DE102020005108A1 - Process for the additive manufacturing of a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils (10) mittels einer dafür ausgebildeten Anlage (14) bei welchem in einem ersten Verfahrensschritt (16) das Bauteil (10) innerhalb eines ersten räumlichen Abschnitts (20) der Anlage (14) gebildet und in einem zweiten Verfahrensschritt (18) eine Wärmebehandlung des Bauteils (10) durchgeführt wird, wobei im ersten Verfahrensschritt (16) wenigstens teilweise eine Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts (20) durchgeführt wird oder darauf anschließend in einem zweiten räumlichen Abschnitt (22) der Anlage (14) die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) weiter durchgeführt wird oder die Temperaturerhöhung im ersten Verfahrensschritt (18) im ersten räumlichen Abschnitt (20) durchgeführt und die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) im zweiten räumlichen Abschnitt (22) durchgeführt wird oder die Temperaturerhöhung im zweiten Verfahrensschritt (18) im zweiten räumlichen Abschnitt (22) der Anlage (14) durchgeführt wird und eine Temperatursenkung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) durchgeführt wird.

Figure DE102020005108A1_0000
The invention relates to a method for the additive manufacturing of a component (10) using a system (14) designed for this purpose, in which, in a first method step (16), the component (10) is formed within a first spatial section (20) of the system (14) and in a second method step (18) a heat treatment of the component (10) is carried out, wherein in the first method step (16) a temperature increase for the heat treatment is at least partially carried out within the first spatial section (20) or subsequently in a second spatial section ( 22) of the plant (14) the temperature increase for the heat treatment in the second process step (18) is carried out further or the temperature increase in the first process step (18) is carried out in the first spatial section (20) and the heat treatment in the second process step (18) in the second spatial section Section (22) is carried out or the temperature increase in the second Ve Process step (18) is carried out in the second spatial section (22) of the plant (14) and a temperature reduction for the heat treatment in the second process step (18) is carried out.
Figure DE102020005108A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zur additiven Fertigung eines solchen Bauteils.The invention relates to a method for the additive manufacturing of a component according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a system for the additive manufacturing of such a component.

Es ist bekannt, dass additiv gefertigte Bauteile aus Leichtmetalllegierungen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen, hergestellt werden können. Zudem ist es ebenfalls bekannt, Bauteile in einer hybriden Bauweise weiterzubauen beziehungsweise darzustellen, wodurch nur ein Teilbereich des Bauteils additiv fertiggestellt wird. Beispielsweise werden hierbei mittels Laserauftragsschweißen Strukturen auf bestehende Stahlbauteile dargestellt. Genauso ist bekannt, mittels eines 3D-Drucks mit einem dazugehörigen und dafür ausgebildeten Drucker in einem additiven Fertigungsprozess die Strukturen an die bestehenden Bauteile anzudrucken beziehungsweise die bestehenden Bauteile mittels des 3D-Drucks um die Strukturen zu erweitern. Weiterhin werden additiv hergestellte Bauteile durch eine Wärmebehandlung im Hinblick auf die Optimierung von mechanischen Eigenschaften gezielt verändert. Insbesondere sind solche Wärmebehandlungen im Nachgang an die additiven Fertigungsprozesse und in einem separaten Prozess durchführbar beziehungsweise sie finden erst nach dem additiven Fertigungsprozess statt. Hierbei ist eine gängige Praxis am Beispiel von 3D-gedruckten Aluminiumlegierungen dargestellt, in welchem das Bauteil in einem zeitlichen Abstand zum additiven Fertigungsprozess beziehungsweise zum Druckprozess einer separaten Wärmebehandlung unterworfen wird. Dies bedeutet, dass nach Entnahme des Bauteils aus dem Drucker, gegebenenfalls nach Entfernen von losen Pulverresten und eventuell nach Entfernen von Stützstrukturen, die Wärmebehandlung durchgeführt wird. Die Leichtmetalllegierung, insbesondere die Aluminiumlegierung, ist hierbei als eine Legierung, bei welcher zu mindestens 50 Gewichtsprozent aus Aluminium (AI) besteht und weitere Legierungselemente beinhalten kann, wie beispielsweise Silizium (Si), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Zirkonium (Zr), Mangan (Mn).It is known that additively manufactured components can be produced from light metal alloys, in particular from aluminum alloys. In addition, it is also known to further build or present components in a hybrid construction, as a result of which only a partial area of the component is completed additively. For example, structures are created on existing steel components using laser deposition welding. It is also known to use 3D printing with an associated and trained printer in an additive manufacturing process to print the structures onto the existing components or to expand the existing components by means of 3D printing. Furthermore, additively manufactured components are specifically modified by heat treatment with a view to optimizing mechanical properties. In particular, such heat treatments can be carried out after the additive manufacturing processes and in a separate process or they only take place after the additive manufacturing process. A common practice is shown here using the example of 3D-printed aluminum alloys, in which the component is subjected to a separate heat treatment at a time interval from the additive manufacturing process or the printing process. This means that after removing the component from the printer, possibly after removing loose powder residues and possibly after removing support structures, the heat treatment is carried out. The light metal alloy, in particular the aluminum alloy, is an alloy in which at least 50 percent by weight consists of aluminum (Al) and can contain other alloying elements such as silicon (Si), copper (Cu), magnesium (Mg), zirconium ( Zr), manganese (Mn).

