DE102019209020A1 - Support structure, computer program product and method for removing the support structure - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Stützstruktur (1) zum Stützen eines Bauteilbereichs (10) in der additiven, insbesondere pulverbett-basierten, Herstellung des Bauteils (10) angegeben. Die Stützstruktur umfasst einen Volumenstützbereich (2) mit einem Verbindungselement (3) zum Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung mit einem Werkzeug (20), und einen Kontaktbereich (5) zum strukturellen Verbinden des Volumenstützbereichs (2) mit dem Bauteilbereich (10) während der additiven Herstellung des Bauteilbereichs (10). Weiterhin werden ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein Verfahren zum Entfernen der Stützstruktur (10) von dem Bauteilbereich (10) angegeben, wobei das Verfahren, a), das Bereitstellen einer Stützstruktur (10), b), das Herstellen des Verbindungselementes (3) in dem Volumenstützbereich der Stützstruktur (1), c), das Verbinden eines Werkzeuges (20), aufweisend ein komplementäres Verbindungsmittel (23), mit dem Verbindungselement (3), und, d), das Trennen der Stützstruktur (1) von dem Bauteilbereich durch (10) mechanische Krafteinwirkung (F, R) umfasst.A support structure (1) for supporting a component area (10) in the additive, in particular powder-bed-based, production of the component (10) is specified. The support structure comprises a volume support area (2) with a connecting element (3) for forming a positive connection with a tool (20), and a contact area (5) for structurally connecting the volume support area (2) to the component area (10) during additive manufacturing the component area (10). Furthermore, a corresponding computer program product and a method for removing the support structure (10) from the component area (10) are specified, wherein the method, a), the provision of a support structure (10), b), the production of the connecting element (3) in the Volume support area of the support structure (1), c), the connection of a tool (20), having a complementary connection means (23), to the connection element (3), and, d), the separation of the support structure (1) from the component area by ( 10) includes mechanical force (F, R).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stützstruktur bzw. eine Hilfsstruktur zum Stützen eines Bauteilbereichs oder überhängenden Bereichs in der additiven Herstellung von Bauteilen, insbesondere durch pulverbett-basierte Prozessen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogrammprodukt sowie ein Verfahren zum Entfernen der Stützstruktur.The present invention relates to a support structure or an auxiliary structure for supporting a component area or overhanging area in the additive manufacturing of components, in particular by powder-bed-based processes. The invention also relates to a corresponding computer program product and a method for removing the support structure.
Der genannte Bauteilbereich bzw. ein entsprechendes diesen Bereich aufweisendes Bauteil betrifft wiederum vorzugsweise ein Bauteil aus einem hochtemperaturresistenten Werkstoff mit komplexer Zusammensetzung, insbesondere für den Einsatz im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine wie einer Gasturbine. Dementsprechend kann das Bauteil aus einer Superlegierung bestehen, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann weiterhin ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein. Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund ihres für die Industrie disruptiven Potenzials zunehmend interessant auch für die Serienherstellung der oben genannten Turbinenkomponenten, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder Brennerkomponenten. Alternativ kann es sich bei dem Bauteil bzw. Bauteilbereich um andere Komponenten, beispielsweise im Automobil- oder Luftfahrtbereich eingesetzte Komponenten, handeln.Said component area or a corresponding component having this area in turn preferably relates to a component made of a high-temperature-resistant material with a complex composition, in particular for use in the hot gas path of a turbo machine such as a gas turbine. Accordingly, the component can consist of a superalloy, in particular a nickel- or cobalt-based superalloy. The alloy can furthermore be precipitation hardened or precipitation hardenable. Due to its potential to disrupt industry, generative or additive manufacturing is also becoming increasingly interesting for the series production of the above-mentioned turbine components, such as turbine blades or burner components. Alternatively, the component or component area can be other components, for example components used in the automotive or aviation area.
