DE102019132440A1

DE102019132440A1 - Process for the additive manufacturing of a three-dimensional object

Info

Publication number: DE102019132440A1
Application number: DE102019132440.8A
Authority: DE
Inventors: Kirstin Riener; Florian Funcke; Uta Kühn
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines technischen Bauteils, weiter insbesondere eines an oder in einem Fahrzeug zu verbauenden Fahrzeugbauteils, wobei das herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem pulverförmigen Baumaterial aufgebaut wird, wobei als pulverförmiges Baumaterial eine Aluminiumlegierung verwendet wird, welche Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium als Hauptlegierungsbestandteile aufweist oder enthält.Method for the additive production of a three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle, the three-dimensional object to be produced being built up from a powdery building material by successive layer-wise selective solidification of building material layers, an aluminum alloy being the powdery building material is used, which has or contains iron and / or chromium and / or vanadium as main alloy components.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines technischen Bauteils, weiter insbesondere eines an oder in einem Fahrzeug zu verbauenden Fahrzeugbauteils, wobei das herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem pulverförmigen Baumaterial aufgebaut wird.The invention relates to a method for the additive production of a three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle, the three-dimensional object to be produced being built up from a powdery building material by successive layer-by-layer selective solidification of building material.

Entsprechende additive Verfahren sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen dem Grunde nach bekannt. Beispielhaft ist auf selektive Laserschmelzverfahren zu verweisen, in welchen dreidimensionale Objekte durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem vermittels eines Laserstrahls verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial aufgebaut werden.Corresponding additive methods are basically known from the prior art in a large number of different embodiments. As an example, reference should be made to selective laser melting processes in which three-dimensional objects are built up from a powdery building material that can be solidified by means of a laser beam by successively layer-wise selective solidification of building material layers.

Bekanntermaßen werden entsprechende additive Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt, um die Eigenschaften der jeweils herstellbaren bzw. herzustellenden dreidimensionalen Objekte zu verbessern. Entsprechende Weiterentwicklungsvorhaben zielen insbesondere darauf ab, die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der jeweils herstellbaren bzw. herzustellenden dreidimensionalen Objekte zu verbessern.As is known, corresponding additive methods are continuously developed in order to improve the properties of the three-dimensional objects that can be or are to be produced in each case. Corresponding further development projects aim in particular at improving the mechanical and / or thermal properties of the three-dimensional objects that can be or are to be produced in each case.

In diesem Zusammenhang sind Ansätze bekannt, die Eigenschaften der jeweils herstellbaren bzw. herzustellenden Bauteile über die Verwendung besonderer Baumaterialien positiv zu verbessern. Dies gilt insbesondere für die Verwendung von auf Leichtmetallen bzw. Leichtmetalllegierungen basierenden Baumaterialen, als diese ein besonders interessantes Anwendungs- bzw. Eigenschaftsspektrum versprechen.In this context, approaches are known to positively improve the properties of the components that can be or are to be manufactured in each case by using special building materials. This applies in particular to the use of construction materials based on light metals or light metal alloys, as these promise a particularly interesting range of applications and properties.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines technischen Bauteils, weiter insbesondere eines an oder in einem Fahrzeug zu verbauenden Fahrzeugbauteils, anzugeben, mit welchem sich dreidimensionale Objekte mit verbesserten Eigenschaften herstellen lassen.Starting from this, the invention is based on the object of specifying a method for the additive production of a three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle, with which three-dimensional objects with improved properties can be produced.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines technischen Bauteils, weiter insbesondere eines an oder in einem Fahrzeug zu verbauenden Fahrzeugbauteils, gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.The object is achieved by a method for the additive production of a three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle, according to claim 1. The dependent claims relate to possible embodiments of the method.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft sonach ein Verfahren zur additiven Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts. Bei einem verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekt kann es sich insbesondere um ein technisches Bauteil, weiter insbesondere um ein an oder in einem Fahrzeug zu verbauendes Fahrzeugbauteil handeln. Insbesondere kommen im bestimmungsgemäßen Betrieb mechanisch und/oder thermisch belastete Fahrzeugbauteile, wie z. B. Bestandteile einer Antriebseinrichtung bildende Antriebsbauteile, wie z. B. Lüfterräder einer Turboladereinrichtung, Bestandteile einer Fahrzeugkarosserie bildende Fahrzeugkarosseriebauteile, wie z. B. Fahrzeugkarosserieknoten, etc. in Betracht.A first aspect of the invention thus relates to a method for the additive production of at least one three-dimensional object. A three-dimensional object that can be produced in accordance with the method can in particular be a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle. In particular, mechanically and / or thermally stressed vehicle components such. B. components of a drive device forming drive components such. B. fan wheels of a turbocharger device, components of a vehicle body forming vehicle body components such. B. vehicle body nodes, etc. into consideration.

Verfahrensgemäß wird das wenigstens eine herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem pulverförmigen Baumaterial aufgebaut. Insbesondere wird das wenigstens eine herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Belichtung (Bestrahlung) und daraus resultierende Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem vermittels eines Energiestrahls verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial aufgebaut. Verfahrensgemäß erfolgt der aus der sukzessiven schichtweisen selektiven Verfestigung von Baumaterialschichten aus dem pulverförmigen Baumaterial resultierende additive Aufbau des wenigstens einen herzustellenden Objekts sonach insbesondere vermittels wenigstens eines Energiestrahls. Bei einem entsprechenden Energiestrahl kann es sich um einen Laserstrahl oder um einen Elektronstrahl handeln. Konkret kann das Verfahren sonach als selektives Lasersinterverfahren, selektives Laserschmelzverfahren oder selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren implementiert werden. Entsprechend kann zur Durchführung des Verfahrens konkret eine selektive Lasersintervorrichtung, eine selektive Laserschmelzvorrichtung oder eine selektive Elektronenstrahlschmelzvorrichtung eingesetzt werden. Grundsätzlich kann das Verfahren jedoch mit anderen pulver(bett)basierten additiven Herstellungsverfahren implementiert respektive mit anderen pulver(bett)basierten additiven Herstellungsvorrichtungen durchgeführt werden.According to the method, the at least one three-dimensional object to be produced is built up from a powdery building material by successively layer-wise selective solidification of building material layers. In particular, the at least one three-dimensional object to be produced is built up by successive layer-by-layer selective exposure (irradiation) and the solidification of building material layers resulting therefrom from a powdery building material that can be solidified by means of an energy beam. According to the method, the additive build-up of the at least one object to be manufactured, resulting from the successive layer-by-layer selective solidification of building material layers from the powdery building material, takes place in particular by means of at least one energy beam. A corresponding energy beam can be a laser beam or an electron beam. Specifically, the process can therefore be implemented as a selective laser sintering process, selective laser melting process or selective electron beam melting process. Correspondingly, a selective laser sintering device, a selective laser melting device or a selective electron beam melting device can specifically be used to carry out the method. In principle, however, the process can be implemented with other powder (bed) -based additive manufacturing processes or carried out with other powder (bed) -based additive manufacturing devices.

Das Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung eines besonderen Baumaterials aus, welches in besonderen Eigenschaften des oder der jeweilig herzustellenden dreidimensionalen Objekte resultiert. Wie erwähnt, wird verfahrensgemäß ein pulverförmiges Baumaterial verwendet. Das verfahrensgemäß verwendete Baumaterial ist sonach ein Baumaterialpulver.The method is characterized by the use of a special building material, which results in special properties of the three-dimensional object or objects to be produced. As mentioned, a powdery building material is used according to the method. The building material used according to the method is therefore a building material powder.

