinheit 208 an der unteren Fläche 240 befestigt, entweder direkt oder indirekt mittels eines Tragarms.
In 2B ist gezeigt, dass der Pulverabgabemechanismus 214 und der Strahlungsstrahlrichtmechanismus 212 an dem Tragarm festgelegt sind, während der Pulverabstreichmechanismus 216 an dem Pulverabgabemechanismus 214 befestigt ist, insbesondere an dem Auslass an dem unteren Abschnitt des Pulverabgabemechanismus 214, wo das Pulver 230 abgegeben wird. Während die Aufbaueinheit 208 das Pulver 230 deponiert, ebnet und schmelzt, in dieser bestimmten Reihenfolge, kann es vorteilhaft sein, die damit zusammenhängenden drei Komponenten, die diese Funktionen vermitteln, derart anzuordnen, dass der Pulverabgabemechanismus 214 in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotationsmechanismus 204, die durch den Pfeil 236 angegeben ist, dem Pulverabstreichmechanismus 216 vorausgeht, der dann gefolgt ist durch den Strahlungsstrahlrichtmechanismus 212.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist der Rotationsmechanismus 204 eine starre Struktur mit einer zylindrischen Gestalt, wie es in den beigefügten Figuren ausgebildet ist, oder alternativ eine kreisringförmige oder ringförmige oder donutförmige Gestalt.
Während die Aufbaueinheit 208 an dem Rotationsmechanismus 204 befestigt ist, kann der Rotationsmechanismus 204 wiederum befestigt sein an und getragen sein auf einem Turm 206, z.B. mittels eines Verbinders 234. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Verbinder als ein Kugellager gezeigt, dass zwischen einer oberen Bahn und einer unteren Bahn sandwichartig angeordnet ist. Es wäre für einen Fachmann auf dem Gebiet leicht zu verstehen, dass irgendwelche anderen Arten von geeigneten Verbindern verwendet werden können. Der Turm 206 ist eine vertikal längliche und aufragende Struktur, die, wie es in 2A gezeigt ist, das ringförmige Pulverbett 202 überragt. Vorzugsweise, wie es auch in 2A gezeigt ist, sind der Turm 206, der Rotationsmechanismus 204 und das ringförmige Pulverbett konzentrisch, wobei das gemeinsame Zentrum der Punkt X ist, wie in 2C angegeben. Vorzugsweise können für irgendeinen gegebenen Turm und Rotationsmechanismus ringförmige Pulverbetten von verschiedenen Größen konzentrisch darum herum angeordnet werden. Mit anderen Worten ist der Durchmesser des Pulverbetts typischerweise größer als der Durchmesser des Rotationsmechanismus und die Breite oder Durchmesser des Turms, obwohl es nicht derart eingeschränkt sein muss.
Ein Strahlungsstrahlrichtmechanismus, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann eine optische Steuereinheit zum Richten eines Strahlungsstrahls, wie etwa eines Laserstrahls sein. Die optische Steuereinheit kann einen oder mehrere optische Linsen (einschließlich telezentrische Linsen), Ablenkelemente, Spiegel und/oder Strahlteiler umfassen. Alternativ kann der Strahlungsstrahlrichtmechanismus eine elektronische Steuereinheit zum Richten eines Elektronenstrahls sein. Die elektronische Steuereinheit kann eine oder mehrere Ablenkspulen, Fokussierspulen und/oder ähnliche Elemente aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Strahlungsstrahlrichtmechanismus aus einem Diodenfaserlaser (z.B. ein Diodenlaserbarren oder Stapel) zusammengesetzt, der eine Mehrzahl von Diodenlasern oder Emittern aufweist, die jeweils einen Strahlungsstrahl emittieren. Eine zylindrische Linse kann zwischen den Diodenlasern und einer Mehrzahl von optischen Fasern positioniert sein. Die zylindrische Linse kompensiert die hohe Winkeldivergenz in der Richtung rechtwinklig zum Diodenübergang der Laser, was typischerweise die Strahldivergenz in der schnellen Achse auf weniger als der langsamen Achse reduziert, wodurch die Montagetoleranzen des Gesamtsystems vereinfacht werden verglichen mit einer Anordnung, die keinerlei Koppeloptiken verwendet (d.h. eine, bei der jede Faser einfach in enger Nachbarschaft zu dem Laser angeordnet ist, mit dem sie verbunden ist). Jedoch sollte es verstanden werden, dass die Diodenfaserlaseranordnungen, die keine Koppeloptiken verwenden, mit der vorliegenden Technologie verwendet werden können. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können die optischen Fasern außerdem Linsen an ihren jeweiligen Enden aufweisen, die dazu eingerichtet sind, gebündelte oder divergierende Laserstrahlen aus ihren optischen Fasern bereitzustellen. Es sollte auch verstanden werden, dass selbst in der Abwesenheit von solchen Linsen die Enden der optischen Fasern dazu ausgebildet sein können, gebündelte oder divergente Laserstrahlen bereitzustellen.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann ein Strahlungsstrahlrichtmechanismus in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auch eine Strahlungsquelle aufweisen, die, im Falle einer Laserquelle, die die Laserstrahlung enthaltenen Photonen hervorbringt, die durch den Mechanismus gerichtet wird. Wenn die Strahlungsquelle eine Laserquelle ist, dann kann der Strahlungsstrahlrichtmechanismus zum Beispiel ein Galvanoscanner sein, und die Laserquelle kann außerhalb der Aufbauumgebung angeordnet sein. Unter diesen Umständen kann die Laserstrahlung zu dem Strahlungsstrahlrichtmechanismus durch irgendwelche geeigneten Mittel (z.B. ein faseroptisches Kabel) geleitet werden. Wenn die Strahlungsquelle eine Elektronenquelle ist, dann bringt die Elektronenquelle die Elektronen hervor, die der Elektronenstrahl oder E-Strahl aufweist, der durch den Strahlungsstrahlrichtmechanismus gerichtet wird. Wenn die Strahlungsquelle eine Elektronenquelle ist, dann kann der Strahlrichtmechanismus zum Beispiel eine Ablenkspule sein. Wenn eine große Additivherstellungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in Betrieb ist, dann ist es im Allgemeinen vorteilhaft, wenn der Strahlungsstrahlrichtmechanismus einen Laserstrahl ausrichtet, einen Gasströmungsmechanismus vorzusehen, der eine im Wesentlichen laminare Gasströmung in einer Gasströmungszone bereitstellt. Das liegt daran, weil der verwendete Laserstrahl zu einer Rauchentwicklung führen kann und der Rauch kondensiert werden kann, wenn er in Kontakt mit dem aufgebauten Objekt gelangt, wodurch die Genauigkeit des Objekts aufs Spiel gesetzt wird. Jedoch, wenn ein Elektronenstrahl stattdessen genutzt wird, ist es wichtig, ein ausreichendes Vakuum in dem Raum aufrecht zu erhalten, durch den sich der Elektronenstrahl bewegt, daher sollte ein Gasströmungsmechanismus in der Aufbaueinheit nicht enthalten sein.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann ein Strahlungsstrahlrichtmechanismus einen oder mehrere elektrische Schleifringe und/oder Telemetrie zur verbesserten Steuerung der Bewegungen des Mechanismus in der rotierenden Umgebung eines pulverbasierten Additivherstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können das ringförmige Pulverbett 202 und der zentrale Turm 206 außerdem auf einer stationären Stützstruktur 232 angebracht sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 200 in einer Aufbaukammer eingehaust und die atmosphärische Umgebung innerhalb der Kammer, d.h. die „Aufbauumgebung“ oder „Einhausungszone“ ist typischerweise derart gesteuert, dass der Sauerstoffgehalt gegenüber der typischen Umgebungsluft reduziert ist und dass die Umgebung einen reduzierten Druck hat. Bei einigen Ausführungsbeispielen bildet die Aufbauumgebung eine inerte Atmosphäre (z.B. eine Argonatmosphäre). Bei weiteren Ausführungsbeispielen bildet die Aufbauumgebung eine reduzierende Atmosphäre, um Oxidation zu minimieren. Bei noch weiteren Ausführungsbeispielen bildet die Aufbauumgebung ein Vakuum.