Additive Herstellungsverfahren (englisch: „additive manufacturing“) umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS), oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM).Additive manufacturing processes include, for example, powder bed processes such as selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM).
Weitere additive Verfahren sind beispielsweise „Directed Energy Deposition (DED)“-Verfahren, insbesondere Laserauftragschweißen, Elektronenstrahl-, oder Plasma-Pulverschweißen, Drahtschweißen, metallischer Pulverspritzguss, sogenannte „sheet lamination“-Verfahren, oder thermische Spritzverfahren (VPS LPPS, GDCS).Further additive processes are, for example, “Directed Energy Deposition (DED)” processes, in particular laser deposition welding, electron beam or plasma powder welding, wire welding, metallic powder injection molding, so-called “sheet lamination” processes, or thermal spray processes (VPS LPPS, GDCS).
Solche additiven Prozesse haben sich weiterhin als besonders vorteilhaft für komplexe oder filigran gestaltete Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils weitgehend auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei und der Wahl entsprechender Fertigungsparameter erfolgen kann.Such additive processes have also proven to be particularly advantageous for complex or filigree components, for example labyrinth-like structures, cooling structures and / or lightweight structures. In particular, additive manufacturing is advantageous due to a particularly short chain of process steps, since a manufacturing or manufacturing step of a component can largely take place on the basis of a corresponding CAD file and the selection of corresponding manufacturing parameters.
Ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils mit Stützstrukturen ist beispielsweise bekannt aus
Trotz per se großer Freiheitsgrade bezüglich der Formgebung von additiv herzustellenden Bauteilen, Bauteilabschnitten oder Komponenten bestehen insbesondere bei hochfesten, hochwarmfesten oder anderen hochbelastbaren Materialien Einschränkungen bei der additiven Ausbildung von überhängenden Bereichen oder inneren Kavitäten oder Hohlräumen, insbesondere größeren Kühlkanälen. Bei pulverbett-basierten Herstellungsverfahren (englisch: „powder bed fusion“) wird das entsprechend herzustellende Bauteil entlang einer fest vorgegebenen Aufbaurichtung (vertikaler Z-Richtung) aufgebaut. Jeder Bauteilbereich, welcher nun bezüglich der Aufbaurichtung einen Überhang bildet, muss bei bestimmten oder überkritischen Überhangwinkeln durch sogenannte Stützstrukturen gestützt werden, um einen stabilen Prozess zu ermöglichen. Mindestens genauso wichtig wie eine mechanische Unterstützung im Pulverbett ist dabei die Wärmeabfuhr, welche aufgrund des quasithermisch isolierenden Pulverbettes, praktisch nur über eine Substrat- oder Aufbauplatte erfolgen kann. Selektive Strahlschmelzverfahren stellen Schweißprozesse dar, die je nach den gewählten Parametern aufgrund der starken Strahlfokussierung lokal sehr hohe Temperaturgradienten von teilweise über 106 K/s aufweisen können.Despite great degrees of freedom per se with regard to the shaping of additively manufactured parts, component sections or components, there are restrictions on the additive formation of overhanging areas or inner cavities or cavities, especially larger cooling channels, in particular with high-strength, high-temperature-resistant or other highly resilient materials. In the case of powder bed-based manufacturing processes (“powder bed fusion”), the component to be manufactured is built up along a fixed, predetermined assembly direction (vertical Z-direction). Each component area, which now forms an overhang with regard to the direction of construction, must be supported by so-called support structures at certain or supercritical overhang angles in order to enable a stable process. At least as important as mechanical support in the powder bed is the heat dissipation, which, due to the quasi-thermal insulating powder bed, can practically only take place via a substrate or mounting plate. Selective beam melting processes represent welding processes which, depending on the selected parameters, can have very high local temperature gradients of sometimes more than 10 6 K / s due to the strong beam focusing.