Die Besonderheit des verfahrensgemäß verwendeten Baumaterials besteht in seiner Zusammensetzung, d. h. insbesondere in seiner (gewichts)anteilsmäßigen chemischen Zusammensetzung. Das verfahrensgemäß verwendete Baumaterial ist eine auf Aluminium basierende Legierung, kurz eine Aluminiumlegierung, welche neben Aluminium als Matrix Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium als Hauptlegierungsbestandteile aufweist oder enthält. Die Bestandteile der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung sind sonach einerseits Aluminium als Matrix, welches typischerweise den größten (gewichts)anteilsmäßigen Anteil der Aluminiumlegierung bildet, und anderseits Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium als Hauptlegierungsbestandteile. Wie sich im Weiteren ergibt, weist die verfahrensgemäß als Baumaterial verwendete Aluminiumlegierung typischerweise weitere Legierungsbestandteile auf, welche aufgrund ihres im Vergleich geringeren (gewichts)anteilsmäßigen Anteils als Nebenlegierungsbestandteile bezeichnet bzw. erachtet werden können.The peculiarity of the construction material used in accordance with the process lies in its composition, i.e. in particular in its ( weight) proportional chemical composition. The construction material used according to the method is an aluminum-based alloy, in short an aluminum alloy, which, in addition to aluminum as a matrix, has or contains iron and / or chromium and / or vanadium as main alloy components. The components of the aluminum alloy used as a building material according to the method are on the one hand aluminum as a matrix, which typically forms the largest (weight) proportionate proportion of the aluminum alloy, and on the other hand iron and / or chromium and / or vanadium as the main alloy components. As can also be seen in the following, the aluminum alloy used as a building material according to the method typically has further alloy constituents which, due to their comparatively lower (weight) proportional share, can be referred to or regarded as secondary alloy constituents.

Die verfahrensgemäß verwendete Aluminiumlegierung weist sonach eine Aluminiummatrix und weitere in dieser enthaltene Legierungsbestandteile, welche nach ihrem jeweiligen gewichtsmäßigen Anteil in Haupt- und Nebenlegierungsbestandteile unterteilt werden können, auf. Entsprechende Hauptlegierungsbestandteile können sich dadurch auszeichnen, dass diese einen gewichtsmäßigen Anteil von größer oder gleich 5 Gew.-%, insbesondere größer oder gleich 6 Gew.-%, aufweisen oder enthalten. Entsprechende Nebenlegierungsbestandteile können sich dadurch auszeichnen, dass diese einen gewichtsmäßigen Anteil von kleiner oder gleich 5 Gew.-%, insbesondere kleiner oder gleich 4 Gew.-%, aufweisen oder enthalten. Grundsätzlich ist die anteilsmäßige Zusammensetzung der verfahrensgemäß verwendeten Aluminiumlegierung so gewählt, dass der gewichtsmäßige Anteil des Aluminiums und die Summe der jeweiligen gewichtsmäßigen Anteile des wenigstens einen Hauptlegierungsbestandteils und des wenigstens einen Nebenlegierungsbestandteils sich zu 100 Gew.-% addieren.The aluminum alloy used according to the method accordingly has an aluminum matrix and further alloy components contained in this, which can be divided into main and secondary alloy components according to their respective weight percentage. Corresponding main alloy components can be distinguished by the fact that they have or contain a proportion by weight of greater than or equal to 5% by weight, in particular greater than or equal to 6% by weight. Corresponding secondary alloy constituents can be distinguished by the fact that they have or contain a proportion by weight of less than or equal to 5% by weight, in particular less than or equal to 4% by weight. In principle, the proportional composition of the aluminum alloy used according to the method is selected so that the weight proportion of the aluminum and the sum of the respective weight proportions of the at least one main alloy component and the at least one secondary alloy component add up to 100% by weight.

Die (gewichts)anteilsmäßige Zusammensetzung der Aluminiumlegierung sind verfahrensgemäß sonach so gewählt, dass der gewichtsmäßige Anteil des Aluminiums und die Summe der jeweiligen gewichtsmäßigen Anteile des wenigstens einen Hauptlegierungsbestandteils und des wenigstens einen Nebenlegierungsbestandteils sich zu 100 Gew.-% addieren, wobei der wenigstens eine Hauptlegierungsbestandteil einen gewichtsmäßigen Anteil von mehr als 5 Gew.-% aufweist und der wenigstens eine Nebenlegierungsbestandteil einen gewichtsmäßigen Anteil von weniger als 5 Gew.-% aufweist oder enthält.The (weight) proportional composition of the aluminum alloy are selected according to the method so that the weight content of the aluminum and the sum of the respective weight proportions of the at least one main alloy component and the at least one secondary alloy component add up to 100% by weight, with the at least one main alloy component has a proportion by weight of more than 5% by weight and the at least one secondary alloy component has or contains a proportion by weight of less than 5% by weight.

Durch die besondere (gewichts)anteilsmäßige chemische Zusammensetzung der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung, d. h. die gezielte (gewichts)anteilsmäßige Auswahl bestimmter chemischer Elemente als Haupt- und Nebenlegierungsbestandteile, lässt sich ein Eigenschaftsprofil der Aluminiumlegierung realisieren, welches sich besonders für die Anwendung bzw. Verarbeitung in additiven Herstellungsverfahren eignet. Die (gewichts)anteilsmäßige chemische Zusammensetzung der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung ermöglicht im Zusammenhang mit deren verfahrensgemäßer Verwendung in einem additiven Herstellungsverfahren, in welchem diese besonders schnell aufgeschmolzen und insbesondere besonders schnell abgekühlt wird, - die verfahrensgemäß realisierbaren bzw. realisierten Abkühlraten können oberhalb 10⁴ K/s, gegebenenfalls sogar oberhalb 10⁵ K/s liegen - die Ausbildung einer besonders feinen Kornstruktur (Mikrostruktur), welche sich positiv auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionalen Objekte auswirkt. Insbesondere ist trotz der hohen Abkühlraten eine rissfreie Verarbeitung bzw. Herstellung dreidimensionaler Objekte realisierbar, was mit konventionellen Baumaterialien aufgrund der Ausbildung einer im Vergleich gröberen Kornstruktur typischerweise nicht möglich ist. Die rissfreie Verarbeitung stellt einen wesentlichen Aspekt für die besonderen Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionalen Objekte dar.Due to the special (weight) proportional chemical composition of the aluminum alloy used as a construction material according to the process, i.e. the specific (weight) proportional selection of certain chemical elements as main and secondary alloy components, a property profile of the aluminum alloy can be realized which is particularly suitable for the application or processing suitable in additive manufacturing processes. The (weight) proportional chemical composition of the aluminum alloy used as a construction material according to the method, in connection with its use according to the method in an additive manufacturing process, in which it is melted particularly quickly and in particular cooled particularly quickly, - the cooling rates that can be realized or realized according to the method can be above 10 ⁴ K / s, possibly even above 10 ⁵ K / s - the formation of a particularly fine grain structure (microstructure), which has a positive effect on the properties of the three-dimensional objects that can be or are manufactured according to the method. In particular, despite the high cooling rates, crack-free processing or production of three-dimensional objects can be achieved, which is typically not possible with conventional building materials due to the formation of a comparatively coarser grain structure. The crack-free processing represents an essential aspect for the special properties of the three-dimensional objects that can be or manufactured according to the method.

Die verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionalen Objekte zeichnen sich aufgrund der besonderen Zusammensetzung und der daraus resultierenden Eigenschaften der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung sonach durch besondere mechanische und thermische Eigenschaften aus.The three-dimensional objects that can be manufactured or manufactured according to the method are characterized by special mechanical and thermal properties due to the special composition and the properties resulting therefrom of the aluminum alloy used as a building material according to the method.

Insgesamt liegt damit ein verbessertes Verfahren zur additiven Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere eines technischen Bauteils, weiter insbesondere eines an oder in einem Fahrzeug zu verbauenden Fahrzeugbauteils, vor.Overall, there is thus an improved method for the additive production of at least one three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle.