Während das pulverbasierte Additivherstellen voranschreitet und das additiv gebaute Objekt wächst, kann die Aufbauplattform 228 entsprechend abgesenkt und angehoben werden. Dementsprechend finden das Bewegen der Aufbauplattform nach oben oder nach unten, das Deponieren von Pulver, das Ebnen von Pulver und die Strahlaussendung simultan und kontinuierlich statt. Alternativ kann die Aufbauplattform 228 vertikal stationär sein, aber der Turm 205 kann dazu eingerichtet sein, vertikal bewegbar zu sein, z.B. sich nach oben oder nach unten zu bewegen, während das Herstellungsverfahren voranschreitet. Dementsprechend finden das Bewegen des Turms nach oben und nach unten, das Deponieren von Pulver, das Ebnen von Pulver und die Strahlaussendung simultan und kontinuierlich statt.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann eine Aufbaueinheit mit einem Laserstrahlstrahlungsmechanismus vorteilhafterweise einen Gasströmungsmechanismus mit Gaseinlass/Gaseinlässen und Gasauslass/Gasauslässen aufweisen, die eine im Wesentlichen laminare Gasströmung in einer Gasströmungszone zu einem Aufbaubereich auf dem Pulverbett bereitstellt. Denn der verwendete Laserstrahl kann zu einer Raucherzeugung führen und der Rauch kann kondensieren, wenn er mit dem aufgebauten Objekt in Kontakt gelangt, wodurch die Genauigkeit des Objekts aufs Spiel gesetzt wird. Jedoch, wenn stattdessen ein Elektronenstrahl verwendet wird, ist es wichtig, ein ausreichendes Vakuum in dem Raum aufrecht zu erhalten, durch den der Elektronenstrahl geht, deshalb sollte kein Gasströmungsmechanismus in der Aufbaueinheit enthalten sein.
Die Erfindung betrifft außerdem eine große Additivherstellungsvorrichtung, z.B. die Vorrichtung 300 in 3, wo mehrere Aufbaueinheiten 308 mittels Tragarmen 318 an einem zentralen Rotationsmechanismus 304 angebracht sein können, der dann von einem zentralen Turm (in dieser Ansicht nicht gezeigt) gestützt und an dem zentralen Turm angebracht sein kann. Der Rotationsmechanismus 304 rotiert zum Beispiel in der Richtung, die durch den Pfeil 336 angegeben ist. Jede Aufbaueinheit 308 hat einen Pulverabgabemechanismus 314 (mit Pulver 330), einen Pulverabstreichmechanismus (in dieser Ansicht nicht gezeigt) und einen Strahlungsstrahlrichtmechanismus 312. Der Rotationsmechanismus 304, der Turm und das ringförmige Pulverbett 302 sind vorzugsweise konzentrisch an dem Punkt X, wobei der Rotationsmechanismus 304 und der Turm in dem Zentrum der Vorrichtung 300 sind und durch das Pulverbett 302 umgeben sind. Mit der Verwendung des Pulvers 330 ist jede Aufbaueinheit betreibbar, um einen Abschnitt des aufgebauten Objekts 320 in dem ringförmigen Pulverbett 302 additiv herzustellen, das gebildet ist durch die Innenwand 324 und die Außenwand 322.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Aufbauplattform des ringförmigen Pulverbetts eine im Wesentlichen dezente Helix- oder Spiralgestalt haben, die das Initiieren des kontinuierlichen additiven Herstellungsverfahrens nach Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung ermöglicht (siehe 4A und 4B). Zum Beispiel, wenn die große Additivherstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine einzige Aufbauplattform hat, hat die einzige Helixaufbauplattform 428A eine Aufbaufläche 442A, die eine einzige additive Wachstumsschichtdicke mit jeder vollständigen 360°-Umdrehung des Rotationsmechanismus „verliert“. Als ein anderes Beispiel, wenn die große Additivherstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mehrere Aufbaueinheiten hat, z.B. drei Aufbaueinheiten, hat die Dreifach-Helixaufbauplattform 428B eine Aufbaufläche 442B, die eine einzige additive Wachstumsschichtdicke mit jeder 120°- oder 1/3-Umdrehung des Rotationsmechanismus fällt.