Aus der DE 10 2015 115 962 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem metallischen Werkstoffgemisch bekannt, insbesondere einer intermetallischen Phase, mittels additiv-generativer Fertigung, wobei mindestens zwei Leicht-Draht- oder pulverförmige, metallhaltige Ausgangswerkstoffe schichtweise unter Ausbildung eines Rohlings des Wandkörpers aufgetragen werden.From the DE 10 2015 115 962 A1 discloses a method for producing a shaped body from a metallic material mixture, in particular an intermetallic phase, by means of additive-generative manufacturing, with at least two light-weight wire or powdery, metal-containing starting materials being applied in layers to form a blank of the wall body.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine einfachere Fertigung des Bauteils realisieren lässt.The object of the invention is to further develop a method for the additive manufacturing of a component of the type mentioned at the outset in such a way that simpler manufacturing of the component can be implemented.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens zur additiven Fertigung eines solchen Bauteils.According to the invention, this object is achieved by a method for the additive manufacturing of a component with the features of patent claim 1 . Furthermore, the invention relates to a system for carrying out the method for additive manufacturing of such a component.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mittels einer dafür ausgebildeten Anlage umfasst einen ersten Verfahrensschritt und einen zweiten Verfahrensschritt. In dem ersten Verfahrensschritt wird das Bauteil mittels eines additiven Fertigungsprozesses auf einer dafür ausgebildeten Grundplatte mit einer ersten Temperatur der Grundplatte innerhalb eines ersten räumlichen Abschnitts der Anlage gebildet. In dem zweiten Verfahrensschritt wird eine Wärmebehandlung des Bauteils durchgeführt. Insbesondere ist möglich ein Bauteil als solches mittels des additiven Fertigungsprozesses von Anfang an zu fertigen, als auch ein bestehendes Bauteil mittels des additiven Fertigungsprozesses zu erweitern beziehungsweise additiv weiterzufertigen. Hierbei handelt es sich um ein Hybridbauteil, bei welchem insbesondere das additiv zu fertigende Bauteil auf einem Grundmaterial statt auf einer Grundplatte aufgestellt ist, wobei das Grundmaterial das bereits fertige Bauteil darstellt und mit dem additiv zu fertigende Rest des Bauteils das Hybridbauteil darstellt.The method according to the invention for the additive manufacturing of a component by means of a system designed for this purpose comprises a first method step and a second method step. In the first method step, the component is formed by means of an additive manufacturing process on a base plate designed for this purpose with a first temperature of the base plate within a first spatial section of the system. In the second process step, the component is heat treated. In particular, it is possible to manufacture a component as such from the start using the additive manufacturing process, as well as to expand or further manufacture an existing component using the additive manufacturing process. This is a hybrid component in which, in particular, the component to be produced additively is placed on a base material instead of on a base plate, with the base material representing the component that is already finished and with the rest of the component to be produced additively representing the hybrid component.

Um die Wärmebehandlung des Bauteils bei der additiven Fertigung des Bauteils weiterzuentwickeln, wird im ersten Verfahrensschritt wenigstens teilweise eine Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts durchgeführt. Stattdessen ist es auch möglich, dass im ersten Verfahrensschritt wenigstens teilweise die Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts durchgeführt und in einem dem ersten räumlichen Abschnitt zugeordneten und vom ersten räumlichen Abschnitt räumlich getrennten zweiten räumlichen Abschnitt der Anlage die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt weiter durchgeführt wird. Weiterhin ist es stattdessen möglich, dass die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im ersten Verfahrensschritt im ersten räumlichen Abschnitt durchgeführt und die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt im zweiten räumlichen Abschnitt durchgeführt wird. Schließlich ist es stattdessen ebenfalls möglich, dass die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt im zweiten räumlichen Abschnitt der Anlage durchgeführt wird. Bei allen genannten Optionen erfolgt eine Temperatursenkung für die Wärmebehandlung des Bauteils, welche im zweiten Verfahrensschritt durchgeführt wird.In order to further develop the heat treatment of the component during the additive manufacturing of the component, a temperature increase is carried out at least partially in the first method step for the subsequent heat treatment of the component in the second method step within the first spatial section. Instead, it is also possible that in the first method step the temperature increase for the subsequent heat treatment of the component in the second method step is carried out at least partially within the first spatial section and in a second spatial section of the system that is assigned to the first spatial section and is spatially separate from the first spatial section the temperature increase for the heat treatment is carried out further in the second process step. Furthermore, it is instead possible that the temperature increase for the heat treatment in the first method step is carried out in the first spatial section and the heat treatment in the second method step is carried out in the second spatial section. Finally, it is instead also possible that the temperature increase for the heat treatment in the second step in the second spatial section plant is carried out. With all the options mentioned, the temperature for the heat treatment of the component is reduced, which is carried out in the second process step.

Hierbei kann der additive Fertigungsprozess insbesondere aus der Gruppe 3D-Druck, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Elekronenstrahlsintern, additives Fertigen mittels LED-Technologie, Pulverauftragsschweißen und Drahtauftragsschweißen stammen. Insbesondere wird der Fokus auf den 3D-Druck als additiver Fertigungsprozess an dem Bauteil aus einer Aluminiumlegierung gelegt. Wird das Bauteil vollständig 3D-gedruckt, so wird üblicherweise dieses auf einer zugeordneten Grundplatte aufgebaut.The additive manufacturing process can come from the group of 3D printing, selective laser melting, selective laser sintering, selective electron beam melting, selective electron beam sintering, additive manufacturing using LED technology, powder deposition welding and wire deposition welding. In particular, the focus is on 3D printing as an additive manufacturing process on the aluminum alloy component. If the component is completely 3D printed, it is usually built on an assigned base plate.