Wie erwähnt, kann verfahrensgemäß eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche neben wenigstens einem Hauptlegierungsbestandteil wenigstens einen Nebenlegierungsbestandteil aufweist oder enthält. Die verfahrensgemäß als Baumaterial verwendete Aluminiumlegierung kann sonach wenigstens einen Hauptlegierungsbestandteil, d. h. Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium, und wenigstens einen Nebenlegierungsbestandteil aufweisen oder enthalten. Die Eigenschaften der Aluminiumlegierung und die Eigenschaften des im Rahmen des Verfahrens aus der Aluminiumlegierung herstellbaren dreidimensionalen Objekte lassen sich, wie erwähnt, durch die konkrete (gewichts)anteilsmäßige und chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung gezielt beeinflussen.As mentioned, according to the method, an aluminum alloy can be used which, in addition to at least one main alloy component, has or contains at least one secondary alloy component. The aluminum alloy used as a building material according to the method can accordingly have or contain at least one main alloy component, ie iron and / or chromium and / or vanadium, and at least one secondary alloy component. The properties of the aluminum alloy and the properties of the three-dimensional objects that can be produced from the aluminum alloy in the context of the method can be, as mentioned, through the specific (weight) proportional and affect the chemical composition of the aluminum alloy in a targeted manner.

Insbesondere kann verfahrensgemäß eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche als Nebenlegierungsbestandteil wenigstens ein keimbildendes chemisches Element aufweist oder enthält. Die verfahrensgemäß als Baumaterial verwendete Aluminiumlegierung kann sonach wenigstens ein keimbildendes chemisches Element als Nebenlegierungsbestandteil aufweisen oder enthalten. Durch die gezielte Zulegierung keimbildender chemischer Elemente kann die erwähnte feine Kornstruktur erreicht bzw. gewährleistet werden, welche sich, wie ebenso erwähnt, insbesondere unter dem Aspekt einer rissfreien Verarbeitung, positiv auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekte auswirkt. Entsprechende keimbildende chemische Elemente können mithin auch als kornfeinende chemische Elemente bezeichnet bzw. erachtet werden.In particular, according to the method, an aluminum alloy can be used which has or contains at least one nucleating chemical element as a secondary alloy component. The aluminum alloy used as a building material according to the method can accordingly have or contain at least one nucleating chemical element as a secondary alloy component. Through the targeted addition of nucleating chemical elements, the aforementioned fine grain structure can be achieved or guaranteed, which, as also mentioned, has a positive effect on the properties of the three-dimensional objects that can be manufactured according to the method, in particular under the aspect of crack-free processing. Corresponding nucleating chemical elements can therefore also be referred to or regarded as grain-refining chemical elements.

Weiter insbesondere kann verfahrensgemäß eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche wenigstens ein keimbildendes Element in Form von Scandium, Strontium, Titan oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil aufweist oder enthält. Die verfahrensgemäß als Baumaterial verwendete Aluminiumlegierung kann sonach Scandium und/oder Strontium und/oder Titan und/oder Zirkonium als wenigstens ein keimbildendes chemisches Element aufweisen oder enthalten. Bei diesen keimbildenden chemischen Elementen zeigte sich in Untersuchungen im „Gesamtverbund“ mit den die Matrix bzw. die Hauptlegierungsbestandteile bildenden chemischen Elementen, d. h. Aluminium und Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium, überraschenderweise besonders feine Kornstrukturen, sodass sich diese keimbildenden chemischen Elemente besonders für die additive Fertigung eignen.According to the method, more particularly, an aluminum alloy can be used which has or contains at least one nucleating element in the form of scandium, strontium, titanium or zirconium as a secondary alloy component. The aluminum alloy used as a building material according to the method can therefore have or contain scandium and / or strontium and / or titanium and / or zirconium as at least one nucleating chemical element. In the case of these nucleating chemical elements, investigations in the "overall composite" with the chemical elements forming the matrix or the main alloy components, i.e. H. Aluminum and iron and / or chromium and / or vanadium, surprisingly particularly fine grain structures, so that these nucleating chemical elements are particularly suitable for additive manufacturing.

Insbesondere kann verfahrensgemäß eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche als Nebenlegierungsbestandteil wenigstens ein mischkristallbildendes chemisches Element bzw. wenigstens ein ausscheidungsbildendes chemisches Element aufweist oder enthält. Die verfahrensgemäß als Baumaterial verwendete Aluminiumlegierung kann sonach wenigstens ein mischkristall- bzw. auscheidungsbildendes chemisches Element als Nebenlegierungsbestandteil aufweisen oder enthalten. Durch die gezielte Zulegierung mischkristall- bzw. auscheidungsbildender chemischer Elemente können Mischkristalle bzw. Ausscheidungen erzeugt werden, welche sich positiv auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekte auswirken.In particular, according to the method, an aluminum alloy can be used which has or contains at least one solid solution-forming chemical element or at least one precipitation-forming chemical element as a secondary alloy component. The aluminum alloy used as a building material according to the method can accordingly have or contain at least one solid solution or precipitate-forming chemical element as a secondary alloy component. Through the targeted addition of solid solution or precipitate-forming chemical elements, mixed crystals or precipitates can be generated which have a positive effect on the properties of the three-dimensional objects that can be produced according to the method.

Weiter insbesondere kann verfahrensgemäß eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche wenigstens ein mischkristall bildendes Element bzw. wenigstens ein ausscheidungsbildendes Element in Form von Magnesium und/oder Silicium als wenigstens ein mischkristall- bzw. auscheidungsbildendes Element aufweist oder enthält. Bei diesen keimbildenden chemischen Elementen zeigte sich in Untersuchungen im „Gesamtverbund“ mit den die Matrix bzw. die Hauptlegierungsbestandteile bildenden chemischen Elementen, d. h. Aluminium und Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium, überraschenderweise eine im Hinblick auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekte besonders günstige Ausbildung von Mischkristallen bzw. Ausscheidungen.Furthermore, in particular, an aluminum alloy can be used according to the method which has or contains at least one solid solution-forming element or at least one precipitation-forming element in the form of magnesium and / or silicon as at least one solid solution or precipitation-forming element. In the case of these nucleating chemical elements, investigations in the "overall composite" with the chemical elements forming the matrix or the main alloy components, i.e. H. Aluminum and iron and / or chromium and / or vanadium, surprisingly a particularly favorable formation of mixed crystals or precipitates with regard to the properties of the three-dimensional objects that can be produced according to the method.

Nachfolgend werden Beispiele für verfahrensgemäß verwendbare bzw. verwendete Aluminiumlegierungen gegeben:

Ein erstes Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist Aluminium als Matrix sowie Eisen als Hauptlegierungsbestandteil sowie Silicium und/oder Vanadium und/oder Magnesium und/oder Strontium und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Ein erstes Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist sonach Aluminium als Matrix, Eisen als Hauptlegierungsbestandteil sowie Silicium und/oder Vanadium und/oder Magnesium und/oder Strontium und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Dabei kann die Aluminiumlegierung Silicium, Vanadium, Magnesium Strontium und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteile mit gleichen oder ungleichen gewichtsmäßigen Anteilen aufweisen oder enthalten.

Examples of aluminum alloys that can be used or used in accordance with the process are given below:

A first example of an aluminum alloy that can be used or used in accordance with the method has aluminum as the matrix and iron as the main alloy component and silicon and / or vanadium and / or magnesium and / or strontium and / or zirconium as secondary alloy component (s). A first example of an aluminum alloy that can be used or used in accordance with the process therefore has aluminum as the matrix, iron as the main alloy component, and silicon and / or vanadium and / or magnesium and / or strontium and / or zirconium as the secondary alloy component (s). The aluminum alloy can have or contain silicon, vanadium, magnesium, strontium and / or zirconium as secondary alloy components with equal or unequal proportions by weight.