Sowohl ein zu schwacher Wärmeeintrag über eine beispielsweise zu niedrig bemessene Strahlleistung oder Laserleistung kann sich ebenso nachteilig auf die Struktur des Bauteils auswirken wie ein Übermaß an Energie, welches in das Pulver eingebracht und nur unzureichend wieder abgeführt werden kann. Die Stützstruktur hat daher auch die wichtige Aufgabe, während der additiven Herstellung, die eingetragene Wärme wieder abzuführen.Both a too weak heat input via beam power or laser power that is too low, for example, can have a negative effect on the structure of the component, as can an excess of energy which can be introduced into the powder and only insufficiently removed again. The support structure therefore also has the important task of dissipating the heat introduced during additive manufacturing.
Ein weiteres Problem dabei ist, dass die Stützstrukturen, welche beim Aufbau von hochfesten Bauteilen aus den gleichen Werkstoffen bestehen, kaum mechanisch zu bearbeiten und damit nachträglich nur sehr schwer wieder zu entfernen sind.Another problem is that the support structures, which are made of the same materials when building high-strength components, can hardly be processed mechanically and are therefore very difficult to remove again afterwards.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Stützstruktur anzugeben, die die oben genannten Aufgaben erfüllt und insbesondere auf nachträglichem Wege verhältnismäßig einfach wieder entfernt werden kann. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebene Stützstruktur einfach und effizient, beispielsweise in nur wenigen Nachbearbeitungsschritten wieder zu entfernen.It is therefore an object of the present invention to provide an improved support structure which fulfills the above-mentioned objects and, in particular, can be removed again relatively easily by subsequent means. It is also an object of the present invention to remove the described support structure simply and efficiently, for example in just a few reworking steps.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Stützstruktur oder Hilfsstruktur zum Stützen eines, insbesondere innenliegenden oder eine Kavität definierenden, Bauteilbereichs in der additiven, insbesondere pulverbett-basierten, Herstellung des Bauteils.One aspect of the present invention relates to a support structure or auxiliary structure for Support of a component area, in particular an interior component area or a cavity-defining component area in the additive, particularly powder-bed-based, production of the component.
Der Bauteilbereich betrifft vorliegend vorzugsweise einen Teil des Bauteils, welcher für die additive Herstellung mechanisch unterstützt werden muss, da er einen Überhang bildet oder definiert. Vorzugsweise definiert der Bauteilbereich eine innere Kavität des Bauteils oder - im fertigen Bauteil - einen Kühlkanal, dessen oberer Teil, beispielsweise aufgrund seiner Ausdehnung, nur mit Stützstrukturen aufgebaut werden kann.In the present case, the component area preferably relates to a part of the component that must be mechanically supported for additive manufacturing, since it forms or defines an overhang. The component area preferably defines an inner cavity of the component or - in the finished component - a cooling channel, the upper part of which, for example due to its expansion, can only be built up with support structures.
Das Verfahren umfasst einen, vorzugsweise strukturell massiven und/oder formstabilen, Volumenstützbereich mit einem Verbindungselement zum Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung, wenn beispielsweise ein Werkzeug nachträglich mit dem Verbindungselement verbunden wird.The method comprises a, preferably structurally solid and / or dimensionally stable, volume support area with a connecting element for forming a form-fitting connection, for example if a tool is subsequently connected to the connecting element.
Das Verbindungselement, ist vorzugsweise ein Element, welches ausgebildet ist, beispielsweise über einen Form- und/oder Kraftschluss mit einem weiteren, dazu komplementären Verbindungselement des Werkzeugs, eine lösbare Verbindung zu bilden. Dies kann eine Schraubverbindung, eine Feder-Nut-Verbindung, eine Zahnkupplung oder eine andere Verbindung sein.The connecting element is preferably an element which is designed to form a detachable connection, for example via a form fit and / or force fit with a further, complementary connection element of the tool. This can be a screw connection, a tongue and groove connection, a tooth coupling or another connection.