In den 5A und 5B ist eine Draufsicht und eine Schnittansicht C-C einer großen Additivherstellungsvorrichtung 500 jeweils gezeigt. Die Vorrichtung 500 weist ein ringförmiges Pulverbett 502 mit einer ringförmigen Aufbauplattform 528, Innen- und Außenwände 524, 522 auf. Die ringförmige Aufbauplattform 528 hat eine Dreifach-Helixaufbaufläche 542 (d.h. der Startpunkt der drei Helixschrauben ist mit den gestrichelten Linien a, b und c angegeben); einen Rotationsmechanismus 504, der eine Rotationsrichtung hat, wie sie durch den Pfeil 536 angegeben ist, und drei Aufbaueinheiten 508A, 508B, 508C, die mittels Tragarmen 518A, 518B und 518C daran (d.h. mit dem Umfang 538) befestigt sind; und einen Turm (nicht gezeigt) an dem der Mechanismus befestigt und auf den der Mechanismus gestützt ist. Jede der Aufbaueinheiten 508A, 508B, 508C ist mit ihrem jeweiligen Strahlrichtmechanismus, Pulverabstreichmechanismus, Pulverabgabemechanismus ausgerüstet.
Wie es in 5B gezeigt ist, wenn mehrere Aufbaueinheiten 508A, 508B und 508C verwendet werden, können diese verwendet werden, um das Pulver 530 zu deponieren und mehrere überlappende additive Schichten (z.B. „Schicht A“, „Schicht B“, „Schicht C“) in einer Helixgestalt zu fusionieren, ähnlich, wie eine mehrgängige Schraubenform. Diese Helixkonfiguration kann effizienter und weniger problematisch sein, als zu versuchen, mehrere Fusionseinheiten zu verwenden, um eine einzige additive Schicht zu bilden.
Eine weitere Ausführungsform einer großen Additivherstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine solche Vorrichtung, z.B. die Vorrichtung 600, die, zusätzlich zu dem Pulverabgabemechanismus 614, den Pulverabstreichmechanismus 616 und dem Strahlungsstrahlrichtmechanismus 612 in der Aufbaueinheit 608 außerdem einen zentralen, großen und stationären Pulverzufuhrmechanismus 644 aufweist. Wie die anderen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung, die hierin beschrieben sind, enthält die Vorrichtung 600 einen Rotationsmechanismus 604, der dazu eingerichtet ist, um die Rotationsachse 610 in irgendeine der zwei Richtungen (z.B. der Richtung, die durch den Pfeil 636 angegeben ist) zu rotieren und mit deren Umfang die Aufbaueinheit 608 (d.h. der Pulverabgabemechanismus 614, der P616 und der S612) befestigt sein können, z.B. mittels eines Tragarms 618. Der Rotationsmechanismus 604 kann auf einem Turm 606 abgestützt sein, z.B. mittels eines Verbinders 634 (der als Kugellager gezeigt ist, das zwischen einer oberen Bahn und einer unteren Bahn bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel sandwichartig angeordnet ist).
Der Pulverzufuhrmechanismus 644 kann mit dem Pulverabgabemechanismus 614 zum Beispiel mittels eines Zufuhrschachts 646 verbunden sein, der vorzugsweise gemeinsam mit dem Rotationsmechanismus 604 in derselben Richtung (z.B. die Richtung, die durch den Pfeil 636 angegeben ist) rotiert. Vorzugsweise sind der Pulverzufuhrmechanismus 644, der Zufuhrschacht 646, der Turm 606, der Rotationsmechanismus 604 und das ringförmige Pulverbett 602 konzentrisch, z.B. an der Stelle X, wie es in 6A gezeigt ist. Das Verwenden des großen stationären Pulverzufuhrmechanismus 644, der mit dem Pulverabgabemechanismus 614 verbunden ist, ist insbesondere vorteilhaft, weil es das Gewicht des Pulvers 630 reduziert, das durch den Pulverabgabemechanismus 614 und auch den Tragarm getragen wird, von denen beide während der Produktion rotieren.
Der Pulverzufuhrmechanismus 644 kann irgendeine geeignete dreidimensionale Konfiguration annehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie etwa dem Ausführungsbeispiel der 6A und 6B, ist der Pulverzufuhrmechanismus 644 von einer konischen oder Trichterform, wobei der Scheitelpunkt 650 des Konus mit dem Zufuhrschacht 646 verbunden ist. In diesem Fall ist der Scheitelpunkt 650 eine kleine Öffnung, die vorteilhafterweise eine gesteuerte Strömung des Pulvers 630 auf den Zufuhrschacht 646 ermöglicht und eventuell in den Pulverabgabemechanismus 614.