Eine konkrete Zusammensetzung der Aluminiumlegierung gemäß dem ersten Beispiel weist neben dem matrixbildenden Aluminium Eisen als Hauptlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 6 und 12 Gew.-%, insbesondere zwischen 8 und 10 Gew.-%, Vanadium als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,5 und 3 Gew.-%, insbesondere zwischen 1 und 2 Gew.-%, Silicium als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0 und 3 Gew.-%, insbesondere zwischen 1 und 2 Gew.-%, Magnesium als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0 und 3 Gew.-%, insbesondere von 2 Gew.-%, und Zirkonium als Nebenlegierungselement in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,1 und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,1 und 1 Gew.-%., auf, wobei sich die gewichtsmäßigen Anteile des Aluminiums, des Eisens, des Siliciums, des Vanadiums, des Magnesiums und des Zirkoniums zu 100 Gew.-% addieren. Selbstverständlich kann die Aluminiumlegierung gegebenenfalls einen (geringfügigen) Anteil an Verunreinigungen enthalten.A specific composition of the aluminum alloy according to the first example has, in addition to the matrix-forming aluminum, iron as the main alloy element in a proportion by weight between 6 and 12% by weight, in particular between 8 and 10% by weight, vanadium as a secondary alloy element in a proportion by weight between 0, 5 and 3% by weight, in particular between 1 and 2% by weight, silicon as a secondary alloy element in a weight percentage between 0 and 3% by weight, in particular between 1 and 2% by weight, magnesium as a secondary alloy element in a weight percentage Proportion between 0 and 3% by weight, in particular 2% by weight, and zirconium as a secondary alloy element in a proportion by weight between 0.1 and 2% by weight, in particular between 0.1 and 1% by weight., where the weight proportions of aluminum, iron, silicon, vanadium, magnesium and zirconium add up to 100% by weight. Of course, the aluminum alloy can optionally contain a (minor) amount of impurities.

Insbesondere ist folgende Zusammensetzung der Aluminiumlegierung denkbar: Eisen: 8,5 Gew.-% Vanadium: 1,3 Gew.-% Silicium: 1,7 Gew.-% Magnesium: 2,0 Gew.-% Zirkonium: 0,1 Gew.-% Aluminium (Matrix): Rest Summe: 100 Gew.-% In particular, the following composition of the aluminum alloy is conceivable: Iron: 8.5 wt% Vanadium: 1.3 wt% Silicon: 1.7 wt% Magnesium: 2.0 wt% Zirconium: 0.1 wt% Aluminum (matrix): rest Total: 100% by weight

Ein zweites Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist Aluminium als Matrix sowie Eisen als Hauptlegierungsbestandteil sowie Chrom und/oder Titan als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Ein zweites Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist sonach Aluminium als Matrix, Eisen als Hauptlegierungsbestandteile sowie Chrom und/oder Scandium und/oder Strontium und/oder Titan und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Dabei kann die Aluminiumlegierung Chrom und Scandium und Strontium und Titan und Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteile mit gleichen oder ungleichen gewichtsmäßigen Anteilen aufweisen oder enthalten.A second example of an aluminum alloy that can be used or used in accordance with the method has aluminum as the matrix and iron as the main alloy component and chromium and / or titanium as the secondary alloy component (s). A second example of an aluminum alloy that can be used or used in accordance with the process thus has aluminum as the matrix, iron as the main alloy constituents and chromium and / or scandium and / or strontium and / or titanium and / or zirconium as secondary alloy constituent (s). The aluminum alloy can have or contain chromium and scandium and strontium and titanium and zirconium as secondary alloy components with equal or unequal proportions by weight.

Eine konkrete Zusammensetzung der Aluminiumlegierung gemäß dem zweiten Beispiel weist neben dem matrixbildenden Aluminium Eisen als Hauptlegierungsbestandteil in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 6 und 12 Gew.-%, insbesondere zwischen 7 und 9 Gew.-%, Chrom als weiteren Hauptlegierungsbestandteile in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 4 und 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 6 und 8 Gew.-%, Titan als Nebenlegierungsbestandteil in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 4 und 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 5 und 6 Gew.-%, und Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,1 und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,1 und 1 Gew.-%., aufweist, wobei sich die gewichtsmäßigen Anteile des Aluminiums, des Eisens, des Chroms, des Titans und des Zirkoniums zu 100 Gew.-% addieren. Selbstverständlich kann die Aluminiumlegierung gegebenenfalls einen (geringfügigen) Anteil an Verunreinigungen enthalten.A specific composition of the aluminum alloy according to the second example has, in addition to the matrix-forming aluminum, iron as the main alloy component in a proportion by weight between 6 and 12% by weight, in particular between 7 and 9% by weight, chromium as further main alloy components in a proportion by weight between 4 and 10% by weight, in particular between 6 and 8% by weight, titanium as a minor alloy component in a proportion by weight between 4 and 10% by weight, in particular between 5 and 6% by weight, and zirconium as a minor alloy component in a proportion by weight Proportion between 0.1 and 2% by weight, in particular between 0.1 and 1% by weight., The proportions by weight of aluminum, iron, chromium, titanium and zirconium being 100% by weight. - add%. Of course, the aluminum alloy can optionally contain a (minor) amount of impurities.

Insbesondere ist folgende Zusammensetzung der Aluminiumlegierung denkbar: Eisen: 7,0 Gew.-% Chrom: 6,0 Gew.-% Titan: 5,0 Gew.-% Zirkonium: 0,1 Gew.-% Aluminium (Matrix): Rest Summe: 100 Gew.-% In particular, the following composition of the aluminum alloy is conceivable: Iron: 7.0 wt% Chrome: 6.0 wt% Titanium: 5.0% by weight Zirconium: 0.1 wt% Aluminum (matrix): rest Total: 100% by weight

Unabhängig von deren konkreter (gewichts)anteilsmäßiger chemischer Zusammensetzung kann die verfahrensgemäß verwendbare bzw. verwendete Aluminiumlegierung Baumaterialpartikel mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen 1 und 100 µm, insbesondere zwischen 10 und 90 µm, weiter insbesondere zwischen 15 und 80 µm, weiter insbesondere zwischen 20 und 70µm, weiter insbesondere zwischen 40 und 60 µm, aufweisen oder enthalten. Verfahrensgemäß kann sonach eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche eine Partikelgröße in einem Bereich zwischen 1 und 100 µm, insbesondere zwischen 10 und 90 µm, weiter insbesondere zwischen 15 und 80 µm, weiter insbesondere zwischen 20 und 70µm, weiter insbesondere zwischen 40 und 60 µm, aufweist. Eine konkrete beispielhafte Partikelgröße(nverteilung) der Aluminiumlegierung liegt in einem Bereich zwischen 20 und 63 µm. Der d₁₀-Wert kann dabei bei ca. 20 µm, der d₉₀-Wert bei 63 µm liegen. Entsprechende Partikelgrößen der (unverarbeitete) Aluminiumlegierung, d. h. des pulverförmigen Baumaterials (Rohmaterials), zeigten in Untersuchungen überraschenderweise besonders positive Eigenschaften im Hinblick auf Verarbeitbarkeit, d. h. insbesondere Aufzugverhalten zur Ausbildung jeweiliger selektiv zu verfestigender Baumaterialschichten sowie Aufschmelzverhalten.Regardless of their specific (weight) proportional chemical composition, the aluminum alloy that can be used or used according to the process can have a particle size in a range between 1 and 100 μm, in particular between 10 and 90 μm, further in particular between 15 and 80 μm, further in particular between 20 and 70 µm, more particularly between 40 and 60 µm, have or contain. According to the method, an aluminum alloy can therefore be used which has a particle size in a range between 1 and 100 µm, in particular between 10 and 90 µm, further in particular between 15 and 80 µm, further in particular between 20 and 70 µm, further in particular between 40 and 60 µm, having. A concrete exemplary particle size (distribution) of the aluminum alloy is in a range between 20 and 63 μm. The d ₁₀ value can be approx. 20 μm and the d ₉₀ value 63 μm. Corresponding particle sizes of the (unprocessed) aluminum alloy, ie the powdery building material (raw material), surprisingly showed particularly positive properties in terms of processability, ie in particular lifting behavior for the formation of the respective selectively solidified building material layers as well as melting behavior.

Die Morphologie der Baumaterialpartikel der Aluminiumlegierung kann rund oder rundlich sein. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Morphologien, wie z. B. längliche Morphologien, denkbar. Die Baumaterialpartikel der Aluminiumlegierung können mit (weitgehend) gleicher Morphologie vorliegen. Denkbar ist es jedoch auch, dass Baumaterialpartikel unterschiedlicher Morphologien vorliegen.The morphology of the building material particles of the aluminum alloy can be round or rounded. In principle, however, other morphologies, such as, for. B. elongated morphologies, conceivable. The construction material particles of the aluminum alloy can be present with (largely) the same morphology. However, it is also conceivable that building material particles of different morphologies are present.