Die Stützstruktur umfasst weiterhin einen Kontaktbereich zum strukturellen Verbinden des Volumenbereich mit den Bauteilbereich während der additiven Herstellung des Bauteilbereichs bzw. des Bauteils. Vorzugsweise bezeichnet der Kontaktbereich einen Oberflächenbereich des Volumenstützbereichs.The support structure furthermore comprises a contact area for structurally connecting the volume area to the component area during the additive production of the component area or the component. The contact area preferably designates a surface area of the volume support area.
Das strukturelle bzw. stoffschlüssige Verbinden erfolgt vorzugsweise im Wege der additiven Herstellung selbst.The structural or material connection is preferably carried out by means of additive manufacturing itself.
Durch den beschriebenen Volumenstützbereich der Stützstruktur wird vorliegend vorteilhafterweise ein Bereich geschaffen, über den die Stützstruktur durch Anwenden von mechanischen Kräften auf einfache Weise wieder entfernt werden kann. Mit anderen Worten kann eine, beispielsweise mittels eines externen Werkzeugs, auf die Volumenstützstruktur angelegte Kraft auf diese Art besonders zweckmäßig übertragen und die Stützstruktur somit ohne Beschädigungen des Bauteilbereichs gleichmäßig oder homogen entfernt werden.The described volume support area of the support structure advantageously creates an area via which the support structure can be removed again in a simple manner by applying mechanical forces. In other words, a force applied to the volume support structure, for example by means of an external tool, can be particularly expediently transferred in this way and the support structure can thus be removed uniformly or homogeneously without damaging the component area.
Über den Kontaktbereich und/oder einen weiter unten beschriebenen Kontaktstützbereich kann die strukturelle Verbindung der Stützstruktur mit dem Bauteilbereich nachträglich dabei besonders einfach und effizient wieder gelöst, d.h. insbesondere zerstört, werden. Der Kontaktbereich kann weiterhin Ansätze oder Teile eines Kontaktstützbereichs umfassen.Via the contact area and / or a contact support area described below, the structural connection of the support structure to the component area can subsequently be released again particularly easily and efficiently, i.e. especially destroyed. The contact area can furthermore comprise extensions or parts of a contact support area.
In einer Ausgestaltung ist das Verbindungselement ein formschlüssiges Verbindungselement, d.h. ein Verbindungselement, welches ausgebildet ist, mit einem weiteren, dazu komplementären, Verbindungselement eine formschlüssige Verbindung einzugehen.In one embodiment, the connecting element is a form-fitting connecting element, i. a connecting element which is designed to enter into a positive connection with a further, complementary connecting element.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verbindungselement ein Gewinde, ein Bayonettverschlusselement, ein Feder-Nut-Verbindungselement oder ein Zahnkuppelelement.In one embodiment, the connecting element comprises a thread, a bayonet locking element, a tongue and groove connecting element or a toothed coupling element.
Die genannten „Elemente“ bilden zweckmäßigerweise einen funktionalen Teil, welcher mit einem entsprechenden komplementären Verbindungselement oder Teil des Werkzeugs eine entsprechende Verbindung ausbilden kann (vergleiche die genannte Federnutverbindung, Bajonettverbindung oder Zahnkupplung).The named “elements” expediently form a functional part which can form a corresponding connection with a corresponding complementary connecting element or part of the tool (compare the mentioned tongue groove connection, bayonet connection or tooth coupling).
In einer Ausgestaltung umfasst oder definiert der Bauteilbereich einen überhängenden Bereich des Bauteils, eine Kavität oder einen Kanal des additiv herzustellenden Bauteils, beispielsweise einen Hohlraum desselben.In one embodiment, the component region comprises or defines an overhanging region of the component, a cavity or a channel of the component to be additively manufactured, for example a cavity thereof.