Es ist ebenso möglich, auf ein bereits bestehendes Bauteil, beispielsweise ein Guss- oder ein Schmiedebauteil, einen weiteren Bauteilabschnitt aufzudrucken beziehungsweise einen solchen Bauteilabschnitt auf das bestehende Bauteil additiv zu fertigen. Das bestehende Bauteil stellt hierbei das Grundmaterial dar. In diesem Fall wird der additiv zu fertigende Bauteilabschnitt auf dem Grundmaterial aufgedruckt beziehungsweise additiv gefertigt, wodurch aus den zwei Komponenten das Hybridbauteil entsteht. Insbesondere sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens die sich auf das Bauteil beziehen ebenso für das Hybridbauteil anzusehen und umgekehrt.It is also possible to print another component section onto an already existing component, for example a cast or forged component, or to additively manufacture such a component section onto the existing component. In this case, the existing component represents the base material. In this case, the component section to be additively manufactured is printed on the base material or additively manufactured, whereby the hybrid component is created from the two components. In particular, advantages and advantageous configurations of the method that relate to the component are also to be considered for the hybrid component and vice versa.

Zudem wird die Grundplatte beziehungsweise das Grundmaterial während einer Druckphase des Verfahrens auf eine Temperatur unter 180 Grad Celsius gehalten, wodurch im Zuge des Druckprozesses und insbesondere im Zuge des späteren Wärmebehandlungsprozesses eine zu starke Überalterung vermeiden wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Temperatur der Grundplatte beziehungsweise des Grundmaterials im Bereich von 80 bis 170 Grad Celsius, insbesondere 130 bis 165 Grad Celsius zu wählen. Die Temperatur im Zuge des Druckvorgangs ist dementsprechend legierungsabhängig und insbesondere so niedrig gewählt, dass während einer Druckdauer des Bauteils Ausscheidungsreaktionen in dessen Aluminiummatrix teilweise oder weitgehend unterdrückt sind. Dadurch können im nachgeschalteten eigentlichen Wärmebehandlungsprozess die Ausscheidungsreaktionen stimuliert und hohe Festigkeitskennwerte erzielt werden. Im Fall eines zu druckenden Hybridbauteils kann das Grundmaterial entweder direkt erwärmt und/oder mittels einer benachbart positionierten, zusätzlichen Grundplatte erwärmt werden. Insbesondere sind nur diejenigen Temperaturen des Bauteils sowie des Pulvers für die Wärmebehandlung zu beachten, welche während des Druckprozesses entstehen. Örtliche, kurz andauernde Spitzentemperaturen durch die örtlichen Aufschmelzprozesse im Zuge des Druckens sind hierbei nicht gemeint.In addition, the base plate or the base material is kept at a temperature below 180 degrees Celsius during a printing phase of the process, which prevents excessive aging during the printing process and especially during the subsequent heat treatment process. It is particularly advantageous to choose the temperature of the base plate or the base material in the range from 80 to 170 degrees Celsius, in particular 130 to 165 degrees Celsius. The temperature in the course of the printing process is accordingly dependent on the alloy and is in particular selected so low that precipitation reactions in the aluminum matrix of the component are partially or largely suppressed during the printing period of the component. As a result, the precipitation reactions can be stimulated in the subsequent actual heat treatment process and high strength values can be achieved. In the case of a hybrid component to be printed, the base material can either be heated directly and/or heated by means of an additional base plate positioned adjacent to it. In particular, only those temperatures of the component and the powder for the heat treatment that occur during the printing process must be taken into account. Local, brief peak temperatures caused by the local melting processes in the course of printing are not meant here.

Unmittelbar nach der Beendigung des 3D-Druckes schließt sich die Wärmebehandlung an, insbesondere eine als Warmauslagerung durchgeführte Wärmebehandlung, beispielsweise eine sogenannte T5-Wärmebehandlung. Das Bauteil, das umgebende Pulver sowie die optional vorhandenen Stützstrukturen behalten zunächst die Temperatur, welche im Zuge des insbesondere vorgeheizten Druckprozesses vorlag, im Wesentlichen bei. Das heißt mit anderen Worten, dass die im System vorhandene Wärmeenergie mitbenutzt wird, um die anschließende Wärmebehandlung durchzuführen. Dabei ist vorgesehen, die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur durchzuführen als die Temperatur der Grundplatte beziehungsweise des Grundmaterials während der Druckphase. Die Wärmebehandlung wird so durchgeführt, dass die Temperatur im Bauteil, sowie auch im Pulver und in den optional vorhandenen Stützstrukturen durch eine Temperaturerhöhung der Grundplatte beziehungsweise des Grundmaterials bewerkstelligt wird. Durch die bereits im System vorhandene Energiemenge muss nur noch wenig Zusatzenergie aufgewendet werden, um die Wärmebehandlungstemperatur zu erreichen. Daher ist dies ein sehr energieeffizientes Verfahren und leistet einen Beitrag zur CO2-Reduzierung. Ferner ist dies sehr kostengünstig.Immediately after the end of the 3D printing, the heat treatment follows, in particular a heat treatment carried out as artificial aging, for example a so-called T5 heat treatment. The component, the surrounding powder and the optionally present support structures initially essentially retain the temperature that was present in the course of the printing process, which was in particular preheated. In other words, this means that the heat energy present in the system is also used to carry out the subsequent heat treatment. It is provided that the heat treatment is carried out at a higher temperature than the temperature of the base plate or the base material during the printing phase. The heat treatment is carried out in such a way that the temperature in the component, as well as in the powder and in the optionally available support structures, is brought about by a temperature increase in the base plate or the base material. Due to the amount of energy already available in the system, only a small amount of additional energy needs to be used to reach the heat treatment temperature. Therefore, this is a very energy-efficient process and contributes to the reduction of CO2. Furthermore, this is very inexpensive.