Ebenso unabhängig von deren konkreter (gewichts)anteilsmäßiger chemischer Zusammensetzung kann die verfahrensgemäß verwendbare bzw. verwendete Aluminiumlegierung einen Schmelzpunkt oberhalb 600°C, insbesondere oberhalb 615°C, weiter insbesondere oberhalb 630°C, weiter insbesondere oberhalb 635°C, aufweisen oder enthalten. Der Schmelzpunkt der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung kann sonach oberhalb 600°C, insbesondere oberhalb 615°C, weiter insbesondere oberhalb 630°C, weiter insbesondere oberhalb 635°C, liegen. Die Aluminiumlegierung erfordert hohe Abkühlraten, welche, wie erläutert, prozessbedingt zu einer feinen Kornstruktur führen, welche wiederum in besonderen Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionale Objekte resultieren. Die hohen Abkühlraten sind zudem vorteilhaft, um unerwünschte grobe und unvorteilhafte Ausformung intermetallischer Phasen zu unterbinden.Also regardless of their specific (weight) proportional chemical composition, the aluminum alloy that can be used or used according to the process can have or contain a melting point above 600 ° C, in particular above 615 ° C, further in particular above 630 ° C, further in particular above 635 ° C. The melting point of the aluminum alloy used as a building material according to the method can therefore be above 600 ° C., in particular above 615 ° C., further in particular above 630 ° C., further in particular above 635 ° C. The aluminum alloy requires high cooling rates, which, as explained, lead to a fine grain structure due to the process, which in turn results in special properties of the three-dimensional objects that can be produced according to the process. The high cooling rates are also beneficial to avoid unwanted coarse and to prevent unfavorable formation of intermetallic phases.

Verfahrensgemäß kann wenigstens eine Maßnahme zur thermischen Nachbehandlung eines additiv hergestellten Objekts durchgeführt werden. Bei einer entsprechenden Maßnahme kann es sich z. B. um eine duktilitätssteigernde Wärmebehandlung, wie z. B. ein Spannungsarmglühen, handeln. Mit anderen Worten kann ein verfahrensgemäß additiv hergestelltes dreidimensionales Objekt, insbesondere nach dessen additivem Aufbau, für eine bestimmte Zeit unter bestimmten chemischen und/oder physikalischen Bedingungen, d. h. insbesondere in einer bestimmten thermischen Umgebung, ausgelagert werden, um die Eigenschaften des Objekts gezielt zu beeinflussen.According to the method, at least one measure for the thermal aftertreatment of an additively manufactured object can be carried out. With an appropriate measure, it can be, for. B. to a ductility-increasing heat treatment, such. B. stress relieving, act. In other words, a three-dimensional object produced additively according to the method, in particular after its additive construction, can be used for a certain time under certain chemical and / or physical conditions, i.e. H. in particular in a certain thermal environment, in order to influence the properties of the object in a targeted manner.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein dreidimensionales Objekt, insbesondere ein technisches Bauteil, weiter insbesondere ein an oder in einem Fahrzeug zu verbauendes Fahrzeugbauteil. Das dreidimensionale Objekt zeichnet sich dadurch aus, dass es in einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt ist. Das dreidimensionale Objekt ist sonach aus einer Aluminiumlegierung gebildet, welche Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium als Hauptlegierungsbestandteile aufweist oder enthält. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelten sonach analog für das dreidimensionale Objekt gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.A second aspect of the invention relates to a three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle. The three-dimensional object is characterized in that it is produced in a method according to the first aspect of the invention. The three-dimensional object is therefore formed from an aluminum alloy which has or contains iron and / or chromium and / or vanadium as main alloy components. All statements in connection with the method according to the first aspect of the invention therefore apply analogously to the three-dimensional object according to the second aspect of the invention.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Baumaterial zur Verwendung in einem Verfahren zur additiven Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts, wobei das herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung des Baumaterials aufgebaut wird. Das Baumaterial zeichnet sich dadurch aus, dass es durch eine Aluminiumlegierung, welche Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium als Hauptlegierungsbestandteile aufweist, gebildet ist oder eine solche umfasst. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelten sonach analog für das Baumaterial gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.A third aspect of the invention relates to a building material for use in a method for the additive manufacture of at least one three-dimensional object, the three-dimensional object to be manufactured being built up by successively layer-wise selective solidification of the building material. The building material is characterized in that it is formed by or comprises an aluminum alloy, which has iron and / or chromium and / or vanadium as main alloy components. All statements in connection with the method according to the first aspect of the invention therefore apply analogously to the building material according to the third aspect of the invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. ein Flussdiagram zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.The invention is explained in more detail by means of exemplary embodiments in the drawings. The single FIGURE shows a flow diagram to illustrate a method according to an exemplary embodiment.

Die einzige Fig. zeigt ein Flussdiagram zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.The single FIGURE shows a flow diagram to illustrate a method according to an exemplary embodiment.

Das Verfahren ist ein Verfahren zur additiven Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts (additives Herstellungsverfahren). Bei einem verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekt kann es sich insbesondere um ein technisches Bauteil, weiter insbesondere um ein an oder in einem Fahrzeug zu verbauendes Fahrzeugbauteil handeln. Insbesondere kommen im bestimmungsgemäßen Betrieb mechanisch und/oder thermisch belastete Fahrzeugbauteile, wie z. B. Bestandteile einer Antriebseinrichtung bildende Antriebsbauteile, Bestandteile einer Fahrzeugkarosserie bildende Fahrzeugkarosseriebauteile, etc. in Betracht.The method is a method for the additive manufacturing of at least one three-dimensional object (additive manufacturing method). A three-dimensional object that can be produced in accordance with the method can in particular be a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle. In particular, mechanically and / or thermally stressed vehicle components such. B. components of a drive device forming drive components, components of a vehicle body forming vehicle body components, etc. into consideration.

Verfahrensgemäß wird das jeweils herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem pulverförmigen Baumaterial aufgebaut. Insbesondere wird das jeweils herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Belichtung (Bestrahlung) und daraus resultierende Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem vermittels eines Energiestrahls verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial aufgebaut. Verfahrensgemäß erfolgt der aus der sukzessiven schichtweisen selektiven Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem pulverförmigen Baumaterial resultierende additive Aufbau des jeweils herzustellenden Objekts sonach insbesondere vermittels wenigstens eines Energiestrahls, d. h. insbesondere eines Laserstrahls oder eines Elektronstrahls. Konkret kann das Verfahren sonach als selektives Lasersinterverfahren, selektives Laserschmelzverfahren, oder selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren implementiert werden. Entsprechend kann zur Durchführung des Verfahrens konkret z. B. eine selektive Lasersintervorrichtung, eine selektive Laserschmelzvorrichtung oder eine selektive Elektronenstrahlschmelzvorrichtung eingesetzt werden.According to the method, the three-dimensional object to be produced in each case is built up by successively layer-by-layer selective solidification of building material layers from a powdery building material. In particular, the three-dimensional object to be produced in each case is built up by successive layer-by-layer selective exposure (irradiation) and the resulting solidification of building material layers from a powdery building material that can be solidified by means of an energy beam. According to the method, the additive build-up of the respective object to be manufactured, resulting from the successive layer-by-layer selective solidification of building material layers from a powdery building material, takes place in particular by means of at least one energy beam, i.e. H. in particular a laser beam or an electron beam. Specifically, the process can therefore be implemented as a selective laser sintering process, selective laser melting process, or selective electron beam melting process. Accordingly, to carry out the method specifically z. B. a selective laser sintering device, a selective laser melting device or a selective electron beam melting device can be used.