Der Ausdruck „Überhang“ oder „überhängender Bereich“ kann vorliegend bedeuten, dass eine Fläche oder Flächentangente relativ zu einer Herstellungsebene eine Steigung oder einen Winkel von mehr als 90° bildet.The expression “overhang” or “overhanging area” can mean in the present case that a surface or surface tangent forms a slope or an angle of more than 90 ° relative to a production plane.
In einer Ausgestaltung weist die Stützstruktur innerhalb des Volumenstützbereichs, interne Gitter oder Gitterstrukturen auf. Diese Gitter oder Gitterstrukturen beeinträchtigen die Formstabilität des Volumenstützbereichs jedoch vorzugsweise nicht, sondern erlauben vorteilhafterweise lediglich einen ökonomischeren additiven Aufbau.In one configuration, the support structure has internal lattices or lattice structures within the volume support area. However, these lattices or lattice structures preferably do not impair the dimensional stability of the volume support area, but advantageously only allow a more economical additive structure.
In einer Ausgestaltung ist die Stützstruktur ausgebildet, den Bauteilbereich während der additiven Herstellung (des Bauteils und der Stützstruktur) mechanisch zu unterstützen.In one configuration, the support structure is designed to mechanically support the component region during additive manufacturing (of the component and the support structure).
In einer Ausgestaltung ist die Stützstruktur ausgebildet, den Bauteilbereich während der additiven Herstellung thermisch an ein Substrat oder eine Bauplattform zu koppeln. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Ableitung von Wärme aus den additiv aufgebauten Strukturen verbessert, da ein Wärmeaustausch über das Substrat mit der Umgebung ermöglicht wird. Dadurch kann wiederum die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Heißrissen oder Risszentren während der additiven Herstellung verhindert oder eingeschränkt werden.In one configuration, the support structure is designed to thermally couple the component area to a substrate or a construction platform during additive manufacturing. This advantageously improves the dissipation of heat from the additively constructed structures, since heat exchange via the substrate with the environment is made possible. This in turn can prevent or limit the likelihood of hot cracks or crack centers developing during additive manufacturing.
In einer Ausgestaltung ist bzw. wird die Stützstruktur durch dasselbe additive Verfahren hergestellt, wie das Bauteil, umfassend den Bauteilbereich.In one embodiment, the support structure is or will be produced by the same additive method as the component, including the component area.
In einer Ausgestaltung wird der Volumenstützbereich in dem Kontaktbereich während der additiven Herstellung über einen Kontaktstützbereich mit dem Bauteilbereich verbunden, wobei der Kontaktstützbereich strukturell schwächer ausgebildet ist als der Volumenstützbereich. Wie oben angedeutet, ermöglicht diese Ausgestaltung vorteilhafterweise ein mechanisches Entfernen der Stützstruktur von dem Bauteilbereich, wie beispielsweise ein Herausbrechen der Stützstruktur aus einer Bauteilkavität.In one embodiment, the volume support area in the contact area is connected to the component area via a contact support area during additive manufacturing, the contact support area being structurally weaker than the volume support area. As indicated above, this configuration advantageously enables the support structure to be mechanically removed from the component region, such as, for example, the support structure breaking out of a component cavity.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Geometrie- oder Designinformationen der Stützstruktur, beispielsweise in Form einer CAD-Datei, wobei das Computerprogrammprodukt weiterhin Befehle umfasst, die bei der Ausführung eines entsprechenden Programms eine Datenverarbeitungseinrichtung und/oder eine rechnerunterstützte additive Herstellungsanlage veranlassen, die Stützstruktur im Rahmen eines additiven Herstellungsprozesses aufzubauen.Another aspect of the present invention relates to a computer program product comprising geometry or design information of the support structure, for example in the form of a CAD file, the computer program product further comprising commands that initiate a data processing device and / or a computer-aided additive manufacturing system when executing a corresponding program to build the support structure as part of an additive manufacturing process.