DE102018114715A1

DE102018114715A1 - Laserschockstrahlen innerhalb eines additiven Fertigungsprozesses

Info

Publication number: DE102018114715A1
Application number: DE102018114715.5A
Authority: DE
Inventors: Scott Alan Gold
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2018-12-27
Also published as: CN109108283B; US10821519B2; CN109108283A; US20180369918A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Vorrichtungen für Laserschockstrahlen während Prozessen im Zuge einer generativen bzw. additiven Fertigung (additive manufacturing, AM). Diese Verfahren und Vorrichtungen können verwendet werden, um mikrostrukturelle und/oder physische Signaturen in gefertigte Objekte einzubetten, und diese eingebetteten chemischen Signaturen können in Fälschungsabwehrmaßnahmen und bei der Fertigung von Objekten aus mehreren Materialien Verwendung finden.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Laserschockstrahlen während Prozesse zur generativen bzw. additiven Fertigung (additive manufacturing, AM). Die meisten im Handel erhältlichen AM-Maschinen können verwendet werden, um Komponenten aus nur einem einzigen Material aufzubauen. Die Verfahren und Systeme der vorliegenden Offenbarung können verwendet werden, um dieses einzige Material während der Fertigung eines Objekts zu modifizieren, würden eine zusätzliche oder verbesserte Funktionalität vieler AM-Komponenten ermöglichen und eine Hinzufügung mikrostruktureller und/oder physischer Signaturen ermöglichen, während verschiedene Objekte hergestellt werden, einschließlich Komponenten mit polymerisierten inneren Kernabschnitten und gut definierten äußeren Oberflächen, und in Prozessen, in denen diese Komponenten verwendet werden.
HINTERGRUND
Additive Fertigungs(AM)- oder additive Druckprozesse beinhalten im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungsverfahren im Allgemeinen einen Aufbau bzw. eine Schichtung aus einem oder mehreren Materialien, um ein Objekt mit Endkontur oder endkonturnahes (near net shaping, NNS) Objekt herzustellen. Auch wenn „additive Fertigung“ ein Industrienormbegriff (ASTM F2792) ist, umfasst AM verschiedene Fertigungs- und Prototypenherstellungstechniken, die unter verschiedenen Namen bekannt sind, einschließlich Freiformherstellung, 3D-Drucken, schneller Prototypen-/Werkzeugherstellung usw. AM-Techniken sind in der Lage, komplexe Komponenten aus einer großen Vielfalt von Materialien herzustellen. Im Allgemeinen kann ein freistehendes Objekt aus einem Modell einer computerunterstützten Konstruktion (CAD) hergestellt werden. In einer bestimmten Art von AM-Prozess wird elektromagnetische Strahlung wie etwa ein Laserstrahl verwendet, um ein pulverisiertes Material zu schmelzen oder zu sintern, wodurch ein festes dreidimensionales Objekt erzeugt wird.
Ein Beispiel für eine Vorrichtung für AM, für die ein pulverisiertes Baumaterial verwendet wird, ist in 1 gezeigt. Die Vorrichtung 140 baut Objekte oder Abschnitte von Objekten, beispielsweise das Objekt 152, Schicht für Schicht auf durch Sintern oder Schmelzen eines Pulvermaterials (nicht gezeigt) unter Verwendung eines Energiestrahls 170, der durch eine Quelle 150 erzeugt wird, die beispielsweise ein Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls oder ein Filament, das Elektronen emittiert, wenn es von einem Strom durchflossen wird, sein kann. Das Pulver, das von dem Energiestrahl geschmolzen werden soll, wird aus einem Vorrat 156 geliefert und unter Verwendung eines Beschichterarms (Recoater-Arms) 146, der sich in einer Richtung 164 bewegt, gleichmäßig über einem Pulverbett 142 verteilt, um das Pulver auf einer Höhe 148 zu halten und überschüssiges Pulvermaterial, das über die Höhe 148 übersteht, in einen Abfallbehälter 158 zu entfernen. Der Energiestrahl 170 sintert oder schmilzt eine Querschnittsschicht des Objekts, während dieses aufgebaut wird, unter der Steuerung einer Bestrahlungsemissionslenkvorrichtung, wie etwa eines Laser-Galvoscanners 162. Der Galvoscanner 162 kann beispielsweise mehrere verstellbare Spiegel oder Scan-Linsen umfassen.
Die Abtastgeschwindigkeit des Energiestrahls ist ein kritischer steuerbarer Prozessparameter, der sich auf die Menge der Energie auswirkt, die an einen bestimmten Punkt abgegeben wird. Typische Energiestrahl-Abtastgeschwindigkeiten liegen in der Größenordnung von 10 bis 1000 Millimetern pro Sekunde. Die Bauplattform 144 wird abgesenkt, und eine andere Pulverschicht wird über das Pulverbett und das gerade aufgebaute Objekt verteilt, gefolgt von sukzessivem Schmelzen/Sintern des Pulvers durch den Laser 150. Das Pulver weist typischerweise eine Dicke von beispielsweise 10 bis 100 Mikrometern auf. Der Prozess wird wiederholt, bis das Objekt 152 aus geschmolzenem/gesintertem Pulvermaterial vollständig aufgebaut ist. Der Energiestrahl 170 kann von einem Computersystem, einschließlich eines Prozessors und eines Speichers (nicht gezeigt), gesteuert werden. Das Computersystem kann ein Abtastmuster für jede Schicht bestimmen und den Energiestrahl 170 steuern, um das Pulvermaterial gemäß dem Abtastmuster zu bestrahlen. Nachdem die Herstellung des Objekts 152 abgeschlossen ist, können verschiedene Nachbearbeitungsprozeduren auf das Objekt 152 angewendet werden. Nachbearbeitungsprozeduren schließen ein Entfernen von überschüssigem Pulver, beispielsweise durch Abblasen oder Absaugen, ein. Andere Nachbearbeitungsprozeduren schließen einen spannungsabbauenden Wärmebehandlungsprozess ein. Außerdem können thermische, chemische und mechanische Nachbearbeitungsprozeduren verwendet werden, um das Objekt 152 fertigzustellen.
Die meisten im Handel erhältlichen AM-Maschinen ermöglichen den Bau von Komponenten aus nur einem einzigen Komponentenmaterial. Zum Beispiel ermöglichen das Pulverbett 142 und der Pulvervorrat 156 des in 1 dargestellten Systems die Verwendung von nur einem Pulverrohmaterial für die Herstellung einer Komponente. Da die AM-Technologie schnelle Fortschritte macht, könnten exaktere Drucker und Modellierungswerkzeuge zu sinkenden Preisen verfügbar werden. Somit könnten preiswerte Replikate von Objekten den Markt überschwemmen, und solche Replikate könnten im Vergleich zu dem originalen, echten Teil von schlechterer Qualität sein. Jedoch könnte es sein, dass weder der Verbraucher noch der Hersteller Originale von Replikaten unterscheiden kann, wenn er das intakte Objekt einer einfachen visuellen Prüfung unterzieht. Daher wäre es von Vorteil, wenn man Teile während eines AM-Prozesses mikrostrukturell oder physisch, auf oder unter der Oberfläche, mit unterscheidbaren Signaturen markieren könnte, um Verbrauchern und Herstellern gleichermaßen dabei zu helfen, echte Originalteile von billigen, minderwertigen Replikaten zu unterscheiden.
KURZFASSUNG
Es folgt eine vereinfachte Zusammenfassung eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Offenbarung, um ein grundlegendes Verständnis dieser Aspekte zu ermöglichen. Diese Kurzfassung ist kein umfassender Überblick über sämtliche in Frage kommenden Aspekte und soll auch weder alle wichtigen oder wesentlichen Elemente sämtlicher Aspekte benennen noch den Bereich irgendwelcher oder aller Aspekte abgrenzen. Ihr Zweck ist die Darstellung einiger Konzepte eines oder mehrerer Aspekte in vereinfachter Form als Einleitung zur ausführlicheren Beschreibung, die dann folgt.
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Objekts, das umfasst: (a) Bestrahlen von zumindest einem Abschnitt einer bestimmten Schicht aus Baumaterial mit einer Energiequelle, um mindestens eine verfestigte Region zu bilden; (b) Bereitstellen einer folgenden Schicht aus Baumaterial; (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b), bis das Objekt gebildet ist; und (d) mindestens einen Schritt des Bestrahlens von mindestens einem Abschnitt der verfestigten Region, um die Dichte und/oder Mikrostruktur des verfestigten Materials mit minimalem Abtrag oder Schmelzen des verfestigten Materials zu modifizieren.