Ebenso ist es vorstellbar, dass bereits während des 3D-Druckes die Temperatur der Grundplatte beziehungsweise des Grundmaterials erhöht wird, um die Wärmebehandlung einzuleiten beziehungsweise durchzuführen. Die Temperaturerhöhung kann dabei in einem kurzen Schritt erfolgen oder gedehnt über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über einen Zeitraum von einer Stunde.It is also conceivable that the temperature of the base plate or the base material is already increased during the 3D printing in order to initiate or carry out the heat treatment. The temperature increase can take place in a short step or extended over a longer period of time, for example over a period of one hour.

Alternativ oder zusätzlich zur Temperaturerhöhung der Grundplatte beziehungsweise des Grundmaterials ist auch vorstellbar, mindestens eine weitere Wärmequelle zur Durchführung der Wärmebehandlung einzusetzen, beispielsweise eine Laserstrahlquelle, eine Elektronenstrahlquelle, eine Induktionseinheit, eine Infrarotquelle, eine Heizlampe eine LED-Quelle oder einen zuschaltbaren Ofen. Nach Erreichen der Warmauslagerungstemperatur beträgt die Haltezeit auf Warmauslagerungstemperatur 10 Minuten bis 10 Stunden. Die Warmauslagerungszeit im Falle von AI-Legierungen liegt typischerweise höher als 150°C, insbesondere im Bereich 160°C bis 240° Celsius. Nach dem Halten des Bauteils im Pulverbett auf Warmauslagerungstemperatur erfolgt eine Abkühlung des Bauteils, ein Entpulvern sowie optionale eine Entfernung von Stützstrukturen.Alternatively or in addition to increasing the temperature of the base plate or the base material, it is also conceivable to use at least one other heat source to carry out the heat treatment, for example a laser beam source, an electron beam source, an induction unit, an infrared source, a heating lamp, an LED source or a switchable oven. After reaching the artificial aging temperature, the holding time at the artificial aging temperature is 10 minutes to 10 hours. The artificial aging time in the case of Al alloys is typically higher than 150°C, in particular in the range from 160°C to 240° Celsius. After keeping the component in the powder bed at the artificial aging temperature, the component is cooled, depowdered and, optionally, the support structures are removed.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Bauteil auf der Grundplatte vom ersten räumlichen Abschnitt innerhalb des zweiten räumlichen Abschnitts ohne eine wesentliche Temperatursenkung des Bauteils gelagert wird. Beispielsweise kühlt das gedruckte Bauteil nach dem Drucken und vor dem eigentlichen Wärmebehandlungsprozess um nicht mehr als 50 Grad Celsius ab. Aufgrund der Zuordnung des ersten räumlichen Abschnitts und des zweiten räumlichen Abschnitts zueinander ist es möglich, die beiden Abschnitte derart zu bilden, dass eine Verlagerung des Bauteils von dem ersten räumlichen Abschnitt mit einer ersten Temperatur in den zweiten räumlichen Abschnitt mit derselben Temperatur möglich ist. Hierbei kann beispielsweise die Grundplatte und das Bauteil auf einer Schiene derart bewegt werden, dass diese den räumlichen Abschnitt wechseln und beide räumliche Abschnitte mit einer Umgebung der räumlichen Abschnitte so abgedichtet sind, dass ein Temperaturverlust verhindert beziehungsweise minimiert werden kann. Weitere Verlagerungsmöglichkeiten des Bauteils und der Grundplatte sind je nach Anlage verschieden gestaltbar, jedoch ist es beispielsweise möglich, mittels einer Steuerung die Temperatur beider räumlichen Abschnitte und die Verlagerung des Bauteils an der Grundplatte zu steuern. Insbesondere ist das verlagern des Grundmaterials vom ersten räumlichen Abschnitt innerhalb des zweiten räumlichen Abschnitts ohne eine wesentliche Temperatursenkung des Hybridbauteils im Wesentlichen genauso möglich.An advantageous embodiment of the invention provides that the component is mounted on the base plate from the first spatial section within the second spatial section without a significant drop in temperature of the component. For example, after printing and before the actual heat treatment process, the printed component cools down by no more than 50 degrees Celsius. Due to the association of the first spatial section and the second spatial section with one another, it is possible to form the two sections in such a way that the component can be moved from the first spatial section with a first temperature to the second spatial section with the same temperature. Here, for example, the base plate and the component can be moved on a rail in such a way that they change the spatial section and both spatial sections are sealed with an area surrounding the spatial sections in such a way that a temperature loss can be prevented or minimized. Other displacement options for the component and the base plate can be designed differently depending on the system, but it is possible, for example, to control the temperature of both spatial sections and the displacement of the component on the base plate by means of a controller. In particular, relocating the base material from the first spatial section within the second spatial section is essentially just as possible without a significant reduction in the temperature of the hybrid component.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmebehandlung bei einer zweiten Temperatur durchgeführt wird, welche um mindestens 5 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 10 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 15 Grad Celsius höher ist als die erste Temperatur der Grundplatte der Anlage für die Wärmebehandlung des Bauteils. Die schon im ersten Verfahrensschritt steigende Temperatur beziehungsweise zweite Temperatur kann beispielsweise mittels einer Steuerung so eingestellt werden, dass ein Fachmann je nach Vorgaben die Wärmebehandlung des Bauteils einstellt. Weiterhin ist es möglich, die beiden räumlichen Abschnitte in ihrer Temperatur so zu verändern, dass die Temperaturangaben zum Start der Wärmebehandlung einstellbar sind. Insbesondere ist es ebenfalls möglich, dieselben Temperaturen für das Grundmaterial und für die Wärmebehandlung des Hybridbauteils anzuwenden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the heat treatment is carried out at a second temperature which is at least 5 degrees Celsius, in particular at least 10 degrees Celsius, in particular at least 15 degrees Celsius higher than the first temperature of the base plate of the system for the heat treatment of the component. The temperature or the second temperature, which is already rising in the first method step, can be adjusted, for example, by means of a controller in such a way that a specialist adjusts the heat treatment of the component depending on the specifications. Furthermore, it is possible to change the temperature of the two spatial sections in such a way that the temperature information at the start of the heat treatment can be set. In particular, it is also possible to use the same temperatures for the base material and for the heat treatment of the hybrid component.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass im Verlauf des additiven Fertigungsprozesses die erste Temperatur der Grundplatte um mindestens 5 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 10 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 15 Grad Celsius mittels einer der Grundplatte zugeordneten Heizvorrichtung zum Erhitzen der Grundplatte erhöht wird. Insbesondere ist es möglich, diese Heizvorrichtung mittels einer Steuerung der Anlage derart einzustellen, dass die erste Temperatur der Grundplatte je nach Vorgabe erhöht wird. Eine solche Heizvorrichtung kann beispielsweise kabelgebunden an die Anlage gesteuert werden und ist insbesondere dazu ausgebildet, während einer Verlagerung des Bauteils beziehungsweise des Hybridbauteils und der Grundplatte beziehungsweise des Grundmaterials von dem ersten räumlichen Abschnitt zu dem zweiten räumlichen Abschnitt ebenfalls verlagert zu werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that in the course of the additive manufacturing process, the first temperature of the base plate is increased by at least 5 degrees Celsius, in particular by at least 10 degrees Celsius, in particular by at least 15 degrees Celsius, by means of a heating device assigned to the base plate for heating the Base plate is increased. In particular, it is possible to adjust this heating device by means of a control of the system in such a way that the first temperature of the base plate is increased depending on the specification. Such a heating device can, for example, be wired to the system and is designed in particular to also be relocated during a relocation of the component or the hybrid component and the base plate or the base material from the first spatial section to the second spatial section.