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als (flüchtiges oder nichtflüchtiges) Speichermedium, wie z.B. eine Speicherkarte, ein USB-Stick, eine CD-ROM oder DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder umfasst werden. Die Bereitstellung kann weiterhin zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen. Ein Computerprogrammprodukt kann Programmcode, Maschinencode, G-code und/oder ausführbare Progrmmanweisungen im Allgemeinen beinhalten.A computer program product such as a computer program means, for example as a (volatile or non-volatile) storage medium, e.g. a memory card, a USB stick, a CD-ROM or DVD, or also in the form of a downloadable file from a server in a network can be provided or included. The provision can also take place, for example, in a wireless communication network by transmitting a corresponding file with the computer program product or the computer program means. A computer program product can include program code, machine code, G-code and / or executable program instructions in general.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen oder Trennen der Stützstruktur von dem additiv, insbesondere pulverbettbasiert, hergestellten Bauteilbereich, insbesondere aus einem inneren Bauteilbereich, wie einer Kavität, des Bauteils. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen der Stützstruktur, vorzugsweise auf additivem Wege während der Herstellung des Bauteils.Another aspect of the present invention relates to a method for removing or separating the support structure from the additively, in particular powder-bed-based, manufactured component area, in particular from an inner component area, such as a cavity, of the component. The method comprises the provision of the support structure, preferably in an additive manner, during the production of the component.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Herstellen des, insbesondere formschlüssigen, Verbindungselement in dem Volumenstützbereich der Stützstruktur.The method further includes the production of the, in particular form-fitting, connecting element in the volume support region of the support structure.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Verbinden eines Werkzeugs, aufweisend ein komplementäres Verbindungselement mit dem beschriebenen Verbindungselement und das Trennen der Stützstruktur von dem Bauteilbereich durch mechanische Krafteinwirkung.The method further comprises connecting a tool having a complementary connecting element to the described connecting element and separating the support structure from the component region by the action of mechanical force.
In einer Ausgestaltung umfasst die mechanische Krafteinwirkung oder Kraft eine relative Torsion bzw. Rotation zwischen der Stützstruktur und dem Bauteilbereich.In one embodiment, the mechanical force or force includes a relative torsion or rotation between the support structure and the component area.
In einer Ausgestaltung umfasst die mechanische Krafteinwirkung eine (mechanische) Zugbewegung oder Translation zwischen der Stützstruktur und dem Bauteilbereich, dahingehend dass die Stützstruktur von dem Bauteilbereich getrennt werden kann.In one embodiment, the mechanical force action comprises a (mechanical) pulling movement or translation between the support structure and the component area, to the effect that the support structure can be separated from the component area.
In einer Ausgestaltung umfasst die mechanische Krafteinwirkung eine relative Torsion als auch eine (mechanische) Zugbewegung oder Translation zwischen der Stützstruktur und dem Bauteilbereich.In one embodiment, the mechanical action of force comprises a relative torsion as well as a (mechanical) pulling movement or translation between the support structure and the component area.
Durch diese beschriebenen Ausgestaltungen kann die Stützstruktur nachträglich besonders einfach, effizient und für das Bauteil zerstörungsfrei von dem Bauteilbereich getrennt oder gelöst werden.As a result of these described configurations, the support structure can subsequently be separated or detached from the component area in a particularly simple, efficient and non-destructive manner for the component.
In einer Ausgestaltung wird das Verbindungselement additiv hergestellt, insbesondere ein Innengewinde oder ein Bajonettverschlusselement oder ein Teil einer Feder-Nut-Verbindung oder Zahnkupplung additiv gefertigt. Durch diese Ausgestaltung kann vorteilhafterweise auf weitere konventionelle Bearbeitungsschritte zum Herstellen des Verbindungselements anschließend an die additive Herstellung verzichtet werden.In one embodiment, the connecting element is produced additively, in particular an internal thread or a bayonet locking element or part of a tongue and groove connection or tooth coupling is produced additively. This configuration advantageously makes it possible to dispense with further conventional processing steps for producing the connecting element following the additive production.