In manchen Aspekten kann Schritt (d) mindestens einen Schritt umfassen, in dem ein Einschlussmedium über dem mindestens einen Abschnitt der verfestigten Region, die bestrahlt werden soll, platziert wird. In manchen Aspekten kann Schritt (d) mindestens einen Schritt umfassen, in dem der mindestens eine Abschnitt der verfestigten Region durch ein Einschlussmedium hindurch bestrahlt wird. In manchen Aspekten kann das Verfahren ferner ein Entfernen des Einschlussmediums nach dem mindestens einen Schritt des Bestrahlens des mindestens einen Abschnitts der verfestigten Region durch das Einschlussmedium hindurch umfassen. In manchen Aspekten kann das Baumaterial ein pulverförmiges Material sein. In manchen Aspekten können die Bestrahlung in Schritt (a) und die Bestrahlung in Schritt (d) mit derselben Laserquelle ausgeführt werden. In manchen Aspekten können die Bestrahlung in Schritt (a) und die Bestrahlung in Schritt (d) mit unterschiedlichen Energiequellen ausgeführt werden. In manchen Aspekten kann die Bestrahlung in Schritt (a) mit einer Elektronenstrahlquelle erfolgen. In manchen Aspekten kann der mindestens eine Schritt des Bestrahlens des mindestens einen Abschnitts der verfestigten Region den mindestens einen Abschnitt der verfestigten Region modifizieren, um eine modifizierte verfestigte Region zu bilden, wobei sich die modifizierte verfestigte Region von der verfestigten Region auf eine oder mehrere der folgenden Arten unterscheiden kann: die modifizierte verfestigte Region ist für Röntgenstrahlen weniger durchlässig als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region ist für Radioaktivität weniger durchlässig als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region weist eine andere Dichte auf als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region weist eine andere Mikrostruktur auf als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region weist andere Eigenspannungen auf als die verfestigte Region; und die modifizierte verfestigte Region weist eine andere Absorptionsenergie auf als die verfestigte Region, wie sie durch Computertomographie(CT)-Abtastung gemessen wird. In manchen Aspekten kann die Mikrostruktur der modifizierten verfestigten Region einen Unterschied in der Kristallstruktur der Korngröße und/oder der Kornorientierung der verfestigten Region aufweisen. In manchen Aspekten kann die modifizierte verfestigte Region in einer Region des Objekts liegen, die für Ermüdung, Rissbildung und/oder andere mechanische Versagensweisen anfällig ist. In manchen Aspekten kann das Einschlussmedium aus Glas, Polymer, Quarz, mehrschichtigen Materialien und mit Flüssigkeit gefüllten Kapseln ausgewählt sein.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zur additiven Fertigung auf Metallbasis, die umfasst: eine Laserquelle; einen Pulverspender; einen Einschlussmediumspender; und eine Positionierungseinheit, um den Einschlussmediumspender in mindestens zwei Dimensionen zu verlagern.
In manchen Aspekten kann die Vorrichtung ferner einen Galvoscanner umfassen. In manchen Aspekten kann die Vorrichtung ferner einen Einschlussmediumspeicherbehälter umfassen. In manchen Aspekten kann das Pulver ein Metallpulver sein. In manchen Aspekten kann der Einschlussmediumspender an einem Beschichterarm befestigt sein. In manchen Aspekten kann der Einschlussmediumspender eingerichtet sein, um ein Einschlussmaterial auf eine Schicht aus verfestigtem Baumaterial auszugeben. In manchen Aspekten kann das Einschlussmedium aus Glas, Polymer, Quarz, mehrschichtigen Materialien und mit Flüssigkeit gefüllten Kapseln ausgewählt werden. In manchen Aspekten kann die Vorrichtung ferner eine Elektronenstrahlquelle umfassen. In manchen Aspekten kann die Vorrichtung ferner einen Beschichterarm umfassen, wobei der Einschlussmediumspender vorzugsweise nicht an dem Beschichterarm befestigt ist.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden durch eine Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung besser verständlich werden.
Figurenliste

1 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur AM gemäß herkömmlichen Verfahren.
2A zeigt eine schematische Skizze davon, wie ein Einschlussmedium gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über einem Abschnitt einer verfestigten Region eines Objekts platziert wird.
2B zeigt eine schematische Skizze davon, wie ein Abschnitt einer verfestigten Region eines Objekts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch ein Einschlussmedium hindurch bestrahlt wird.
2C zeigt eine schematische Skizze davon, wie das Einschlussmedium nach der durch das Einschlussmedium hindurch vorgenommenen Bestrahlung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt wird.
2D zeigt eine schematische Skizze davon, wie eine folgende Schicht aus Baumaterial über der verfestigten Schicht, die ausgebildet wurde wie in 2B gezeigt, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgebracht und bestrahlt wird.
2E ist ein Beispiel für eine Spendereinheit zur Verwendung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3A zeigt eine schematische Skizze davon, wie ein Einschlussmedium von einer separaten Positionierungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über einem Abschnitt einer verfestigten Region eines Objekts platziert wird.
3B zeigt eine schematische Skizze davon, wie ein Abschnitt einer verfestigten Region eines Objekts durch ein von einer separaten Positionierungseinheit platziertes Einschlussmedium hindurch gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bestrahlt wird.
3C zeigt eine schematische Skizze davon, wie das Einschlussmedium nach der durch das Einschlussmedium hindurch vorgenommenen Bestrahlung von einer separaten Positionierungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entfernt wird.
3D zeigt eine schematische Skizze davon, wie eine folgende Schicht aus Baumaterial über der verfestigten Schicht, die ausgebildet wurde wie in 2D gezeigt, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgebracht und verfestigt wird.
3E ist ein alternatives Beispiel für eine Spendereinheit zur Verwendung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung soll in Verbindung mit den beigefügten Ansprüchen als Beschreibung verschiedener Konfigurationen dienen und soll nicht die einzigen Konfigurationen darstellen, mit denen die hierin beschriebenen Ideen in die Praxis umgesetzt werden können. Die ausführliche Beschreibung schließt konkrete Einzelheiten für den Zweck ein, ein gründliches Verstehen verschiedener Ideen zu ermöglichen. Jedoch wird ein Fachmann verstehen, dass diese Ideen auch ohne diese konkreten Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden können. In manchen Fällen sind bekannte Komponenten in Blockdiagrammform gezeigt, um die Verunklarung dieser Ideen zu vermeiden.
Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Vorrichtungen für Laserschockstrahlen (laser shock peening, LSP) während generativer bzw. additiver Fertigungs(AM)-Prozesse. LSP kann während AM-Prozessen verwendet werden, um während der Fertigung mikrostrukturelle und/oder physische Signaturen hinzuzufügen, wodurch der Prozess der Unterscheidung zwischen originalen Produkten und Kopien, die von schlechterer Qualität sein können, zu erleichtern.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird LSP verwendet, um einen Abschnitt einer oder mehrerer Schichten eines Objekts zu modifizieren, das Schicht um Schicht anhand eines AM-Prozesses aufgebaut wird. Die Modifikation kann auf einer kurz zuvor verfestigten Schicht oder Komponentenschicht stattfinden. Die Komponentenschicht kann die erste Schicht, die letzte Schicht oder eine Zwischenschicht des Objekts sein, das gerade aufgebaut wird. Jedoch könnte unter Verwendung von LSP nach dem Aufbauen der ersten Schicht, aber vor dem Aufbauen der letzten Schicht des Objekts durch AM eine kennzeichnende mikrostrukturelle und/oder physische Markierung unsichtbar für potenzielle Nachahmer platziert werden, wodurch es für potenzielle Nachahmer schwieriger wird, Kopien des Objekts zu produzieren, und die Erkennung von Kopien oder Fälschungen leichter wird. Objekte, die auf solche Weise aufgebaut werden, mit inneren, aus LSP stammenden Markierungen, könnten vom Verbraucher, vom Hersteller oder einem Dritten durch Spektroskopie- oder Bildgebungsverfahren identifiziert werden. Alternativ dazu können die LSP-Verfahren der vorliegenden Offenbarung auch Objekte bilden, die aus einem einzigen Material aufgebaut sind, die aber unterschiedliche Materialeigenschaften zeigen, wobei LSP-Modifikationen Eigenschaften wie unter anderem höhere mechanische Festigkeit, höhere Korrosionsbeständigkeit und höhere elektrische Leitfähigkeit beisteuern.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird LSP mit einem Einschlussmedium verwendet. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird LSP ohne ein Einschlussmedium verwendet. Ohne sich an eine bestimmte Theorie binden zu wollen, kann ein Einschlussmedium dazu dienen, die durch Absorption eines ausreichend energetischen Laserstrahls entstehende Schockwelle einzuschließen und die Schockwelle zu zwingen, die Materialmikrostruktur zu verdichten, zu ändern, oder andere Änderungen im verfestigten Baumaterial zu bewirken, die an anderer Stelle in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind.
Wie hierin verwendet, ist ein Material „nicht durchlässig“ für Strahlung, wenn das Material einfallende Strahlung nicht durchlässt.
Wie hierin verwendet, bezeichnet „Strahlung“ Energie in Form von Wellen oder Teilchen, unter anderem Wärme, Funkwellen, sichtbares Licht, Röntgenstrahlen, Radioaktivität, akustische Strahlung und elektromagnetische Strahlung.