Schließlich ist es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Wärmebehandlung spätestens 60 Minuten, insbesondere spätestens 30 Minuten, insbesondere spätestens 10 Minuten nach Beendigung des additiven Fertigungsprozesses beginnt. Hierbei kann die Anlage eine Steuerung umfassen, welche beispielsweise einen Timer anwendet, welcher von einem Fachmann gesteuert werden kann, wodurch die Zeit beziehungsweise die Zeitabschnitte, die für die Wärmebehandlung benötigt werden, einstellbar sind. Weiterhin ist es beispielsweise möglich, den Timer so einzustellen, dass dieser in Minutenabständen einstellbar ist. Hierbei ist insbesondere zu beachten, dass unmittelbar nach der Beendigung des 3D-Druckes sich die Wärmebehandlung anschließt, insbesondere die T5-Wärmebehandlung. Unter unmittelbar ist zu verstehen, dass die Wärmebehandlung spätestens 60 Minuten, insbesondere spätestens 30 Minuten, insbesondere spätestens 10 Minuten nach Beendigung des 3D-Druckes beginnt.Finally, in a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the heat treatment begins no later than 60 minutes, in particular no later than 30 minutes, in particular no later than 10 minutes after the end of the additive manufacturing process. In this case, the system can include a controller which uses a timer, for example, which can be controlled by a person skilled in the art, as a result of which the time or the time periods required for the heat treatment can be set. It is also possible, for example, to set the timer in such a way that it can be set in minute intervals. It should be noted in particular that the heat treatment follows immediately after the end of the 3D print, in particular the T5 heat treatment. Immediately means that the heat treatment begins no later than 60 minutes, in particular no later than 30 minutes, in particular no later than 10 minutes after the end of the 3D print.

Die erfindungsgemäße Anlage zum Durchführen eines Verfahrens zur additiven Fertigung eines Bauteils umfasst einen ersten räumlichen Abschnitt. Dieser ist dazu ausgebildet, bei einem ersten Verfahrensschritt mittels eines additiven Fertigungsprozesses das Bauteil auf einer dafür ausgebildeten Grundplatte mit einer ersten Temperatur der Grundplatte zu fertigen. Weiterhin ist mittels der Anlage in einem zweiten Verfahrensschritt eine Wärmebehandlung des Bauteils durchführbar.The system according to the invention for carrying out a method for the additive manufacturing of a component comprises a first spatial section. This is designed to produce the component on a base plate designed for this purpose with a first temperature of the base plate in a first method step by means of an additive manufacturing process. Furthermore, a heat treatment of the component can be carried out by means of the system in a second process step.