In einer Ausgestaltung wird das Verbindungselement, insbesondere konventionell, durch Einbringen einer Gewindebohrung in den Volumenstützbereich hergestellt. Diese Ausgestaltung kann ebenso das Entfernen der Stützstruktur insgesamt vereinfachen, da beispielsweise keine so aufwändige additive Herstellung erforderlich ist.In one embodiment, the connecting element is produced, in particular conventionally, by making a threaded hole in the volume support area. This configuration can also simplify the removal of the support structure as a whole since, for example, no such complex additive manufacturing is required.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verbindungselement ein Gewindeloch, wiederum umfassend ein Innengewinde.In one embodiment, the connecting element comprises a threaded hole, again comprising an internal thread.
In einer Ausgestaltung umfasst das komplementäre Verbindungsmittel einen Gewindestift, welcher insbesondere zum Entfernen der Stützstruktur in das beschriebene Innengewinde eingedreht werden kann.In one embodiment, the complementary connecting means comprises a threaded pin, which can be screwed into the described internal thread, in particular to remove the support structure.
In einer Ausgestaltung wird die Stützstruktur nach dem Verbinden bzw. vor dem Trennen der Stützstruktur über das Werkzeug oder auf anderem Wege gekühlt. Demgemäß kann das Werkzeug eine entsprechende Kühleinrichtung, wie einen Kühlkanal, umfassen oder anderweitig ausgebildet sein, die Stützstruktur unter eine thermische Vorspannung zu setzen. Dies ermöglicht mit Vorteil ein mechanisches Zusammenziehen oder Schrumpfen der Stützstruktur, was erstens die Entfernung der Stützstruktur bevorzugt und weiterhin eine Oberflächenschädigung des Bauteilbereichs minimiert. Die Kühlung kann beispielsweise über ein Fluid, wie flüssigen Stickstoff, oder andere Medien bewerkstelligt werden.In one embodiment, the support structure is cooled via the tool or in some other way after the connection or before the separation of the support structure. Accordingly, the tool can comprise a corresponding cooling device, such as a cooling channel, or be formed in some other way To put the support structure under thermal prestress. This advantageously enables mechanical contraction or shrinkage of the support structure, which firstly prefers the removal of the support structure and furthermore minimizes surface damage to the component area. The cooling can be accomplished, for example, via a fluid such as liquid nitrogen or other media.
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich auf die Stützstruktur oder das Computerprogrammprodukt beziehen können, ferner das beschriebene Verfahren zum Entfernen der Stützstruktur von dem Bauteilbereich betreffen, oder umgekehrt.Refinements, features and / or advantages that can relate to the support structure or the computer program product, furthermore relate to the described method for removing the support structure from the component area, or vice versa.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.Further features, properties and advantages of the present invention are explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen.All the features described so far and below are advantageous both individually and in combination with one another. It goes without saying that other embodiments can be used and structural or logical changes can be made without departing from the scope of protection of the present invention. The following description is therefore not to be interpreted in a restrictive sense.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden.As used herein, the term "and / or" when used in a series of two or more items means that any of the listed items can be used alone, or any combination of two or more of the listed items can be used.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
-
1 deutet anhand eines schematischen Längsschnitts eine Stützstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung an. -
2 deutet anhand eines schematischen Querschnitts eine Stützstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung an. -
3 deutet anhand eines Längsschnitts Einzelheiten der Stützstruktur gemäß2 an. -
4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, welches erfindungsgemäße Verfahrensschritte andeutet.
-
1 indicates a support structure according to the present invention on the basis of a schematic longitudinal section. -
2 indicates a support structure according to the present invention on the basis of a schematic cross section. -
3 indicates details of the support structure according to a longitudinal section2 at. -
4th shows a schematic flow diagram which indicates method steps according to the invention.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, elements that are the same or have the same effect can each be provided with the same reference symbols. The elements shown and their proportions to one another are fundamentally not to be regarded as true to scale; rather, individual elements can be shown exaggeratedly thick or with large dimensions for better illustration and / or for better understanding.