2A-2D und 3A-3D zeigen schematische Skizzen einer Vorrichtung zur Verwendung von LSP während AM gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Vorrichtung 240 mit einer Spendereinheit 280 ausgestattet sein. In einer ersten Ausführungsform kann die Spendereinheit 280 an einem Beschichtermechanismus (Recoater-Mechanismus), wie einem Beschichterarm 246 befestigt sein ( 2A). Nach der Ausbildung mindestens einer verfestigten Region aus Baumaterial während der Fertigung eines Objekts 252 bringt die Spendereinheit 280 ein Einschlussmedium 281 über zumindest einem Abschnitt 253 der verfestigten Region der zuletzt verfestigten oder verschmolzenen Schicht des Objekts 252 auf (siehe 2A).
Die Spendereinheit 280 bringt ein Einschlussmedium 281, bei dem es sich um eine transparente Trägheitsverdichtungs-/Plasmaeinschlussdeckschicht handelt, über zumindest einem Abschnitt einer oder mehrerer verfestigter Regionen einer kurz zuvor verfestigten oder verschmolzenen Schicht eines Baumaterials auf. Die Spendereinheit 280 kann verwendet werden, um ein beliebiges Einschlussmaterial, das sich zur Verwendung in Verbindung mit der Vorrichtung 240 und dem Baumaterial eignet, aufzubringen. Materialien, die zur Verwendung als Einschlussmaterialien oder Einschlussmedien geeignet sind, schließen unter anderem Glas, Polymer, Quarz, mehrschichtige Materialien oder mit Flüssigkeit gefüllte Kapseln ein. Die mehrschichtigen Materialien schließen zwei oder mehr Schichten aus (mindestens) einem Material ein, das zur Verwendung als Einschlussmaterial geeignet ist. Die mit Flüssigkeit gefüllten Kapseln können mit Flüssigkeiten gefüllt sein, die sich zur Verwendung als Einschlussmaterialien eignen, unter anderem mit Wasser, und die Wände der Kapseln können mindestens ein Material umfassen, das zur Verwendung als Einschlussmedium geeignet ist. In manchen Aspekten ist die Spendereinheit 280 ferner so konfiguriert, dass sie ein oder mehrere Einschlussmedien 281 speichert. In manchen Aspekten umfasst die Vorrichtung 240 ferner eine Einschlussmediumspeichereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens ein Einschlussmedium 281 speichert.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung beinhalten lokal begrenzte LSP für eine ortsspezifische Modifikation eines Baumaterials während AM, das Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bietet. Zum Beispiel ermöglicht lokalisierte LSP während AM die Einbettung von Wasserzeichen oder anderen physischen Markierungen unter der Oberfläche eines gefertigten Objekts 252. Außerdem können das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung die Maßnahmen zur Verhinderung von Fälschungen erleichtern.
In manchen Aspekten kann die Spendereinheit 280 verwendet werden, um verfestigtes Baumaterial im Objekt 252 mit erstrebenswerten Eigenschaften zu modifizieren, wie etwa zu Kennzeichnungs-, Identifikations- oder Fälschungsabwehrzwecken und in damit verbundenen Nachweisverfahren, oder um dem gefertigten Objekt erstrebenswerte Materialeigenschaften zu verleihen. In manchen Aspekten kann das modifizierte Material oder die modifizierte verfestigte Region für Röntgenstrahlen weniger durchlässig sein als das Baumaterial. In manchen Aspekten kann das verfestigte Material für Radioaktivität weniger durchlässig sein als das nichtmodifizierte verfestigte Baumaterial. Vorzugsweise unterscheidet sich das modifizierte Material vom additiven Baumaterial in einer oder mehreren physikochemischen Eigenschaften, für die eine Beispielsliste, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, in der folgenden Erörterung angegeben wird. In manchen Aspekten kann das modifizierte Material im verfestigten Zustand eine andere Dichte aufweisen als das Baumaterial. In manchen Aspekten weist das modifizierte Material im verfestigten Zustand eine höhere Dichte auf als das Baumaterial. In manchen Aspekten kann das modifizierte Material im verfestigten Zustand eine andere Ermüdungsfestigkeit aufweisen als das Baumaterial. In manchen Aspekten hat das modifizierte Material im verfestigten Zustand eine andere Rissbeständigkeit als das Baumaterial. In manchen Aspekten führt eine Modifizierung eines Abschnitts des verfestigten Baumaterials zu einer vorteilhaften Änderung des Eigenspannungsprofils der Komponente. Zum Beispiel kann eine LSP-Modifikation eines Abschnitts des verfestigten Baumaterials die Notwendigkeit für Stützstrukturen im Aufbau verringern, sowie die Notwendigkeit für Nachbearbeitungsmaßnahmen verringern und eine einfachere Herstellung vieler Arten von Strukturen ermöglichen. In manchen Aspekten hat das modifizierte Material eine höhere Korrosionsbeständigkeit als das Baumaterial. Außerdem kann sich das modifizierte Material im Vergleich zum additiven Baumaterial hinsichtlich zumindest einer der folgenden Eigenschaften unterscheiden: Infrarot(IR)-Emissionsvermögen, IR-Absorptionsvermögen oder -Reflexionsvermögen, Ultraviolett(UV)-Absorptionsvermögen oder -Reflexionsvermögen, sekundäres Röntgenstrahlenemissions-Energieprofil, Neutronenstreuungsprofil, Oberflächenenergie, Reibungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit. In manchen Aspekten hat das modifizierte Material eine andere Härte als das Baumaterial. In manchen Aspekten ist das modifizierte Material für Radioaktivität weniger durchlässig als die verfestigte Region. In manchen Aspekten ist das modifizierte Material für Radioaktivität weniger durchlässig als die verfestigte Region. In manchen Aspekten weist das modifizierte Material eine andere Absorptionsenergie auf als die verfestigte Region, wenn durch Computertomographie(CT)-Abtastung gemessen. In manchen Aspekten weist die modifizierte verfestigte Region eine andere Mikrostruktur auf als die verfestigte Region. Die mikrostrukturellen Änderungen können sich auf eine oder mehrere der folgenden auswirken: Kristallstruktur, Korngröße und Kornorientierung des unmodifizierten verfestigten Baumaterials. Gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung werden die Dichte und/oder Mikrostruktur mit minimaler Abtragung oder Schmelzung des verfestigten Materials modifiziert.
Wie hierin verwendet, bedeutet „minimale“ Abtragung oder Schmelzung des verfestigten Materials, dass nicht mehr als 10 % des verfestigen Materials durch Abtragung oder Schmelzung entfernt werden, während der Laser verwendet wird, um die Dichte und/oder Mikrostruktur des verfestigten Materials zu modifizieren. Vorzugsweise ist das Maß der Abtragung oder Schmelzung in diesem Schritt niedriger als das minimale Maß. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die Menge an abgetragenem Material nicht größer als 5 %, stärker bevorzugt nicht größer als 1 %, noch stärker bevorzugt nicht größer als 0,1 % ist, am stärksten bevorzugt werden nicht mehr als 0,01 % des verfestigten Materials abgetragen oder geschmolzen. Der Grad der Abtragung oder Schmelzung kann auf jede geeignete, dem Durchschnittsfachmann bekannte Art und Weise bestimmt werden, unter anderem durch Vergleichen der Fläche an festem Material innerhalb einer Schicht vor und nach der Bestrahlung des festen Materials, um dessen Dichte und/oder Mikrostruktur zu modifizieren.
In manchen Aspekten wird das Baumaterial durch LSP in einer einzigen Schicht modifiziert. In manchen Aspekten wird das Baumaterial durch LSP über mehreren Schichten modifiziert, um ein 3D-Kontrastbild zu erhalten.
Nachdem das Einschlussmedium 281 über der Region 253 aufgebracht wurde, wird die zuletzt verfestigte oder verschmolzene Schicht des Objekts 252, die Region 253 durch einen Energiestrahl 270 unter der Steuerung einer Bestrahlungsemissionslenkvorrichtung, wie eines Galvoscanners 262 (siehe 2B) bestrahlt. Der Galvoscanner 262 kann beispielsweise mehrere bewegliche Spiegel oder Scan-Linsen umfassen. Die Abtastgeschwindigkeit des Lasers ist ein kritischer steuerbarer Prozessparameter, der sich darauf auswirkt, wie lange die Laserleistung an einem bestimmten Punkt angelegt wird. Typische Laser-Abtastgeschwindigkeiten liegen in der Größenordnung von 10 bis 1000 Millimeter pro Sekunde. Der Energiestrahl 270 dringt durch das Einschlussmedium 281, wodurch ein unter hohem Druck stehendes eingeschlossenes Plasma erzeugt wird und Schockwellen in die Region 253 geschickt werden, wodurch eine modifizierte Region 253' erzeugt wird (siehe 2B). Das Plasma und die Schockwellen können ferner in manchen Aspekten durch die Verwendung einer lichtundurchlässigen ablativen Schicht zwischen dem Einschlussmedium 281 und der Region 253 eingeschlossen werden. Die Schockwellen können die Region 253 in einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften modifizieren: Dichte, Ermüdungsfestigkeit, Rissbeständigkeit, Härte, Eigenspannung und Anfälligkeit für andere mechanische Versagensweisen. Vorzugsweise verbessern oder verstärken die Schockwellen die Region 253 hinsichtlich einer oder mehrerer der folgenden Eigenschaften: Dichte, Ermüdungsfestigkeit, Eigenspannung, Rissbeständigkeit und Härte und/oder verringert die Anfälligkeit für andere mechanische Versagensweisen.