Um die Wärmebehandlung weiterzuentwickeln, ist im ersten Verfahrensschritt wenigstens teilweise eine Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts durchführbar. Stattdessen ist es möglich, dass im ersten Verfahrensschritt wenigstens teilweise die Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts durchführbar und in ein dem ersten räumlichen Abschnitt zugeordneten und vom ersten räumlichen Abschnitt räumlich getrennten zweiten räumlichen Abschnitt der Anlage die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt weiter durchführbar ist. Weiterhin ist es stattdessen möglich, dass die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im ersten Verfahrensschritt im ersten räumlichen Abschnitt durchführbar und die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt im zweiten räumlichen Abschnitt durchführbar ist. Schließlich ist stattdessen die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt im zweiten räumlichen Abschnitt der Anlage durchführbar. Bei allen genannten Optionen ist anschließend eine Temperatursenkung für die Wärmebehandlung des Bauteils im zweiten Verfahrensschritt durchführbar. Für die Temperaturerhöhung und zur Durchführung der Wärmebehandlung ist es insbesondere vorstellbar, weitere Wärmequellen einzusetzen, beispielsweise eine Laserstrahlquelle, eine Elektronenstrahlquelle, eine Induktionseinheit, eine Infrarotquelle, eine Heizlampe eine LED-Quelle oder einen zuschaltbaren Ofen.In order to further develop the heat treatment, a temperature increase can be carried out at least partially in the first method step for the subsequent heat treatment of the component in the second method step within the first spatial section. Instead, it is possible that in the first method step the temperature increase for the subsequent heat treatment of the component in the second method step can be carried out at least partially within the first spatial section and in a second spatial section of the system that is assigned to the first spatial section and is spatially separate from the first spatial section temper temperature increase for the heat treatment in the second process step is further feasible. Furthermore, it is instead possible that the temperature increase for the heat treatment in the first method step can be carried out in the first spatial section and the heat treatment in the second method step can be carried out in the second spatial section. Finally, instead, the temperature increase for the heat treatment in the second process step can be carried out in the second spatial section of the plant. With all the options mentioned, a temperature reduction for the heat treatment of the component can then be carried out in the second process step. To increase the temperature and carry out the heat treatment, it is particularly conceivable to use other heat sources, for example a laser beam source, an electron beam source, an induction unit, an infrared source, a heating lamp, an LED source or a switchable oven.

Zusammenfassend stellen das Verfahren und die Anlage eine wirtschaftliche Wärmebehandlung beziehungsweise ein Verfahren dafür bereit, welches an additiv gefertigten Bauteilen beziehungsweise Bauteilabschnitten anwendbar ist. Die additiv gefertigten Bauteile beziehungsweise Bauteilabschnitte haben dementsprechend anschließend einen hohen Festigkeitskennwert, welcher insbesondere die Qualität der Bauteile und der Bauteilabschnitte steigert. Zudem sinken die Produktionszeit, die Produktionskosten und zusätzlich wird die Fertigung platzsparend durchgeführt. Insbesondere ist es möglich, die additive Fertigung und die Wärmebehandlung, welche im direkten Anschluss an den additiven Fertigungsprozess erfolgt oder welche teilweise überlappend zum additiven Fertigungsprozess durchgeführt wird, in einer dafür vorgesehenen Anlage beziehungsweise in einem Anlagenverbund erfolgen zu lassen. Hierbei handelt es sich bei der Anlage insbesondere um einen 3D-Drucker, bei dem mittels der beheizbaren Grundplatte beziehungsweise des beheizbaren Grundmaterials die Wärmebehandlung in einem Druckraum der Anlage stattfindet.In summary, the method and the system provide an economical heat treatment or a method for it, which can be used on additively manufactured components or component sections. The additively manufactured components or component sections then accordingly have a high strength parameter, which in particular increases the quality of the components and the component sections. In addition, the production time and production costs are reduced and, in addition, the production is carried out in a space-saving manner. In particular, it is possible to have the additive manufacturing and the heat treatment, which takes place directly after the additive manufacturing process or which is carried out partially overlapping the additive manufacturing process, in a system provided for this purpose or in a system network. The system is in particular a 3D printer in which the heat treatment takes place in a pressure chamber of the system by means of the heatable base plate or the heatable base material.

Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage anzusehen und umgekehrt.Advantages and advantageous configurations of the method are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the system and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Anlage zum Durchführen eines Verfahrens zur additiven Fertigung eines Bauteils und eine Grafik zur Darstellung des Verfahrens;
  • 2 eine weitere Ausführungsform der Anlage, insbesondere eines ersten räumlichen Abschnitts der Anlage mit einem Bauteil auf einer Grundplatte und eine weite Ausführungsform des ersten räumlichen Abschnitts mit dem Bauteil auf einem Grundmaterial; und
  • 3 eine Draufsicht der Anlage mit dem ersten räumlichen Abschnitt und einem dem ersten räumlichen Abschnitt zugeordneten zweiten räumlichen Abschnitt der Anlage.
show:
  • 1 a schematic view of a first embodiment of a system for carrying out a method for the additive manufacturing of a component and a graphic to illustrate the method;
  • 2 a further embodiment of the system, in particular a first spatial section of the system with a component on a base plate and a further embodiment of the first spatial section with the component on a base material; and
  • 3 a top view of the system with the first spatial section and a second spatial section of the system associated with the first spatial section.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur additiven Fertigung eines Bauteils 10 auf einer Grundplatte 12 für das Bauteil 10 mittels einer dazu ausgebildeten Anlage 14. Die Anlage 14 ist insbesondere zum Durchführen des Verfahrens zur additiven Fertigung des Bauteils 10 ausgebildet. Hierbei umfasst das Verfahren einen ersten Verfahrensschritt 16 und einen zweiten Verfahrensschritt 18, bei welchem das Bauteil eine additive Fertigung und eine Wärmebehandlung durchläuft. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a method for additive manufacturing of a component 10 on a base plate 12 for the component 10 by means of a system 14 designed for this purpose. The system 14 is designed in particular for carrying out the method for additive manufacturing of the component 10. In this case, the method comprises a first method step 16 and a second method step 18, in which the component undergoes additive manufacturing and heat treatment.