Verfahrensgemäß wird ein besonderes Baumaterial bzw. Baumaterialpulver verwendet, welches in besonderen Eigenschaften des jeweils herzustellenden Objekts resultiert. Die Besonderheit des verfahrensgemäß verwendeten Baumaterials besteht in seiner Zusammensetzung, d. h. insbesondere in seiner (gewichts)anteilsmäßigen chemischen Zusammensetzung. Das Baumaterial ist eine auf Aluminium basierende Legierung, kurz eine Aluminiumlegierung, welche neben Aluminium Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium als Hauptlegierungsbestandteile aufweist oder enthält. Die Hauptlegierungsbestandteile der Aluminiumlegierung sind sonach einerseits Aluminium, welches typischerweise den größten (gewichts)anteilsmäßigen Anteil der Aluminiumlegierung bildet, und anderseits Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium. Die Aluminiumlegierung weist typischerweise weitere Legierungsbestandteile auf, welche aufgrund ihrer im Vergleich geringeren (gewichts)anteilsmäßigen Anteile als Nebenlegierungsbestandteile bezeichnet bzw. erachtet werden können.According to the method, a special building material or building material powder is used, which results in special properties of the object to be produced in each case. The peculiarity of the building material used according to the method consists in its composition, ie in particular in its (weight) proportional chemical composition. The building material is an aluminum-based alloy, or an aluminum alloy for short, which, in addition to aluminum, has or contains iron and / or chromium and / or vanadium as main alloy components. The main alloy components of the aluminum alloy are on the one hand aluminum, which typically forms the largest (weight) proportionate proportion of the aluminum alloy, and on the other hand iron and / or chromium and / or vanadium. The aluminum alloy typically has further alloy components, which due to their comparatively lower (weight) proportional proportions than Secondary alloy components can be designated or considered.

Die Aluminiumlegierung weist sonach Aluminium als Matrix für weitere Legierungsbestandteile, welche nach ihrem jeweiligen gewichtsmäßigen Anteil in Haupt- und Nebenlegierungsbestandteile unterteilt werden können, auf. Entsprechende Hauptlegierungsbestandteile können sich dadurch auszeichnen, dass diese einen gewichtsmäßigen Anteil von größer oder gleich 5 Gew.-%, insbesondere größer oder gleich 6 Gew.-%, aufweisen oder enthalten. Entsprechende Nebenlegierungsbestandteile können sich dadurch auszeichnen, dass diese einen gewichtsmäßigen Anteil von kleiner oder gleich 5 Gew.-%, insbesondere kleiner oder gleich 4 Gew.-%, aufweisen oder enthalten. Grundsätzlich ist die anteilsmäßige Zusammensetzung der verfahrensgemäß verwendeten Aluminiumlegierung so gewählt, dass der gewichtsmäßige Anteil des Aluminiums und die Summe der jeweiligen gewichtsmäßigen Anteile des wenigstens einen Hauptlegierungsbestandteils und des wenigstens einen Nebenlegierungsbestandteils sich zu 100 Gew.-% addieren.The aluminum alloy therefore has aluminum as a matrix for further alloy components, which can be subdivided into main and secondary alloy components according to their respective weight percentage. Corresponding main alloy components can be distinguished by the fact that they have or contain a proportion by weight of greater than or equal to 5% by weight, in particular greater than or equal to 6% by weight. Corresponding secondary alloy constituents can be distinguished by the fact that they have or contain a proportion by weight of less than or equal to 5% by weight, in particular less than or equal to 4% by weight. In principle, the proportional composition of the aluminum alloy used according to the method is selected so that the weight proportion of the aluminum and the sum of the respective weight proportions of the at least one main alloy component and the at least one secondary alloy component add up to 100% by weight.

Durch die besondere (gewichts)anteilsmäßige chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung, d. h. die gezielte (gewichts)anteilsmäßige Auswahl bestimmter chemischer Elemente als Haupt- und Nebenlegierungsbestandteile, lässt sich ein Eigenschaftsprofil der Aluminiumlegierung realisieren, welches sich besonders für die Anwendung bzw. Verarbeitung in additiven Herstellungsverfahren eignet. Die (gewichts)anteilsmäßige chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung ermöglicht im Zusammenhang mit deren verfahrensgemäßer Verwendung in einem additiven Herstellungsverfahren, in welchem diese besonders schnell aufgeschmolzen und insbesondere besonders schnell abgekühlt wird, - die verfahrensgemäß realisierbaren bzw. realisierten Abkühlraten können oberhalb 10⁴ K/s, gegebenenfalls sogar oberhalb 10⁵ K/s liegen - die Ausbildung einer besonders feinen Kornstruktur (Mikrostruktur), welche sich positiv auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionalen Objekte auswirkt. Insbesondere ist trotz der verfahrensbedingt hohen Abkühlraten eine rissfreie Verarbeitung realisierbar, was mit konventionellen Baumaterialien aufgrund der Ausbildung einer im Vergleich gröberen Kornstruktur nicht in dieser Art möglich ist. Die rissfreie Verarbeitung stellt einen wesentlichen Aspekt für die besonderen Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionalen Objekte dar.Due to the special (weight) proportional chemical composition of the aluminum alloy, i.e. the targeted (weight) proportional selection of certain chemical elements as main and secondary alloy components, a property profile of the aluminum alloy can be realized which is particularly suitable for use or processing in additive manufacturing processes . The (weight) proportional chemical composition of the aluminum alloy in connection with its use in accordance with the process in an additive manufacturing process in which it is melted particularly quickly and in particular cooled particularly quickly, - the cooling rates that can be implemented or implemented according to the process can be above 10 ⁴ K / s, possibly even above 10 ⁵ K / s - the formation of a particularly fine grain structure (microstructure), which has a positive effect on the properties of the three-dimensional objects that can be manufactured or manufactured according to the method. In particular, despite the high cooling rates due to the process, crack-free processing can be achieved, which is not possible in this way with conventional building materials due to the formation of a comparatively coarser grain structure. The crack-free processing represents an essential aspect for the special properties of the three-dimensional objects that can be or manufactured according to the method.

Die verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekte zeichnen sich aufgrund der besonderen Zusammensetzung und der daraus resultierenden Eigenschaften der Aluminiumlegierung durch besondere mechanische und thermische Eigenschaften aus; es handelt sich um hochfeste dreidimensionale Objekte.The three-dimensional objects that can be produced according to the method are characterized by special mechanical and thermal properties due to the special composition and the resulting properties of the aluminum alloy; they are high-strength three-dimensional objects.

Die Aluminiumlegierung weist typischerweise wenigstens einen Hauptlegierungsbestandteil, d. h. Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium, sowie wenigstens einen Nebenlegierungsbestandteil auf.The aluminum alloy typically has at least one major alloy component, i. H. Iron and / or chromium and / or vanadium, as well as at least one secondary alloy component.

Die Aluminiumlegierung kann insbesondere wenigstens ein keimbildendes chemisches Element als Nebenlegierungsbestandteil aufweisen oder enthalten. Durch die gezielte Zulegierung keimbildender chemischer Elemente kann die erwähnte feine Kornstruktur erreicht bzw. gewährleistet werden, welche sich, insbesondere unter dem Aspekt einer rissfreien Verarbeitung, positiv auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionale Objekte auswirkt. Entsprechende keimbildende chemische Elemente können auch als kornfeinende chemische Elemente bezeichnet bzw. erachtet werden.The aluminum alloy can in particular have or contain at least one nucleating chemical element as a secondary alloy component. Through the targeted addition of nucleating chemical elements, the aforementioned fine grain structure can be achieved or guaranteed, which has a positive effect on the properties of the three-dimensional objects that can be manufactured or manufactured according to the method, in particular under the aspect of crack-free processing. Corresponding nucleating chemical elements can also be referred to or regarded as grain-refining chemical elements.

Die Aluminiumlegierung kann Scandium und/oder Strontium und/oder Titan und/oder Zirkonium als wenigstens ein keimbildendes chemisches Element aufweisen oder enthalten. Bei diesen keimbildenden chemischen Elementen zeigte sich im „Gesamtverbund“ mit den die Matrix bzw. die Hauptlegierungsbestandteile bildenden chemischen Elemente, d. h. Aluminium und Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium, besonders feine Kornstrukturen.The aluminum alloy can have or contain scandium and / or strontium and / or titanium and / or zirconium as at least one nucleating chemical element. In the case of these nucleating chemical elements, the “overall composite” with the chemical elements forming the matrix or the main alloy components, i.e. H. Aluminum and iron and / or chromium and / or vanadium, particularly fine grain structures.