In manchen Aspekten liegt die modifizierte verfestigte Region in einer Region des Objekts, die für Ermüdung, Rissbildung oder andere mechanische Versagensweisen anfällig ist. Die Anfälligkeit des fertigen Objekts oder Teils für mechanisches Versagen kann vom Design und/oder der jeweiligen Verwendung abhängen. Zum Beispiel kann ein Abschnitt des Teils eine Last an einem Verbrennungsmotor tragen, unter anderem als Tragstrebe oder Bolzenbefestigung. Ein anderer Abschnitt desselben Objekts oder eines Teils davon kann minimaler mechanischer Belastung unterworfen sein (z.B. eine Kühlstrecke). In manchen Aspekten wären die Abschnitte des Teils, die tragend sind oder besonderen Spannungen unterworfen sind, die behandelten Bereiche. Herkömmliche LSP kann als Nachbearbeitungsmaßnahme an Bereichen von Teilen angewendet werden, die mehr als andere hohen Spannungen und mechanischem Versagen unterworfen sind, um die Lebensdauer von Objekten zu verbessern. Als weiteres Beispiel können Spannungen als Teil des Aufbauprozesses entstehen. Zum Beispiel bauen sich Eigenspannungen während des additiven Prozesses auf und können zu einer Verzerrung oder sogar einem Reißen von Teilen während des Aufbaus, während der Nachbearbeitung oder bei der Verwendung führen. In manchen Aspekten kann die Verwendung verschiedener Arten von Unterstützungsstrukturen, um das Teil an Ort und Stelle aufzubauen, statt des Aufbaus, der mit thermischen Nachbehandlungen kombiniert wird, solche Eigenspannungen abbauen. Die Methode der vorliegenden Offenbarung, wo LSP während der Fertigung durchgeführt wird, kann einen zusätzlichen Mechanismus bereitstellen, um solche Eigenspannungen abzubauen.
Wie der Fachmann weiß, kann die Energiequelle Strahlung bei jeder Wellenlänge, die zur Verwendung in additiven Druckverfahren geeignet sind, emittieren. In manchen Aspekten kann die Energiequelle ein Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls sein. In manchen Aspekten kann die Energiequelle eine Elektronenstrahlquelle sein, wie etwa ein Filament, das Elektronen emittiert, wenn ein Strom durch sie hindurch fließt. In manchen Aspekten wird eine einzige Energiequelle verwendet, um zumindest einen bestimmten Abschnitt einer bestimmten Schicht von Baumaterial zu bestrahlen, um mindestens eine verfestigte Region zu bilden und um mindestens eine Region der verfestigten Region durch ein Einschlussmedium hindurch zu bestrahlen, um ein modifiziertes verfestigtes Material zu bilden. In manchen Aspekten ist die einzige Energiequelle eine Laserquelle. In anderen Aspekten werden andere Energiequellen verwendet, um zumindest einen Abschnitt einer bestimmten Schicht von Baumaterial zu bestrahlen, um mindestens eine verfestigte Region zu bilden und um mindestens eine Region der verfestigten Region durch ein Einschlussmedium hindurch zu bestrahlen, um ein modifiziertes verfestigtes Material zu bilden. In manchen dieser Aspekte können beide Bestrahlungen mit einer Laserquelle durchgeführt werden. In anderen solchen Aspekten kann eine Bestrahlung mit einer Laserquelle und die andere mit einer Elektronenstrahlquelle vorgenommen werden, wobei die Elektronenstrahlquelle optional unter Verwendung eines oder mehrerer Magnete fokussiert wird. In noch anderen solchen Aspekten können beide Bestrahlungen mit einer Elektronenstrahlquelle vorgenommen werden, die optional unter Verwendung eines oder mehrerer Magnete fokussiert wird. In manchen Aspekten können die unterschiedlichen Energiequellen zwei separate Energiequellen sein, wie zwei Laserquellen, zwei Elektronenstrahlquellen, die jeweils unabhängig voneinander optional unter Verwendung eines oder mehrerer Magnete fokussiert werden, oder eine Laserquelle und eine Elektronenstrahlquelle, wobei die Elektronenstrahlquelle optional unter Verwendung eines oder mehrerer Magnete fokussiert wird. In anderen Aspekten können unterschiedliche Energiequellen aus einer einzigen Energiequelle (d.h. einer einzigen Laserquelle oder einer einzigen Elektronenstrahlquelle) unter Verwendung eines Splitters, optional mit separaten Galvoscannern, separaten Magneten oder anderer separater Optik, erzeugt werden.
Nach der Bestrahlung, um die modifizierte Region 253' zu bilden, kann das Einschlussmedium 281 auf jede geeignete Weise entfernt und entsorgt werden. In manchen Aspekten ist die Spendereinheit 280 ferner so konfiguriert, dass sie das Einschlussmedium 281 entfernt. In manchen Aspekten ist die Spendereinheit 280 ferner so konfiguriert, dass sie das Einschlussmedien 281 entfernt und entsorgt. In manchen Aspekten wird das Einschlussmedium 281 in einen Abfallbehälter 258 entsorgt (2C). In manchen Aspekten enthält die Vorrichtung 240 einen separaten Abfallbehälter für Einschlussmedien 281. In manchen Aspekten können Einschlussmedien 281 nach einer Bestrahlung, um die modifizierte Region 253' zu bilden, entfernt und entsorgt werden. In manchen Aspekten können Einschlussmedien 281 vor einer Bestrahlung, um die modifizierte Region 253' zu bilden, entfernt und entsorgt werden, beispielsweise wenn Einschlussmedium 281 falsch platziert worden ist.
Nach dem Entfernen des Einschlussmediums 281 nach dem Ausbilden der modifizierten Region 253' wird die Aufbauplatte 244 abgesenkt, und der Beschichterarm 246 verteilt eine folgende Schicht von Baumaterial über dem Pulverbett 242 und die zuletzt verfestigte Schicht des Objekts 252 (siehe 2D). In manchen Aspekten wird die folgende Schicht aus Baumaterial über der modifizierten Region 253' verteilt. In manchen Aspekten wird keine folgende Schicht aus Baumaterial über der modifizierten Region 253' verteilt. Der Energiestrahl 270 sintert oder schmilzt eine Querschnittsschicht des Objekts 252, das gerade aufgebaut wird, unter der Steuerung einer Bestrahlungsemissionslenkvorrichtung, wie etwa eines Galvoscanners 262. Die Bauplattform 244 wird abgesenkt, und eine andere Pulverschicht wird über das Pulverbett und das gerade aufgebaute Objekt verteilt, gefolgt von sukzessivem Schmelzen/Sintern des Pulvers durch den Laser 250. Das Pulver weist typischerweise eine Dicke von beispielsweise 10 bis 100 Mikrometern auf. Der Prozess wird wiederholt, bis das Objekt 252 aus geschmolzenem/gesintertem Pulvermaterial vollständig aufgebaut ist. Der Laser 250 kann von einem Computersystem (nicht gezeigt) gesteuert werden, das einen Prozessor und einen Speicher einschließt. Das Computersystem kann ein Abtastmuster für jede Schicht bestimmen und den Laser 250 steuern, um das Pulvermaterial gemäß dem Abtastmuster zu bestrahlen. Nachdem die Herstellung des Objekts 252 abgeschlossen ist, können verschiedene Nachbearbeitungsprozeduren auf das Objekt 252 angewendet werden. Nachbearbeitungsprozeduren schließen eine Entfernung von überschüssigem Pulver, beispielsweise durch Abblasen oder Absaugen, ein. Andere Nachbearbeitungsprozeduren schließen einen Spannungsabbauprozess ein. Außerdem können thermische und chemische Nachbearbeitungsprozeduren verwendet werden, um das Objekt 252 fertigzustellen.
Wie in 2A-2D gezeigt ist, kann die Spendereinheit 280 vorteilhafterweise an dem Beschichtermechanismus (z.B. dem Beschichterarm 246) befestigt sein, um eine zwei- oder dreidimensionale Verlagerung der Spendereinheit 280 um die Aufbauumgebung herum zu ermöglichen.