Die Anlage 14 umfasst einen ersten räumlichen Abschnitt 20, welcher dazu ausgebildet ist, beim ersten Verfahrensschritt 16 mittels eines additiven Fertigungsprozesses das Bauteil 10 auf die dafür ausgebildete Grundplatte 12 mit einer ersten Temperatur T1 der Grundplatte 12 zu fertigen. Weiterhin ist mittels der Anlage im zweiten Verfahrensschritt 18 die Wärmebehandlung des Bauteils 10 durchführbar. Weiterhin umfasst die Anlage 14 einen vom ersten räumlichen Abschnitt 20 räumlich getrennten zweiten räumlichen Abschnitt 22. Hierbei ist es möglich, im ersten Verfahrensschritt 16 wenigstens teilweise eine Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt 18 sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils 10 innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts 20 durchzuführen. Stattdessen ist es möglich im ersten Verfahrensschritt 16 wenigstens teilweise die Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt 18 sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils 10 innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts 20 durchzuführen, anschließend ist es möglich, im zweiten räumlichen Abschnitt 22 die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt 18 weiter durchzuführen. Weiterhin ist es stattdessen möglich die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im ersten Verfahrensschritt 18 im ersten räumlichen Abschnitt 20 durchzuführen und die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt 18 im zweiten räumlichen Abschnitt 22 durchzuführen. Ebenfalls ist es stattdessen möglich, die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt 18 im zweiten räumlichen Abschnitt 22 der Anlage 14 durchzuführen. Auf alle Optionen folgt das Durchführen einer Temperatursenkung für die Wärmebehandlung des Bauteils 10 im zweiten Verfahrensschritt18.The system 14 includes a first spatial section 20 which is designed to produce the component 10 on the base plate 12 designed for this purpose at a first temperature T1 of the base plate 12 in the first method step 16 by means of an additive manufacturing process. Furthermore, the heat treatment of the component 10 can be carried out in the second method step 18 by means of the system. Furthermore, the system 14 comprises a second spatial section 22 that is spatially separate from the first spatial section 20. It is possible in the first method step 16 to at least partially increase the temperature for the subsequent heat treatment of the component 10 in the second method step 18 within the first spatial section 20 . Instead, it is possible in the first method step 16 to at least partially carry out the temperature increase for the subsequent heat treatment of the component 10 in the second method step 18 within the first spatial section 20; it is then possible in the second spatial section 22 to carry out the temperature increase for the heat treatment in the second method step 18 to carry out further. Furthermore, it is instead possible to carry out the temperature increase for the heat treatment in the first method step 18 in the first spatial section 20 and to carry out the heat treatment in the second method step 18 in the second spatial section 22 . It is also possible instead to carry out the temperature increase for the heat treatment in the second method step 18 in the second spatial section 22 of the plant 14 . All options are followed by performing a temperature drop for the heat treatment of the component 10 in the second process step18.

Weiterhin zeigt die 1 eine Grafik der Darstellung des Verfahrens mit einer Temperaturachse 24 und einer Zeitachse 26. Die Temperaturachse 24 stellt die Temperatur der Grundplatte beziehungsweise die Temperatur des additiv gefertigten Körpers dar, während die Zeitachse einen zeitlichen Ablauf der Prozesszeit darstellt. Hierbei gilt der Nullpunkt als der Beginn des additiven Fertigungsprozesses im ersten Verfahrensschritt 16. Diese Grafik beziehungsweise das schematische Temperatur-ZeitProfil stellt vor allem exemplarisch dar, wie das Verfahren abläuft und wie die Wärmebehandlung des Bauteils eingeführt und beendet wird, wodurch das Bauteil vollständig additiv gefertigt wird. In dem hier dargestellten Fall startet die Wärmebehandlung bereits während der additiven Fertigung durch eine Temperaturerhöhung der Grundplatte. Hierbei wird eine konstante erste Temperatur T1 nach einem gewissen zeitlichen Ablauf und vor der Verstellung des Bauteils und der Grundplatte im zweiten räumlichen Abschnitt 22 erhöht beziehungsweise eine Temperaturerhöhung findet statt. Der Beginn der eigentlichen Wärmebehandlung findet bei einer zweiten Temperatur T2 statt, welche erst bei einer vollständigen Verlagerung des Bauteils 10 und der Grundplatte 12 in dem zweiten räumlichen Abschnitt 22 erreicht wird. Für den Fachmann ist hierbei verständlich, dass auch schon bei einer Drucktemperatur während des Fertigungsprozesses, welche hierbei die erste Temperatur T1 entspricht, und/oder im Zuge der Erwärmung von der ersten Temperatur T1 auf die zweite Temperatur T2, eine Wärmebehandlung beginnt beziehungsweise stattfindet. Da es sich bei den durch die Wärmebehandlung ausgelösten Ausscheidungsprozessen um thermisch aktivierte Prozesse handelt, finden diese bei der ersten Temperatur T1 in geringerem Umfang beziehungsweise in geringerer Geschwindigkeit statt, als bei der höheren zweiten Temperatur T2. Hierbei soll die Erhöhung der Temperatur um mindestens 5 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 10 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 15 Grad Celsius erhöht werden, wodurch die Wärmebehandlung des Bauteils 10 durchführbar ist. Um die Temperatur des Bauteils 10 zu erhöhen und somit auch die zweite Temperatur T2 zu erlangen, kann im Verlauf des additiven Fertigungsprozesses die erste Temperatur T1 der Grundplatte 12 erhöht werden. Hierbei soll die Temperatur der Grundplatte um mindestens 5 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 10 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 15 Grad Celsius mittels einer zugeordneten Heizvorrichtung 38 zum Erhitzen der Grundplatte erhöht werden. Die Wärmebehandlung, die bei der ersten Temperatur T1 und zu einem ersten Zeitpunkt Z1 startet, soll hierbei auf die zweite Temperatur T2 steigen, wobei die zweite Temperatur T2 zu einem zweiten Zeitpunkt Z2 erreicht wird. Die Wärmebehandlung mit der zweiten Temperatur T2 soll spätestens 60 Minuten, insbesondere spätestens 30 Minuten, insbesondere spätestens 10 Minuten nach Beendigung des additiven Fertigungsprozesses beginnen.Furthermore, the 1 a graphic of the representation of the method with a temperature axis 24 and a time axis 26. The temperature axis 24 represents the temperature of the base plate or the temperature of the additively manufactured body, while the time axis represents a chronological progression of the process time. Here, the zero point is considered to be the start of the additive manufacturing process in the first step 16. This graphic or the schematic temperature-time profile primarily shows an example of how the process works and how the heat treatment of the component is introduced and ended, whereby the component is completely additively manufactured will. In the case shown here, the heat treatment already starts during additive manufacturing by increasing the temperature of the base plate. In this case, a constant first temperature T1 is increased in the second spatial section 22 after a certain time sequence and before the adjustment of the component and the base plate, or a temperature increase takes place. The start of the actual heat treatment takes place at a second temperature T2, which is only reached when the component 10 and the base plate 12 have been completely displaced in the second spatial section 22 . For the person skilled in the art it is understandable that a heat treatment begins or takes place even at a printing temperature during the production process, which corresponds to the first temperature T1 and/or in the course of heating from the first temperature T1 to the second temperature T2. Since the precipitation processes triggered by the heat treatment are thermally activated processes, they take place to a lesser extent or at a lower speed at the first temperature T1 than at the higher second temperature T2. In this case, the temperature should be increased by at least 5 degrees Celsius, in particular by at least 10 degrees Celsius, in particular by at least 15 degrees Celsius, as a result of which the heat treatment of the component 10 can be carried out. In order to increase the temperature of the component 10 and thus also to achieve the second temperature T2, the first temperature T1 of the base plate 12 can be increased in the course of the additive manufacturing process. In this case, the temperature of the base plate should be increased by at least 5 degrees Celsius, in particular by at least 10 degrees Celsius, in particular by at least 15 degrees Celsius, by means of an associated heating device 38 for heating the base plate. The heat treatment, which starts at the first temperature T1 and at a first point in time Z1, is intended to rise to the second temperature T2, with the second temperature T2 being reached at a second point in time Z2. The heat treatment at the second temperature T2 should begin no later than 60 minutes, in particular no later than 30 minutes, in particular no later than 10 minutes after the end of the additive manufacturing process.