Die Aluminiumlegierung kann ferner wenigstens ein mischkristall- bzw. auscheidungsbildendes chemisches Element als Nebenlegierungsbestandteil aufweisen oder enthalten. Durch die gezielte Zulegierung mischkristall- bzw. auscheidungsbildender chemischer Elemente können Mischkristalle bzw. Ausscheidungen erzeugt werden, welche sich positiv auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekte auswirken.The aluminum alloy can furthermore have or contain at least one solid solution or precipitate-forming chemical element as a secondary alloy component. Through the targeted addition of solid solution or precipitate-forming chemical elements, mixed crystals or precipitates can be generated which have a positive effect on the properties of the three-dimensional objects that can be produced according to the method.

Die Aluminiumlegierung kann Magnesium und/oder Silicium als mischkristall- bzw. auscheidungsbildendes Element aufweisen oder enthalten. Bei diesen keimbildenden chemischen Elementen zeigte sich in Untersuchungen im „Gesamtverbund“ mit den die Matrix bzw. die Hauptlegierungsbestandteile bildenden chemischen Elementen, d. h. Aluminium und Eisen und/oder Chrom und/oder Vanadium, eine im Hinblick auf die Eigenschaften der verfahrensgemäß herstellbaren dreidimensionalen Objekte besonders günstige Ausbildung von Mischkristallen bzw. Ausscheidungen.The aluminum alloy can have or contain magnesium and / or silicon as solid solution or precipitate-forming element. In the case of these nucleating chemical elements, investigations in the "overall composite" with the chemical elements forming the matrix or the main alloy components, i.e. H. Aluminum and iron and / or chromium and / or vanadium, a particularly favorable formation of mixed crystals or precipitates with regard to the properties of the three-dimensional objects that can be produced according to the method.

Ein erstes Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist Aluminium als Matrix sowie Eisen als Hauptlegierungsbestandteil sowie Silicium und/oder Vanadium und/oder Magnesium und/oder Strontium und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Ein erstes Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist sonach Aluminium als Matrix, Eisen als Hauptlegierungsbestandteil sowie Silicium und/oder Vanadium und/oder Magnesium und/oder Strontium und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Dabei kann die Aluminiumlegierung Silicium, Vanadium, Magnesium, Strontium und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteile mit gleichen oder ungleichen gewichtsmäßigen Anteilen aufweisen oder enthalten.

Ein zweites Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist Aluminium sowie Eisen als Hauptlegierungsbestandteil sowie Chrom und/oder Titan als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Ein zweites Beispiel einer verfahrensgemäß verwendbaren bzw. verwendeten Aluminiumlegierung weist sonach Aluminium als Matrix, Eisen als Hauptlegierungsbestandteile sowie Chrom und/oder Scandium und/oder Strontium und/oder Titan und/oder Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil(e) auf. Dabei kann die Aluminiumlegierung Chrom und Scandium und Strontium und Titan und Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteile mit gleichen oder ungleichen gewichtsmäßigen Anteilen aufweisen oder enthalten.A second example of an aluminum alloy that can be used or used in accordance with the method has aluminum and iron as the main alloy constituent and chromium and / or titanium as secondary alloy constituent (s). A second example of an aluminum alloy that can be used or used in accordance with the process thus has aluminum as the matrix, iron as the main alloy constituents and chromium and / or scandium and / or strontium and / or titanium and / or zirconium as secondary alloy constituent (s). The aluminum alloy can have or contain chromium and scandium and strontium and titanium and zirconium as secondary alloy components with equal or unequal proportions by weight.

Eine konkrete Zusammensetzung der Aluminiumlegierung gemäß dem zweiten Beispiel weist neben dem matrixbildenden Aluminium als Matrix, Eisen als Hauptlegierungsbestandteil in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 6 und 12 Gew.-%, insbesondere zwischen 7 und 9 Gew.-%, Chrom als weiteren Hauptlegierungsbestandteile in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 4 und 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 6 und 8 Gew.-%, Titan als Nebenlegierungsbestandteil in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 4 und 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 5 und 6 Gew.-%, und Zirkonium als Nebenlegierungsbestandteil in einem gewichtsmäßigen Anteil zwischen 0,1 und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,1 und 1 Gew.-%., aufweist, wobei sich die gewichtsmäßigen Anteile des Aluminiums, des Eisens, des Chroms, des Titans und des Zirkoniums zu 100 Gew.-% addieren. Selbstverständlich kann die Aluminiumlegierung gegebenenfalls einen (geringfügigen) Anteil an Verunreinigungen enthalten.A specific composition of the aluminum alloy according to the second example has, in addition to the matrix-forming aluminum as the matrix, iron as the main alloy component in a proportion by weight between 6 and 12% by weight, in particular between 7 and 9% by weight, chromium as further main alloy components in a proportion by weight Proportion between 4 and 10% by weight, in particular between 6 and 8% by weight, titanium as a minor alloy component in a proportion by weight between 4 and 10% by weight, in particular between 5 and 6% by weight, and zirconium as a minor alloy component in a proportion by weight between 0.1 and 2% by weight, in particular between 0.1 and 1% by weight., the proportions by weight of aluminum, iron, chromium, titanium and zirconium increasing Add 100% by weight. Of course, the aluminum alloy can optionally contain a (minor) amount of impurities.

Unabhängig von deren konkreter (gewichts)anteilsmäßiger chemischer Zusammensetzung kann die verfahrensgemäß verwendbare bzw. verwendete Aluminiumlegierung eine Partikelgröße in einem Bereich zwischen 1 und 100 µm, insbesondere zwischen 10 und 90 µm, weiter insbesondere zwischen 15 und 80 µm, weiter insbesondere zwischen 20 und 70µm, weiter insbesondere zwischen 40 und 60 µm, aufweisen oder enthalten. Verfahrensgemäß kann sonach eine Aluminiumlegierung verwendet werden, welche eine Partikelgröße in einem Bereich zwischen 1 und 100 µm, insbesondere zwischen 10 und 90 µm, weiter insbesondere zwischen 15 und 80 µm, weiter insbesondere zwischen 20 und 70µm, weiter insbesondere zwischen 40 und 60 µm, aufweist oder enthält. Eine konkrete beispielhafte Partikelgröße(nverteilung) der Aluminiumlegierung liegt in einem Bereich zwischen 20 und 63 µm. Der d₁₀-Wert kann dabei bei ca. 20 µm, der d₉₀-Wert bei 63 µm liegen.Regardless of their specific (weight) proportional chemical composition, the aluminum alloy that can be used or used according to the method can have a particle size in a range between 1 and 100 μm, in particular between 10 and 90 μm, further in particular between 15 and 80 μm, further in particular between 20 and 70 μm , further in particular between 40 and 60 μm, have or contain. According to the method, an aluminum alloy can therefore be used which has a particle size in a range between 1 and 100 µm, in particular between 10 and 90 µm, further in particular between 15 and 80 µm, further in particular between 20 and 70 µm, further in particular between 40 and 60 µm, has or contains. A concrete exemplary particle size (distribution) of the aluminum alloy is in a range between 20 and 63 μm. The d ₁₀ value can be approx. 20 μm and the d ₉₀ value 63 μm.

Ebenso unabhängig von deren konkreter (gewichts)anteilsmäßiger chemischer Zusammensetzung kann die verfahrensgemäß verwendbare bzw. verwendete Aluminiumlegierung einen Schmelzpunkt oberhalb 600°C, insbesondere oberhalb 615°C, weiter insbesondere oberhalb 630°C, weiter insbesondere oberhalb 635°C, aufweisen oder enthalten. Der Schmelzpunkt der verfahrensgemäß als Baumaterial verwendeten Aluminiumlegierung kann sonach oberhalb 600°C, insbesondere oberhalb 615°C, weiter insbesondere oberhalb 630°C, weiter insbesondere oberhalb 635°C, liegen.Also regardless of their specific (weight) proportional chemical composition, the aluminum alloy that can be used or used according to the process can have or contain a melting point above 600 ° C, in particular above 615 ° C, further in particular above 630 ° C, further in particular above 635 ° C. The melting point of the aluminum alloy used as a building material according to the method can therefore be above 600 ° C., in particular above 615 ° C., further in particular above 630 ° C., further in particular above 635 ° C.