2E zeigt ein Beispiel für eine Spendereinheit 280, die an einem Beschichterarm 246 befestigt ist. Die normale Bewegung des Beschichterarms 246 ermöglicht eine Positionierung in einer Dimension (der Richtung 264 in 2A-2D) oder der Richtung, die vom Pfeil „Y“ in 2E) angegeben wird. Die Nutzung des Beschichterarms als Schiene in Verbindung mit einem Mechanismus, der eine Bewegung entlang der Schiene ermöglichen soll, ermöglicht eine Bewegung in einer zweiten Dimension (der Richtung, die vom Pfeil „X“ in 2E angegeben wird). In einer Ausführungsform ist dieser Mechanismus, der eine Bewegung ermöglicht, ein lineares Getriebe und ein Motor. In einer weiteren Ausführungsform ist dieser Mechanismus ein Motor, der am Beschichterarm 246 montiert ist, in Verbindung mit einem Zahnriemen, der an der Spendereinheit 280 befestigt ist. In einer weiteren Ausführungsform ist der Bewegungsmechanismus ein genuteter Elektromotor oder ein Maglev-Antrieb. Die Bewegung der Aufbauoberfläche ermöglicht eine Bewegung in einer dritten Dimension (der Richtung, die in 2E vom Pfeil „Z“ angegeben wird).
Ein Schlüsselaspekt ist die Notwendigkeit, dass das Einschlussmedium 281 einigermaßen in der Nähe der Aufbauoberfläche gehalten und/oder abgegeben wird. Der Grund dafür ist, dass es schwierig wäre, genau zu steuern, wo das Einschlussmedium 281 aufgebracht wird, wenn das Einschlussmedium 281 nicht ausreichend nahe an der Aufbauoberfläche eingeschlossen oder abgegeben wird. Es ist notwendig, dass das Einschlussmedium 281 in einem Abstand von nicht mehr als 2 cm, vorzugsweise 0,01-0,1 cm, von der Aufbauoberfläche abgegeben wird, um ausreichend nahe zu sein. Vorzugsweise wird das Einschlussmedium so ausgegeben, dass es mit der Aufbauoberfläche in Kontakt kommt. In anderen Aspekten wird das Einschlussmedium so ausgegeben, dass eine Lücke von nicht mehr als 0,1 mm zwischen dem Einschlussmedium und der Aufbauoberfläche bleibt. Die Lücke kann auf jede in der Technik bekannte Weise eingerichtet und/oder gemessen werden. Aus diesem Grund kann es von Vorteil sein, wenn der Beschichterarm 246 betätigbar ist, um die Spendereinheit 280 weiter in einer vertikalen Richtung (z.B. wie vom Pfeil „Z“ in 2E angegeben) zu verlagern und zu positionieren. Außerdem kann der Beschichterarm 246 (2E) in bestimmten Ausführungsformen betätigbar sein, um die Spendereinheit 280 in Richtung 264 (2A-2D) oder in der Richtung, die vom Pfeil „Y“ in 2E) angegeben wird, zu verlagern. Außerdem ermöglicht eine Verlagerung entlang der Länge des Beschichterarms 246 selbst (wie z.B. vom Pfeil „X“ in 2E angegeben wird) eine Verlagerung und Positionierung in einer zweiten Richtung. Wichtig ist, dass die Nähe der Spendereinheit 280 am Beschichterarm 246 zum Pulverbett 242 sicherstellt, dass die Spendereinheit 280 ausreichend nahe am Pulverbett 242 und der Aufbauoberfläche liegt. Eine Verlagerung entlang der Länge des Beschichterarms 246 kann unter Verwendung eines Antriebsmotors und eines linearen Getriebemechanismus, eines Antriebsmotors und eines Zahnriemens, eines genuteten Elektromotorantriebs oder eines Maglev(Magnetschwebe)-Antriebs erleichtert werden.
2E zeigt eine Nahansicht der Spendereinheit 280, die an einem Beschichterarm 246 befestigt ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In manchen Aspekten kann der Beschichterarm 246 eine Beschichterklinge 410 umfassen. In manchen Aspekten umfasst die Spendereinheit 280 eine Feder 411, einen Gleitkolben 412, einen Unterdruckkolben 413, eine oder mehrere Führungsschienen 414 und ein oder mehrere Einschlussmedien 281. Ein Einschlussmedium 281 wird über einen Gleitkolben 412 auf Führungsschienen 414 und einen Unterdruckkolben 413 geschoben. Der Unterdruckkolben 413 bringt dann Einschlussmedium 281 auf zumindest einen Abschnitt 253 einer oder mehrerer verschmolzener oder verfestigter Regionen der während der Fertigung des Objekts 252 zuletzt verfestigten oder verschmolzenen Schicht aus Baumaterial auf. In manchen Aspekten kann der Gleitkolben 412 mit einer Gasquelle gekoppelt sein, um das Schieben des Einschlussmediums 281 auf die Führungsschienen 414 und den Unterdruckkolben 413 (und eine Teilentlastung der Feder 411) zu erleichtern.
2E zeigt das Gehäuse 415, das nicht nur als Rahmen dient, um die Spendereinheit 280 mit der Feder 411, den Gleitkolben 412, den Unterdruckkolben 413 und die Führungsschienen 414 zu halten, sondern auch, um die Platzierung der Einschlussmedien 281, z.B. eines Stapels aus Glasplättchen, zu positionieren. Der Unterdruckkolben 413 und die Führungsschienen 414, die sich nach unten erstrecken (d.h. weg von der Feder 411 und hin zur Aufbauoberfläche), stellen sicher, dass das Einschlussmedium 281 auf der Aufbauoberfläche platziert wird. Die kleine Lücke, die zwischen der Unterseite der Führungsschienen 414 und der Aufbauoberfläche existiert, ermöglicht einen Abstand, der eine Verlagerung der Beschichterklinge 410 zulässt. Die vertikale Verlagerung der Spendereinheit 280 ermöglicht eine Entfernung von Einschlussmedien 281 von der Aufbauoberfläche.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Vorrichtung 240 mit einer Spendereinheit 280 ausgestattet sein. In einer zweiten Ausführungsform kann die Spendereinheit 280 an einer Positionierungseinheit wie etwa der Positionierungseinheit 283 (3A) befestigt sein, die von einem Beschichtermechanismus separat vorliegen kann. Die Positionierungseinheit 283 ist in 3E detaillierter gezeigt. Die in 3A gezeigte Pulverbettvorrichtung kann die gleichen Merkmale aufweisen wie die in 2A gezeigte. Alle Aspekte, die mit Bezug auf die am Beschichterarm 246 (2A-2D) befestigte Spendereinheit 280 beschrieben wurden, gelten ebenso für die Spendereinheit 280, die an der Positionierungseinheit 283 ( 3A-3D) befestigt ist. Nach der Ausbildung mindestens einer verfestigten Region aus Baumaterial während der Fertigung eines Objekts 252 bringt die Spendereinheit 280 ein Einschlussmedium 281 über zumindest einem Abschnitt 253 der verfestigten Region der zuletzt verfestigten oder verschmolzenen Schicht des Objekts 252 auf (siehe 3A).
Die Spendereinheit 280 bringt ein Einschlussmedium 281, bei dem es sich um eine transparente Trägheitsverdichtungs-/Plasmaeinschlussdeckschicht handelt, über zumindest einem Abschnitt einer oder mehrerer verfestigter Regionen einer kurz zuvor verfestigten oder verschmolzenen Schicht eines Baumaterials auf. Die Spendereinheit 280 kann verwendet werden, um ein beliebiges Einschlussmaterial, das sich zur Verwendung in Verbindung mit der Vorrichtung 240 und dem Baumaterial eignet, aufzubringen. Materialien, die zur Verwendung als Einschlussmaterialien oder Einschlussmedien geeignet sind, schließen unter anderem Glas, Polymer, Quarz, mehrschichtige Materialien und mit Flüssigkeit gefüllte Kapseln ein. Die mehrschichtigen Materialien schließen zwei oder mehr Schichten aus Materialien ein, das zur Verwendung als Einschlussmaterial geeignet ist. Die mit Flüssigkeit gefüllte Kapsel kann mit einer oder mit mehreren Flüssigkeiten gefüllt sein, unter anderem mit Wasser, und die Wände der Kapsel können mindestens ein Material umfassen, das zur Verwendung als Einschlussmaterial geeignet ist. In manchen Aspekten ist die Spendereinheit 280 ferner so konfiguriert, dass sie ein oder mehrere Einschlussmedien 281 speichert. In manchen Aspekten umfasst die Vorrichtung 240 ferner eine Einschlussmediumspeichereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens ein Einschlussmedium 281 speichert.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung beinhalten lokal begrenzte LSP für eine ortsspezifische Modifikation eines Baumaterials während AM, das Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bietet. Zum Beispiel ermöglicht örtlich begrenzte LSP während AM die Einbettung von Wasserzeichen oder anderen physischen Markierungen unter der Oberfläche eines gefertigten Objekts 252. Außerdem können das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung die Maßnahmen zur Verhinderung von Fälschungen erleichtern.