Wie vorstehend beschrieben kann eine große Additivherstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung innerhalb einer Aufbaukammer eingehaust sein. 6B zeigt die Aufbaukammer 648, die die Aufbaueinheit 608, den Turm 606, den Rotationsmechanismus 604 und das ringförmige Pulverbett 602 und den Zufuhrschacht 646 umschließt. Der Pulverzufuhrmechanismus 644 ist andererseits teilweise an dem unteren Abschnitt der Struktur umschlossen, z.B. der Stiel des Trichters oder der Scheitelpunktabschnitt eines Konus. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Zufuhrschacht 646 teilweise oder nicht innerhalb einer Aufbaukammer eingehaust sein.
Das ringförmige Pulverbett 602 hat eine Aufbauplattform 628, eine ringförmige Innenwand 624 und eine ringförmige Außenwand 622 mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Innenwand 624. Zu Beginn eines pulverbasierten Additivherstellungsverfahrens wird das Ausgangsmaterialpulver auf der Aufbaufläche deponiert, die die obere Fläche der Aufbauplattform 628 ist (in den Ansichten der 6A und 6B nicht gezeigt). Bei einigen Ausführungsbeispielen, wie etwa dem in den 6A und 6B gezeigten Ausführungsbeispiel, enthalten die Innen- und Außenwand 624, 622 des ringförmigen Pulverbetts 602 jeweils eine Aufnahme 626, um nicht fusionierten Pulverüberschuss während der Produktion aufzufangen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können das ringförmige Pulverbett 602 und der zentrale Turm 606 zusätzlich auf einer stationären Stützstruktur 632 montiert sein.
Die Aufbaueinheit 608 ist betreibbar, um ein pulverbasiertes Additivherstellungsverfahren durchzuführen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf selektives Laserschmelzen (SLM), direktes Metalllaserschmelzen (DMLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Während eines pulverbasierten Additivherstellungsverfahrens gibt der Pulverabgabemechanismus 614 gerichtet Ausgangsmaterialpulver 630 ab und deponiert Ausgangsmaterialpulver 630 auf und/oder in dem Pulverbett 602. Der Pulverabstreichmechanismus 616 verteilt das deponierte Pulver 630 gerichtet und ebnet das deponierte Pulver 630 in einer im Wesentlichen ebenen Pulverschicht und ein Abschnitt von dieser im Wesentlichen ebenen Pulverschicht (d.h. ein Aufbaubereich) wird dann durch den Laser oder den Elektronenstrahl geschmolzen, der durch den Strahlungsstrahlrichtmechanismus 612 emittiert wird, um eine fusionierte, additive Schicht des aufgebauten Objekts 620 zu bilden. Dieser Herstellungszyklus wiederholt sich selbst, was dazu führt, dass mehrere Schichten aufeinander gestapelt werden, um das anwachsende aufgebaute Objekt 620 zu bilden. Obwohl 6A ein einziges aufgebautes Objekt 620 zeigt, sollte es verstanden werden, dass die große Additivherstellungsvorrichtung 600 verwendet werden kann, um zusätzlich und gleichzeitig mehrere kleine Objekte in dem ringförmigen Pulverbett 602 herzustellen. Während das Herstellungsverfahren voranschreitet, kann das Pulver, das in dem Pulverabgabemechanismus 614 gespeichert ist, durch die reichliche Zufuhr in dem Pulverzufuhrmechanismus 644 mittels des Zufuhrschachts 646 aufgefüllt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Objektes mit einer hierin beschriebenen Vorrichtung bereit, aufweisend ein ringförmiges Objekt, z.B. eine Flugzeugkomponente, wie etwa, aber nicht beschränkt auf Turbinen- oder Schaufelabdeckungen, eine zentrale Turbinenwelle, Gehäuse, Kompressorauskleidungen, Brennkammerauskleidungen, Kanäle, usw. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren die Schritte: (a) Drehen von wenigstens einer Aufbaueinheit um ein Rotationszentrum, um Pulver auf einer Aufbauplattform zu deponieren, so dass sich die wenigstens eine Aufbaueinheit auf einem ringförmigen Pfad um das Rotationszentrum bewegt; (b) Bestrahlen von wenigstens einem ausgewählten Abschnitt des Pulvers, um wenigstens eine fusionierte Schicht zu bilden; und (c) Wiederholen zumindest der Schritte (a) und (b), um das wenigstens eine Objekt zu bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen enthält das Verfahren außerdem einen Schritt (d), des Ebnens des wenigstens einen ausgewählten Abschnitts des Pulvers. Vorzugsweise werden wenigstens die Schritte (a), (b) und (c) simultan und kontinuierlich ausgeführt. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt des vertikalen Bewegens der Aufbauplattform.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren zur Herstellung die Schritte: (a) Zuführen von Pulver zu wenigstens einer Aufbaueinheit; (b) Rotieren wenigstens einer Aufbaueinheit um ein Rotationszentrum, um das Pulver auf der Aufbaueinheit zu deponieren, so dass sich die wenigstens eine Aufbaueinheit auf einem Pfad, der vorzugsweise kreisförmig um das Rotationszentrum ist, bewegt; (c) Bestrahlen von wenigstens einem ausgewählten Abschnitt des Pulvers, um wenigstens eine fusionierte Schicht zu bilden; und (d) Wiederholen zumindest der Schritte (b) und (c), um das wenigstens eine Objekt zu bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt (e) des Ebnens des wenigstens einen ausgewählten Abschnitts des Pulvers. Vorzugsweise werden die Schritte (b), (c) und (e) simultan und kontinuierlich ausgeführt. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt des vertikalen Bewegens der Aufbauplattform.
Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung können mit Merkmalen von Vorrichtungen und Verfahren kombiniert werden, die in den nachfolgenden parallel anhängigen Patentanmeldungen durch den Anmelder beschrieben sind:
US-Patentanmeldung Nummer 15/406,467 , mit dem Titel „Additivherstellung unter Verwendung eines Mobilen Aufbauvolumens“ mit der Anwaltsaktennummer 037216.00059, angemeldet am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nummer 15/406,454 , mit dem Titel „Additivherstellung unter Verwendung eines Mobilen Scanbereichs“ mit der Anwaltsaktennummer 037216.00060, angemeldet am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nummer 15/406,444 , mit dem Titel „Additivherstellung unter Verwendung einer dynamische wachsenden Aufbauhülle“ mit der Anwaltsaktennummer 037216.00061, angemeldet am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nummer 15/406,461 , mit dem Titel „Additivherstellung unter Verwendung eines selektiven Abstreichers“ mit der Anwaltsaktennummer 037216.00062, angemeldet am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nummer 15/406,471 , mit dem Titel „Große Additivmaschine“ mit der Anwaltsaktennummer 037216.00071, angemeldet am 13. Januar 2017.
Die Offenbarungen von jeder dieser Anmeldungen ist hierin in ihrer Gesamtheit in dem Maß aufgenommen, als sie zusätzliche Aspekte von Kernschalenschmelzen und Herstellungsverfahren offenbaren, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Kernschalenschmelzen verwendet werden können.
Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels und auch um irgendeinen Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich des Herstellens und des Verwendens irgendwelcher Vorrichtungen und Systeme und des Durchführens irgendwelcher beinhalteter Verfahren. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet offenbar werden. Solche anderen Beispiele sind dazu bestimmt, innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche zu sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die nicht vom Wortlaut der Ansprüche abweichen oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit nicht substantiellen Unterschieden vom Wortlaut der Ansprüche aufweisen. Aspekte der verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispiele, sowie andere bekannte äquivalente für jeden solchen Aspekt können durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet gemischt und angepasst werden, um zusätzliche Ausführungsbeispiele und Techniken in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Anmeldung zu konstruieren.