Die Morphologie der Baumaterialpartikel der Aluminiumlegierung kann in allen Ausführungsbeispielen rund oder rundlich sein. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Morphologien, wie z. B. längliche Morphologien, denkbar. Die Baumaterialpartikel der Aluminiumlegierung können mit (weitgehend) gleicher Morphologie vorliegen. Denkbar ist es jedoch auch, dass Baumaterialpartikel unterschiedlicher Morphologien vorliegen.The morphology of the building material particles of the aluminum alloy can be round or rounded in all of the exemplary embodiments. In principle, however, other morphologies, such as, for. B. elongated morphologies, conceivable. The construction material particles of the aluminum alloy can be present with (largely) the same morphology. However, it is also conceivable that building material particles of different morphologies are present.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann konkret die folgenden Schritte umfassen:

In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Bereitstellen eines entsprechenden Baumaterials zur Verwendung in einem additiven Herstellungsverfahren, in welchem wobei das herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem pulverförmigen Baumaterial aufgebaut wird, vorgesehenes Baumaterial..

An exemplary embodiment of the method can specifically include the following steps:

In a first step S1 a corresponding building material is provided for use in an additive manufacturing process, in which the three-dimensional object to be manufactured is built up from a powdery building material by successive layer-by-layer selective solidification of building material, intended building material ..

In einem auf den ersten Schritt S1 folgenden zweiten Schritt S2 erfolgt die Durchführung eines additiven Herstellungsverfahren, in welchem wobei das herzustellende dreidimensionale Objekt durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem pulverförmigen Baumaterial aufgebaut wird.In a first step S1 following second step S2 an additive manufacturing process is carried out, in which the three-dimensional object to be manufactured is built up from a powdery building material by successively layer-wise selective solidification of building material layers.

In einem auf den zweiten Schritt S2 folgenden optionalen dritten Schritt S3 kann wenigstens eine Maßnahme zur thermischen Nachbehandlung eines additiv hergestellten Objekts durchgeführt werden. Bei einer entsprechenden Maßnahme kann es sich z. B. um eine duktilitätssteigernde Wärmebehandlung, wie z. B. ein Spannungsarmglühen, handeln. Mit anderen Worten kann ein verfahrensgemäß additiv hergestelltes dreidimensionales Objekt, insbesondere nach dessen additivem Aufbau, für eine bestimmte Zeit unter bestimmten chemischen und/oder physikalischen Bedingungen, d. h. insbesondere in einer bestimmten thermischen Umgebung, ausgelagert werden, um die Eigenschaften des Objekts gezielt zu beeinflussen.In one to the second step S2 following optional third step S3 At least one measure for the thermal post-treatment of an additively manufactured object can be carried out. With an appropriate measure, it can be, for. B. to a ductility-increasing heat treatment, such. B. stress relieving, act. In other words, a process additively manufactured three-dimensional object, in particular after its additive structure, can be swapped out for a certain time under certain chemical and / or physical conditions, ie in particular in a certain thermal environment, in order to specifically influence the properties of the object.

Wie erwähnt, kann es sich bei dem Verfahren insbesondere um ein selektives Lasersinterverfahren, ein selektives Laserschmelzverfahren oder ein selektives Elektronenstrahlschmelzverfahren handeln, sodass zur Durchführung des Verfahrens eine selektive Lasersintervorrichtung, eine selektive Laserschmelzvorrichtung oder eine selektive Elektronenstrahlschmelzvorrichtung eingesetzt werden kann.As mentioned, the method can in particular be a selective laser sintering method, a selective laser melting method or a selective electron beam melting method, so that a selective laser sintering device, a selective laser melting device or a selective electron beam melting device can be used to carry out the method.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

S1S1: erster Schrittfirst step
S2S2: zweiter Schrittsecond step
S3S3: dritter SchrittThird step

Claims

A method for the additive production of a three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle, the three-dimensional object to be produced being built up from a powdery building material by successive layer-wise selective solidification of building material layers, characterized in that as a powdery Building material an aluminum alloy is used, which iron and / or chromium and / or vanadium has or contains as main alloy components.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the alloy used has or contains at least one secondary alloy component in addition to the at least one main alloy component.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the aluminum alloy used has or contains at least one nucleating chemical element as a secondary alloy component.

Procedure according to Claim 3 , characterized in that the aluminum alloy used has or contains at least one nucleating element in the form of scandium, strontium, titanium or zirconium as a secondary alloy component.

Method according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the aluminum alloy used has or contains at least one solid solution-forming chemical element as a secondary alloy component.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the aluminum alloy used has or contains at least one solid solution-forming element in the form of magnesium and / or silicon as a secondary alloy component.

Method according to one of the Claims 2 to 6th , characterized in that the proportional composition of the aluminum alloy used is selected so that the weight proportion of the aluminum and the sum of the respective weight proportions of the at least one main alloy component and the at least one secondary alloy component add up to 100 wt .-%, the at least one Main alloy component has a proportion by weight of more than 5% by weight and the at least one secondary alloy component has or contains a proportion by weight of less than 5% by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum alloy used is iron as the main alloy constituent as well as silicon and / or vanadium and / or magnesium and / or strontium and / or Has or contains zirconium as a minor alloy component.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that the aluminum alloy has or contains silicon and / or vanadium and / or magnesium and / or strontium and / or zirconium as secondary alloy components with equal or unequal proportions by weight.

Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the aluminum alloy iron as the main alloy component in a weight percentage between 6 and 12 wt .-%, in particular between 8 and 10 wt .-%, vanadium in a weight percentage between 0.5 and 3 wt .-%, in particular between 1 and 2% by weight, and silicon in a proportion by weight between 0 and 3% by weight, in particular between 1 and 2% by weight, and magnesium in a proportion by weight between 0 and 3% by weight, in particular of 2% by weight, and zirconium in a proportion by weight between 0.1 and 2% by weight, in particular between 0.1 and 1% by weight., The proportions by weight of aluminum, iron, of silicon, vanadium, magnesium and zirconium add up to 100% by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum alloy used has or contains iron as the main alloy component and chromium and / or titanium and / or scandium and / or strontium and / or zirconium as a secondary alloy component.

Procedure according to Claim 11 , characterized in that the aluminum alloy has or contains chromium and titanium and scandium and strontium and zirconium as secondary alloy components with equal or unequal proportions by weight.

Procedure according to Claim 11 or 12th , characterized in that the aluminum alloy contains iron in a proportion by weight between 6 and 12% by weight, in particular between 7 and 9% by weight, chromium in a proportion by weight between 4 and 10% by weight, in particular between 6 and 8 % By weight, titanium in a proportion by weight between 4 and 10% by weight, in particular between 5 and 6% by weight, and zirconium in a proportion by weight between 0.1 and 2% by weight, in particular between 0, 1 and 1% by weight., The proportions by weight of aluminum, iron, chromium, titanium and zirconium adding up to 100% by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum alloy used has a particle size in a range between 1 and 100 µm, in particular between 10 and 90 µm, further in particular between 15 and 80 µm, further in particular between 20 and 70 µm, further in particular between 40 and 60 µm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one measure for the thermal aftertreatment of an additively manufactured object is carried out.

Three-dimensional object, in particular a technical component, further in particular a vehicle component to be installed on or in a vehicle, characterized in that it is produced in a method according to one of the preceding claims from an aluminum alloy which has iron and / or chromium and / or vanadium as main alloy components or contains.

Building material for use in a method for the additive manufacture of at least one three-dimensional object, the three-dimensional object to be manufactured being built up by successively layer-wise selective solidification of the building material, characterized in that the building material is made up of an aluminum alloy, which contains iron and / or chromium and / or vanadium as Has, is formed or comprises main alloy constituents.