In manchen Aspekten kann die Spendereinheit 280 verwendet werden, um verfestigtes Baumaterial im Objekt 252 mit erstrebenswerten Eigenschaften zu modifizieren, wie etwa zu Kennzeichnungs-, Identifikations- oder Fälschungsabwehrzwecken und in damit verbundenen Nachweisverfahren, oder um dem gefertigten Objekt erstrebenswerte Materialeigenschaften zu verleihen. In manchen Aspekten kann das modifizierte Material oder die modifizierte verfestigte Region für Röntgenstrahlen weniger durchlässig sein als das Baumaterial. In manchen Aspekten kann das modifizierte Material für Radioaktivität weniger durchlässig sein als das nichtmodifizierte verfestigte Baumaterial. Vorzugsweise unterscheidet sich das modifizierte Material vom additiven Baumaterial in einer oder mehreren physikochemischen Eigenschaften, für die eine Beispielsliste, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, in der folgenden Erörterung angegeben wird. In manchen Aspekten kann das modifizierte Material im verfestigten Zustand eine andere Dichte aufweisen als das Baumaterial. In manchen Aspekten kann das modifizierte Material im verfestigten Zustand eine andere Ermüdungsfestigkeit aufweisen als das Baumaterial. In manchen Aspekten weist das modifizierte Material im verfestigten Zustand eine andere Rissbeständigkeit auf als das Baumaterial. In manchen Aspekten führt eine Modifizierung eines Abschnitts des verfestigten Baumaterials zu einer vorteilhaften Änderung des Eigenspannungsprofils der Komponente. Zum Beispiel kann eine LSP-Modifikation eines Abschnitts des verfestigten Baumaterials die Notwendigkeit für Stützstrukturen im Aufbau verringern, sowie die Notwendigkeit für Nachbearbeitungsmaßnahmen verringern und eine einfachere Herstellung vieler Arten von Strukturen ermöglichen. In manchen Aspekten hat das modifizierte Material eine höhere Korrosionsbeständigkeit als das Baumaterial. Außerdem kann sich das modifizierte Material im Vergleich zum additiven Baumaterial hinsichtlich zumindest einer der folgenden Eigenschaften unterscheiden: Infrarot(IR)-Emissionsvermögen, IR-Absorptionsvermögen oder -Reflexionsvermögen, Ultraviolett(UV)-Absorptionsvermögen oder -Reflexionsvermögen, sekundäres Röntgenstrahlenemissions-Energieprofil, Neutronenstreuungsprofil, Oberflächenenergie, Reibungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit. In manchen Aspekten hat das modifizierte Material eine andere Härte als das Baumaterial. In manchen Aspekten weist das modifizierte Material eine andere Absorptionsenergie auf als die verfestigte Region, wenn durch CT-Abtastung gemessen. In manchen Aspekten weist die modifizierte verfestigte Region eine andere Mikrostruktur auf als die verfestigte Region. Die mikrostrukturellen Änderungen können sich auf eine oder mehrere der folgenden auswirken: Kristallstruktur, Korngröße und Kornorientierung des unmodifizierten verfestigten Baumaterials.
In manchen Aspekten wird das Baumaterial durch LSP in einer einzigen Schicht modifiziert. In manchen Aspekten wird das Baumaterial durch LSP über mehreren Schichten modifiziert, um ein 3D-Kontrastbild zu erhalten.
Nachdem das Einschlussmedium 281 über der Region 253 aufgebracht wurde, wird die zuletzt verfestigte oder verschmolzene Schicht des Objekts 252, die Region 253 durch einen Energiestrahl 270 unter der Steuerung einer Bestrahlungsemissionslenkvorrichtung, wie eines Galvoscanners 262 (siehe 3B) bestrahlt. Der Galvoscanner 262 kann beispielsweise mehrere verstellbare Spiegel oder Scan-Linsen umfassen. Die Abtastgeschwindigkeit des Lasers ist ein kritischer steuerbarer Prozessparameter, der sich darauf auswirkt, wie lange die Laserleistung an einem bestimmten Punkt angelegt wird. Typische Laser-Abtastgeschwindigkeiten liegen in der Größenordnung von 10 bis 1000 Millimetern pro Sekunde. Der Energiestrahl 270 dringt durch das Einschlussmedium 281, wodurch ein unter hohem Druck stehendes eingeschlossenes Plasma erzeugt wird und Schockwellen in die Region 253 geschickt werden, wodurch eine modifizierte Region 253' erzeugt wird (siehe 3B). Das Plasma und die Schockwellen können ferner in manchen Aspekten durch die Verwendung einer lichtundurchlässigen ablativen Schicht zwischen dem Einschlussmedium 281 und der Region 253 eingeschlossen werden. Die Schockwellen können die Region 253 in einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften modifizieren: Dichte, Ermüdungsfestigkeit, Rissbeständigkeit, Härte, Eigenspannung und Anfälligkeit für andere mechanische Versagensweisen. Vorzugsweise verbessern oder verstärken die Schockwellen die Region 253 hinsichtlich einer oder mehrerer der folgenden Eigenschaften: Dichte, Ermüdungsfestigkeit, Eigenspannung, Rissbeständigkeit und Härte und/oder verringert die Anfälligkeit für andere mechanische Versagensweisen.
In manchen Aspekten liegt die modifizierte verfestigte Region in einer Region des Objekts, die für Ermüdung, Rissbildung oder andere mechanische Versagensweisen anfällig ist. Die Anfälligkeit des fertigen Objekts oder Teils für mechanisches Versagen kann vom Design und/oder der jeweiligen Verwendung abhängen. Zum Beispiel kann ein Abschnitt des Teils eine Last an einem Verbrennungsmotor tragen, unter anderem als Tragstrebe oder Bolzenbefestigung. Ein anderer Abschnitt desselben Objekts oder eines Teils davon kann minimaler mechanischer Belastung unterworfen sein (z.B. eine Kühlstrecke). In manchen Aspekten wären die Abschnitte des Teils, die tragend sind oder besonderen Spannungen unterworfen sind, die behandelten Bereiche. Herkömmliche LSP kann als Nachbearbeitungsschritt an Bereichen von Teilen angewendet werden, die am mehr als andere hohen Spannungen und mechanischem Versagen unterworfen sind, um die Lebensdauer von Objekten zu verbessern. Als weiteres Beispiel können Spannungen als Teil des Aufbauprozesses entstehen. Zum Beispiel bauen sich Eigenspannungen während des additiven Prozesses auf und können zu einer Verzerrung oder sogar einem Reißen von Teilen während des Aufbaus, während der Nachbearbeitung oder bei der Verwendung führen. In manchen Aspekten kann die Verwendung verschiedener Arten von Unterstützungsstrukturen, um das Teil an Ort und Stelle aufzubauen, statt des Aufbaus, der mit thermischen Nachbehandlungen kombiniert wird, solche Eigenspannungen abbauen. Die Methode der vorliegenden Offenbarung, wo LSP im Prozess durchgeführt wird, kann einen zusätzlichen Mechanismus bereitstellen, um solche Eigenspannungen abzubauen.
Wie der Fachmann weiß, kann die Energiequelle Strahlung bei jeder Wellenlänge, die zur Verwendung in additiven Druckverfahren geeignet sind, emittieren. In manchen Aspekten kann die Energiequelle ein Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls sein. In manchen Aspekten kann die Energiequelle eine Elektronenstrahlquelle sein, wie etwa ein Filament, das Elektronen emittiert, wenn ein Strom durch sie hindurch fließt. In manchen Aspekten werden andere Energiequelle verwendet, um zumindest einen Abschnitt einer bestimmten Schicht von Baumaterial zu bestrahlen, um mindestens eine verfestigte Region zu bilden und um mindestens eine Region der verfestigten Region durch ein Einschlussmedium hindurch zu bestrahlen, um ein modifiziertes verfestigtes Material zu bilden. In manchen dieser Aspekte können beide Bestrahlungen mit einer Laserquelle durchgeführt werden. In anderen solchen Aspekten kann eine Bestrahlung mit einer Laserquelle durchgeführt werden und die andere mit einer Elektronenstrahlquelle. In noch anderen solchen Aspekten können beide Bestrahlungen mit einer Elektronenstrahlquelle vorgenommen werden, die optional unter Verwendung eines oder mehrerer Magnete fokussiert wird. In manchen Aspekten können die unterschiedlichen Energiequellen zwei separate Energiequellen sein, wie zwei Laserquellen, zwei Elektronenstrahlquellen, die jeweils voneinander optional unter Verwendung eines oder mehrerer Magnete fokussiert werden, oder eine Laserquelle und eine Elektronenstrahlquelle, wobei die Elektronenstrahlquelle optional unter Verwendung eines oder mehrerer Magnete fokussiert wird. In anderen Aspekten können die unterschiedlichen Energiequellen aus einer einzigen Energiequelle (d.h. einer einzigen Laserquelle oder einer einzigen Elektronenstrahlquelle) unter Verwendung eines Splitters, optional mit separaten Galvoscannern, separaten Magneten oder anderer separater Optik, erzeugt werden.