Obwohl dies in den Figuren nicht explizit gekennzeichnet ist, kann eine Geometrie der Kavität
Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil, welches im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine, beispielsweise einer Gasturbine eingesetzt wird. Insbesondere kann das Bauteil eine Lauf- oder Leitschaufel, ein Segment oder Ringsegment, ein Brennerteil oder eine Brennerspitze, eine Zarge, eine Schirmung, ein Hitzeschild, eine Düse, eine Dichtung, einen Filter, eine Mündung oder Lanze, einen Resonator, Stempel oder einen Wirbler bezeichnen, oder einen entsprechenden Übergang, Einsatz, oder ein entsprechendes Nachrüstteil.The component is preferably a component which is used in the hot gas path of a turbo machine, for example a gas turbine. In particular, the component can be a rotor or guide vane, a segment or ring segment, a burner part or a burner tip, a frame, a shield, a heat shield, a nozzle, a seal, a filter, a mouth or lance, a resonator, punch or a Whirler designate, or a corresponding transition, insert, or a corresponding retrofit part.
Demgemäß ist das Bauteil vorzugsweise aus einem hoch temperaturresistenten, insbesondere hochwarmfesten Material wie einer Superlegierung hergestellt. Für den additiven Aufbau des Bauteils bzw. des Bauteilbereichs
In
Die Stützstruktur
Im Wege der additiven Herstellung wird - entsprechend der Aufbaurichtung Z - zunächst ein unterer Teil des Bauteils beziehungsweise Bauteilbereichs
Die Stützstruktur
Der Volumenstützbereich
Die Länge x ist vorzugsweise größer als die Hälfte der axialen Ausdehnung der Stützstruktur
In einem Kontaktbereich
Ein Wirkzusammenhang zwischen dem Volumenstützbereich
Der Kontaktstützbereich
Der Kontaktstützbereich
Die Stützstruktur
Eine Verbindung zwischen dem inneren Teil des Volumenstützbereichs
Weiterhin ist in
Vorzugsweise und wie in
Dies erlaubt vorteilhafterweise eine einfache und effiziente Trennung (vergleiche Verfahrensschritt
Um im Wege des weiter unten im Detail beschriebenen Verfahrens die Stützstruktur
Anders als weiterhin in den
Das erfindungsgemäß vorgestellte Verfahren ist ein Verfahren zum Entfernen einer Stützstruktur
Die Stützstruktur
Weiterhin kann das Computerprogrammprodukt Befehle umfassen, die bei der Ausführung eines entsprechenden Programms durch eine Datenverarbeitungseinrichtung oder rechnerunterstützte additive Herstellungsanlage diese veranlassen, die Stützstruktur
Das Verfahren umfasst weiterhin,
Alternativ kann das Verbindungselement
Das Verfahren umfasst weiterhin,
Gemäß der gezeigten Ausführungsform des Verbindungselementes
Anders als vorliegend dargestellt sind natürlich andere Verbindungen als Schraubverbindungen für die Verbindung des Werkzeugs
Das Verfahren umfasst weiterhin,
Um die mechanische Krafteinwirkung noch zu erhöhen bzw. diese zweckmäßiger oder zielgerichtetere anzuwenden, kann bei dem Entfernen der Stützstruktur
Bei dem Trennen beziehungsweise Entfernen wird eine (schwächere) Struktur des Kontaktstützbereich
Das erfindungsgemäße Verfahren kann optional weiterhin eine Kühlung des Werkzeugs
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not restricted to these by the description based on the exemplary embodiments, but rather encompasses any new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- GB 2458745 B [0006]GB 2458745 B [0006]
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