Eine Vorrichtung zum kontinuierlichen pulverbasierten Additivherstellen eines großen ringförmigen Objekts oder mehrerer kleiner Objekte gleichzeitig. Die Aufbaueinheit(en) der Vorrichtung, die einen Pulverabgabemechanismus, einen Pulverabstreichmechanismus und einen Strahlungsstrahlemissions- und richtmechanismus aufweist/aufweisen ist/sind mit einem Rotationsmechanismus verbunden, so dass die Aufbaueinheit(en) während der Produktion um und über dem Pulverbett rotiert/rotieren. Der Rotationsmechanismus ist auf einem Turm abgestützt. Ein stationärer Pulverzufuhrmechanismus führt Pulver zu dem Pulverabgabemechanismus zu und ist konzentrisch mit dem Rotationsmechanismus, dem Turm und dem nicht rotierenden ringförmigen Pulverbett. Ein Herstellungsverfahren unter Verwendung der Vorrichtung beinhaltet wiederholte und kontinuierliche Zyklen zumindest des gleichzeitigen Rotierens der Aufbaueinheit(en), um Pulver auf dem Pulverbett zu deponieren und Bestrahlen des Pulvers, um eine fusionierte additive Schicht zu bilden. Das kontinuierliche Additivherstellungsverfahren kann außerdem mit einer Helixkonfiguration der Pulverbettaufbaufläche unterstützt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15406467 [0059]
US 15406454 [0060]
US 15406444 [0061]
US 15406461 [0062]
US 15406471 [0063]

Claims

Additivherstellungsvorrichtung (600) aufweisend: wenigstens eine Aufbaueinheit (608), die einen Pulverabgabemechanismus (614) aufweist, einen Pulverabstreichmechanismus (616) und einen Strahlungsstrahlrichtmechanismus (612) ; einen Pulverzufuhrmechanismus (644), der während des Betriebs Pulver zu dem Pulverabgabemechanismus zuführt; eine Aufbauplattform (628); und einen Rotationsmechanismus (604), an dem wenigstens ein Abschnitt von wenigstens einer Aufbaueinheit (608) angebracht ist, der eine Rotationsbewegung um ein Rotationszentrum für die wenigstens eine Aufbaueinheit (608) bereitstellt, so dass sich die wenigstens eine Aufbaueinheit (608) auf einem ringförmigen Pfad um das Rotationszentrum bewegt.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach Anspruch 1, wobei der Pulverzufuhrmechanismus (644) mit dem Pulverabgabemechanismus (614) mittels eines Zufuhrschachts (646) verbunden ist.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach Anspruch 2, außerdem aufweisend einen Turm, auf dem der Rotationsmechanismus abgestützt ist, wobei die Aufbauplattform, der Pulverzufuhrmechanismus, der Zufuhrschacht, der Rotationsmechanismus und der Turm konzentrisch sind.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, außerdem aufweisend eine Aufbaukammer (648), wobei die Kammer zumindest die wenigstens eine Aufbaueinheit (608), die Aufbauplattform (628), den Rotationsmechanismus (604) einhaust und teilweise den Pulverzufuhrmechanismus (644) einhaust.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, außerdem aufweisend einen Tragarm (618), wobei zumindest ein Abschnitt der wenigstens einen Aufbaueinheit (608) mittels des Tragarms (618) an dem Rotationsmechanismus (604) angebracht ist.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach irgendeinem der Ansprüche 1-5, wobei die Aufbauplattform eine Innenwand (624) und eine Außenwand (622) aufweist.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach Anspruch 6, wobei die Innenwand (624) und die Außenwand (622) jeweils eine oder mehrere Aufnahmen aufweisen, um Pulverüberschuss aufzufangen.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, wobei die Aufbauplattform (628) eine Aufbaufläche aufweist, die eine Helixkonfiguration hat.
Additivherstellungsvorrichtung (600) nach irgendeinem der Ansprüche 1-8, wobei zumindest ein Abschnitt der wenigstens einen Aufbaueinheit (608) am Umfang des Rotationsmechanismus (604) angebracht ist.
Verfahren zur Herstellung von wenigstens einem Objekt (620), umfassend: (a) Zufuhr von Pulver zu wenigstens einer Aufbaueinheit (608); (b) Rotieren der wenigstens einen Aufbaueinheit (608) um ein Rotationszentrum, um das Pulver auf eine Aufbauplattform (628) zu deponieren, so dass sich die wenigstens eine Aufbaueinheit (608) in einem Pfad um das Rotationszentrum bewegt; (c) Bestrahlen von wenigstens einem ausgewählten Abschnitt des Pulvers, um wenigstens eine fusionierte Schicht zu bilden; und (d) Wiederholen zumindest der Schritte (b) und (c), um wenigstens ein Objekt (620) zu bilden.