Nach der Bestrahlung, um eine modifizierte Region 253' zu bilden, kann das Einschlussmedium 281 auf jede geeignete Weise entfernt und entsorgt werden. In manchen Aspekten ist die Spendereinheit 280 ferner so konfiguriert, dass sie das Einschlussmedium 281 entfernt. In manchen Aspekten ist die Spendereinheit 280 ferner so konfiguriert, dass sie das Einschlussmedien 281 entfernt und entsorgt. In manchen Aspekten wird das Einschlussmedium 281 in einen Abfallbehälter 258 entsorgt (3C). In manchen Aspekten enthält die Vorrichtung 240 einen separaten Abfallbehälter für Einschlussmedien 281. In manchen Aspekten können Einschlussmedien 281 nach einer Bestrahlung, um die modifizierte Region 253' zu bilden, entfernt und entsorgt werden. In manchen Aspekten können Einschlussmedien 281 vor einer Bestrahlung, um die modifizierte Region 253' zu bilden, entfernt und entsorgt werden, beispielsweise wenn Einschlussmedium 281 falsch platziert worden ist.
Nach dem Entfernen des Einschlussmediums 281 nach dem Ausbilden der modifizierten Region 253' wird die Aufbauplatte 244 abgesenkt, und der Beschichterarm 246 verteilt eine folgende Schicht von Baumaterial über dem Pulverbett 242 und die zuletzt verfestigte Schicht des Objekts 252 (siehe 3D). In manchen Aspekten wird die folgende Schicht aus Baumaterial über der modifizierten Region 253' verteilt. In manchen Aspekten wird keine folgende Schicht aus Baumaterial über der modifizierten Region 253' verteilt. Der Energiestrahl 270 sintert oder schmilzt eine Querschnittsschicht des Objekts 252, das gerade aufgebaut wird, unter der Steuerung einer Bestrahlungsemissionslenkvorrichtung, wie etwa eines Galvoscanners 262. Die Bauplattform 244 wird abgesenkt, und eine andere Pulverschicht wird über das Pulverbett und das gerade aufgebaute Objekt verteilt, gefolgt von sukzessivem Schmelzen/Sintern des Pulvers durch den Laser 250. Das Pulver weist typischerweise eine Dicke von beispielsweise 10 bis 100 Mikrometern auf. Der Prozess wird wiederholt, bis das Objekt 252 aus geschmolzenem/gesintertem Pulvermaterial vollständig aufgebaut ist. Der Laser 250 kann von einem Computersystem (nicht gezeigt) gesteuert werden, das einen Prozessor und einen Speicher einschließt. Das Computersystem kann ein Abtastmuster für jede Schicht bestimmen und den Laser 250 steuern, um das Pulvermaterial gemäß dem Abtastmuster zu bestrahlen. Nachdem die Herstellung des Objekts 252 abgeschlossen ist, können verschiedene Nachbearbeitungsprozeduren auf das Objekt 252 angewendet werden. Nachbearbeitungsprozeduren schließen eine Entfernung von überschüssigem Pulver, beispielsweise durch Abblasen oder Absaugen, ein. Andere Nachbearbeitungsprozeduren schließen einen Spannungsabbauprozess ein. Außerdem können thermische und chemische Nachbearbeitungsprozeduren verwendet werden, um das Objekt 252 fertigzustellen.
Wie in 3A-3D gezeigt ist, kann die Spendereinheit 280 vorteilhafterweise an einer Positionierungseinheit (z.B. der Positionierungseinheit 283) befestigt sein, um eine zwei- oder dreidimensionale Verlagerung der Spendereinheit 280 um die Aufbauumgebung herum zu ermöglichen.
3E zeigt ein Beispiel für eine Spendereinheit 280, die an einer Positionierungseinheit 283 befestigt ist. Die Positionierungseinheit 283 kann ein motorisierter Roboterarm sein, z.B. ein Roboterarm 283 von 3E, der vom Beschichterarm 246 separat vorliegt, und die Positionierungseinheit 283 ist vorzugsweise computergesteuert. In einem anderen Aspekt kann die Positionierungseinheit 283 eine Gantry, z.B. eine X-Y-Z-Gantry sein, wodurch mehrere Schienen oder Traversen, Zahnriemen, Antriebsspindeln und/oder eine kartesische Gantry verwendet werden kann bzw. können, um die Spendereinheit nahe am Pulverbett 242 zu positionieren. In noch anderen alternativen Aspekten kann die Positionierungseinheit 283 ein Delta-Roboter, ein Seilzugroboter, ein Riemenantrieb oder dergleichen sein. In manchen Aspekten ermöglicht die Bewegung der Spendereinheit 280 entlang einer Schiene 570 und/oder die Verwendung der Positionierungseinheit 283 als Schiene die Verlagerung und Positionierung der Spendereinheit 280 in einer Dimension (wie z.B. vom „X“-Pfeil in 3E angegeben wird), und eine Bewegung der Schiene 570 entlang von Seitenwänden 675 ermöglicht eine Verlagerung und Positionierung der Spendereinheit 280 in einer zweiten Dimension (wie z.B. von „Y“-Pfeil in 3E angegeben ist). Außerdem kann die Bewegung der Aufbauoberfläche in manchen Aspekten eine Verlagerung und Positionierung der Spendereinheit 280 in einer dritten Dimension (wie z.B. vom Pfeil „Z“ in 3E angegeben wird) ermöglichen.
Ein Schlüsselaspekt ist die Notwendigkeit, dass das Einschlussmedium 281 einigermaßen in der Nähe der Aufbauoberfläche gehalten und/oder abgegeben wird. Der Grund dafür ist, dass es eine genaue Steuerung der Stellen, wo das Einschlussmedium 281 aufgebracht wird, schwierig wäre, wenn das Einschlussmedium 281 nicht ausreichend nahe an der Aufbauoberfläche eingeschlossen oder abgegeben wird. Es ist notwendig, dass das Einschlussmedium 281 in einem Abstand von nicht mehr als 2 cm, vorzugsweise 0,01-0,1 cm, von der Aufbauoberfläche abgegeben wird, um ausreichend nahe zu sein. Vorzugsweise wird das Einschlussmedium so ausgegeben, dass es mit der Aufbauoberfläche in Kontakt kommt. In anderen Aspekten wird das Einschlussmedium so ausgegeben, dass eine Lücke von nicht mehr als 0,1 mm zwischen dem Einschlussmedium und der Aufbauoberfläche bleibt. Die Lücke kann auf jede in der Technik bekannte Weise eingerichtet und/oder gemessen werden. Aus diesem Grund kann es von Vorteil sein, wenn die Positionierungseinheit 283 in 3E betätigbar ist, um die Spendereinheit 280 weiter in einer vertikalen Richtung (z.B. wie vom Pfeil „Z“ in 3E angegeben) zu verlagern und zu positionieren. Außerdem kann die Positionierungseinheit 283 (3E) in bestimmten Ausführungsformen betätigbar sein, um die Spendereinheit 280 in Richtung 264 (3A-3D) oder in der Richtung, die vom Pfeil „Y“ in 3E) angegeben wird, zu verlagern. Außerdem ermöglicht eine Verlagerung entlang der Länge der Positionierungseinheit 283 selbst (wie z.B. vom Pfeil „X“ in 3E angegeben wird) eine Verlagerung und Positionierung in einer zweiten Richtung. Wichtig ist, dass die Nähe der Spendereinheit 280 an der Positionierungseinheit 283 zum Pulverbett 242 sicherstellt, dass die Spendereinheit 280 ausreichend nahe am Pulverbett 242 und der Aufbauoberfläche liegt. Eine Verlagerung entlang der Länge der Positionierungseinheit 283 kann unter Verwendung eines Antriebsmotors und eines linearen Getriebemechanismus, eines Antriebsmotors und eines Zahnriemens, eines genuteten Elektromotorantriebs oder eines Maglev(Magnetschwebe)-Antriebs erleichtert werden.
3E zeigt eine Nahansicht der Spendereinheit 280, die an einer Positionierungseinheit 283 befestigt ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In manchen Aspekten umfasst die Spendereinheit 280 eine Feder 511, einen Gleitkolben 512, einen Unterdruckkolben 513, eine oder mehrere Führungsschienen 514 und ein oder mehrere Einschlussmedien 281. Ein Einschlussmedium 281 wird über einen Gleitkolben 512 auf Führungsschienen 514 und einen Unterdruckkolben 513 geschoben. Der Unterdruckkolben 513 bringt dann Einschlussmedium 281 auf zumindest einen Abschnitt 253 einer oder mehrerer verschmolzener oder verfestigter Regionen der während der Fertigung des Objekts 252 zuletzt verfestigten oder verschmolzenen Schicht aus Baumaterial auf. In manchen Aspekten kann der Gleitkolben 512 mit einer Gasquelle gekoppelt sein, um das Schieben des Einschlussmediums 281 auf die Führungsschienen 514 und den Unterdruckkolben 513 (und eine Teilentlastung der Feder 511) zu erleichtern.
3E zeigt eine Nahansicht der Spendereinheit 280, die an einer Positionierungseinheit 283 befestigt ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die in 3E gezeigte Spendereinheit 280 kann die gleichen Merkmale aufweisen wie die in 2E gezeigte. Alle Aspekte, die mit Bezug auf die am Beschichterarm 246 (2E) befestigte Spendereinheit 280 beschrieben wurden, gelten ebenso für die Spendereinheit 280, die an der Positionierungseinheit 283 (3E) befestigt ist.
3E zeigt das Gehäuse 515, das nicht nur als Rahmen dient, um die Spendereinheit 280 mit der Feder 511, den Gleitkolben 512, den Unterdruckkolben 513 und die Führungsschienen 514 zu halten, sondern auch, um die Platzierung der Einschlussmedien 281, z.B. eines Stapels aus Glasplättchen, zu positionieren. Der Unterdruckkolben 513 und die Führungsschienen 514, die sich nach unten erstrecken (d.h. weg von der Feder 511 und hin zur Aufbauoberfläche), stellen sicher, dass das Einschlussmedium 281 auf der Aufbauoberfläche platziert wird. Die kleine Lücke, die zwischen der Unterseite der Führungsschienen 514 und der Aufbauoberfläche existiert, ermöglicht einen Abstand, der eine Verlagerung der Positionierungseinheit 283 zulässt. Die vertikale Verlagerung der Spendereinheit 280 ermöglicht eine Entfernung von Einschlussmedien 281 von der Aufbauoberfläche. Die zusätzliche vertikale Verlagerung, die in dieser Ausführungsform bereitgestellt wird, ist in Systemen mit absenkbaren Aufbauplatten (z.B. wie in 1 gezeigt), ebenso wie in Systemen mit einer stationären Aufbauplatte nützlich, unter anderem in denen, die in den folgenden Patentanmeldungen beschrieben sind:

US-Patentanmeldung Nr. 15/406,467 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Mobile Build Volume“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00059, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,454 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Mobile Scan Area“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00060, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,444 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Dynamically Grown Build Envelope“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00061, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,461 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Selective Recoater“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00062, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,471 mit dem Titel „Large Scale Additive Machine“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00071, eingereicht am 13. Januar 2017.

Die Offenbarungen dieser Anmeldungen sind durch Bezugnahme in ihrem vollen Umfang, soweit sie zusätzliche Aspekte der additiven Fertigungsverfahren und -vorrichtungen offenbaren, die in Verbindung mit den hierin offenbarten verwendet werden können, hierin eingeschlossen.
Die hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können mit jedem Baumaterial verwendet werden, das sich zur Verwendung mit additivem Drucken eignet, wie der Durchschnittsfachmann weiß. In manchen Aspekten ist das Baumaterial ein pulverisiertes Material. In manchen Aspekten ist das Baumaterial Cobaltchrom.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung können in Verbindung mit in der Technik bekannten additiven Druckverfahren verwendet werden, unter anderem mit direktem Laserschmelzen von Metall (DMLM), Stereolithographie (SLA), selektivem Laserschmelzen (SLM) und anderen auf Pulver basierenden Prozessen. In manchen Aspekten betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Objekts unter Verwendung von DMLM. In manchen Aspekten können die Verfahren und Systeme der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit DMLM-Verfahren verwendet werden, die das Aufbauen von mindestens einer Schicht einer Kammerwand, das Bereitstellen einer Pulverschicht innerhalb der mindestens einen Schicht einer Kammerwand durch Führen eines Beschichterarms über die Pulverschicht, das Bestrahlen der Pulverschicht, um eine verschmolzene Region zu bilden, und dann Wiederholungen, bis das Objekt innerhalb der Kammerwand ausgebildet ist, umfassen. Die folgenden Patentanmeldungen enthalten eine Offenbarung dieser verschiedenen Aspekte und ihrer Verwendung:
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,467 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Mobile Build Volume“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00059, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,454 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Mobile Scan Area“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00060, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,444 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Dynamically Grown Build Envelope“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00061, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,461 mit dem Titel „Additive Manufacturing Using a Selective Recoater“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00062, eingereicht am 13. Januar 2017.
US-Patentanmeldung Nr. 15/406,471 mit dem Titel „Large Scale Additive Machine“, Anwaltsaktenzeichen 037216.00071, eingereicht am 13. Januar 2017.
Die Offenbarungen dieser Anmeldungen sind durch Bezugnahme in ihrem vollen Umfang, soweit sie zusätzliche Aspekte der additiven Fertigungsverfahren und -vorrichtungen offenbaren, die in Verbindung mit den hierin offenbarten verwendet werden können, hierin eingeschlossen.
Die Beschreibung verwendet Beispiele, welche die Erfindung einschließlich der bevorzugten Ausführungsformen offenbaren und einen Fachmann in die Lage versetzen sollen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, was die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und die Durchführung etwaiger enthaltener Verfahren einschließt. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die einem Fachmann einfallen mögen. Diese Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortsinn der Ansprüche nur unwesentlich unterscheiden. Aspekte aus den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, ebenso wie andere bekannte Äquivalente solcher Aspekte können von einem Durchschnittsfachmann gemischt und kombiniert werden, um zusätzliche Ausführungsformen und Techniken gemäß Grundlagen dieser Anmeldung zu konstruieren.
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Vorrichtungen für Laserschockstrahlen während Prozessen im Zuge einer generativen bzw. additiven Fertigung (additive manufacturing, AM). Diese Verfahren und Vorrichtungen können verwendet werden, um mikrostrukturelle und/oder physische Signaturen in gefertigte Objekte einzubetten, und diese eingebetteten chemischen Signaturen können in Fälschungsabwehrmaßnahmen und bei der Fertigung von Objekten aus mehreren Materialien Verwendung finden.
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 [0050, 0054]
US 15406454 [0050, 0055]
US 15406444 [0050, 0056]
US 15406461 [0050, 0057]
US 15406471 [0050, 0058]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Objektes, das aufweist: (a) Bestrahlen von zumindest einem Abschnitt einer gegebenen Schicht aus Baumaterial mit einer Energiequelle (250), um mindestens eine verfestigte Region zu bilden; (b) Bereitstellen einer folgenden Schicht aus Baumaterial; (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b), bis das Objekt (252) gebildet ist; und (d) mindestens einen Schritt des Bestrahlens mindestens eines Abschnitts (253) der verfestigten Region, um die Dichte und/oder Mikrostruktur des verfestigten Materials mit minimaler Abtragung oder Schmelzung des verfestigten Materials zu modifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) mindestens einen Schritt des Platzierens eines Einschlussmediums (281) über dem mindestens einen Abschnitt (253) der verfestigten Region, die bestrahlt werden soll, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Baumaterial ein pulverförmiges Material ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Bestrahlen in Schritt (a) und das Bestrahlen in Schritt (d) mit derselben Laserquelle (250) ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Bestrahlen in Schritt (a) und das Bestrahlen in Schritt (d) mit unterschiedlichen Energiequellen (250) ausgeführt werden; und/oder wobei das Bestrahlen in Schritt (a) mit einer Elektronenstrahlquelle (250) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der mindestens eine Schritt des Bestrahlens des mindestens einen Abschnitts (253) der verfestigten Region den mindestens einen Abschnitt (253) der verfestigten Region modifiziert, um eine modifizierte verfestigte Region (253') zu bilden, wobei sich die modifizierte verfestigte Region (253') von der verfestigten Region auf eine oder mehrere der folgenden Arten unterscheidet: die modifizierte verfestigte Region (253') ist für Röntgenstrahlen weniger durchlässig als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region (253') ist für Radioaktivität weniger durchlässig als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region (253') weist eine andere Dichte auf als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region (253') weist eine andere Mikrostruktur auf als die verfestigte Region; die modifizierte verfestigte Region (253') weist andere Eigenspannungen auf als die verfestigte Region; und die modifizierte verfestigte Region (253') weist eine andere Absorptionsenergie auf als die verfestigte Region, wie durch Computertomographie(CT)-Abtastung gemessen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Mikrostruktur der modifizierten verfestigten Region (253') im Vergleich zu der Mikrostruktur der verfestigten Region einen Unterschied in der Kristallstruktur und/oder der Korngröße und/oder der Kornorientierung der verfestigten Region aufweist; und/oder wobei die modifizierte verfestigte Region (253') in einer Region des Objekts (252) liegt, die für Ermüdung, Rissbildung oder andere mechanische Versagensweisen anfällig ist.
Vorrichtung (240) zur metallbasierten additiven Fertigung, die aufweist: eine Laserquelle (250); einen Pulverspender (256); einen Einschlussmediumspender (280); und eine Positionierungseinheit, um den Einschlussmediumspender (280) in mindestens zwei Dimensionen zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Einschlussmediumspender (280) an einem Beschichterarm (246) befestigt ist; und/oder wobei der Einschlussmediumspender (280) eingerichtet ist, um ein Einschlussmedium (281) auf eine Schicht aus verfestigtem Baumaterial auszugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, die ferner aufweist: eine Elektronenstrahlquelle; und/oder einen Beschichterarm (246), wobei der Einschlussmediumspender (280) nicht an dem Beschichterarm (246) befestigt ist.