Anschließend bleibt die zweite Temperatur T2 der Wärmebehandlung bestehen bis zu einem dritten Zeitpunkt Z3, in welchem die Temperatursenkung für die Wärmebehandlung startet. Hierbei bleibt die Grundplatte 12 und das Bauteil 10 insbesondere an derselben Stelle, wodurch eine weitere Verlagerung nicht weiter notwendig ist. Die Abkühlung verläuft bis zu einem vierten Zeitpunkt Z4, an welchem das Bauteil 10 und die Grundplatte 12 idealerweise die Raumtemperatur erreichen. The second temperature T2 of the heat treatment then remains until a third point in time Z3, at which point the temperature reduction for the heat treatment starts. In this case, the base plate 12 and the component 10 remain in particular in the same place, as a result of which further displacement is no longer necessary. The cooling proceeds up to a fourth point in time Z4, at which the component 10 and the base plate 12 ideally reach room temperature.

2 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Anlage 14, insbesondere des ersten räumlichen Abschnitts 20 mit der Grundplatte 12 und dem Bauteil 10. Weiterhin zeigt 2 eine weitere Ausführungsform der Anlage 14, insbesondere des ersten räumlichen Abschnitts 20 mit dem Bauteil und mit einem Grundmaterial 36, wobei beide Ausführungsformen analog zueinander aufgebaut sind. Der Grundplatte 12 und dem Grundmaterial 36 sind jeweils eine Heizvorrichtung zugeordnet, welche zur Erhöhung der Temperatur der Grundplatte 12 beziehungsweise des Grundmaterials 36 ausgebildet ist. An beiden Ausführungsformen strahlen jeweilige Energiequellen, wobei die erste Energiequelle 40 zur Durchführung der additiven Fertigung wie beispielsweise eine Laserstrahlquelle auf das Bauteil 10 wirkt. Weiterhin wirkt die zweite Energiequelle 42 als optionale weitere Heizquelle wie beispielsweise eine Laserstrahlquelle, eine Elektronenstrahlquelle, eine Induktionseinheit, eine Infrarotquelle, eine Heizklappe, eine LED-Quelle oder ein Ofen, ebenfalls auf das Bauteil 10. Mittels beider Energiequellen 40, 42 ist es möglich, das Bauteil als auch die Grundplatte 12 zu erhitzen, wodurch die Wärmebehandlung während des additiven Fertigungsprozesses durch Erhöhung der ersten Temperatur stattfindet. Insbesondere ist der Unterschied zwischen der Grundplatte 12 und dem Grundmaterial 36, die Fertigung des Bauteils 10 mit der Grundplatte 12 oder eine weitere Fertigung beziehungsweise eine Erweiterung des Bauteils 10 mittels des Grundmaterials 36. 2 shows a side view of a further embodiment of the system 14, in particular the first spatial section 20 with the base plate 12 and the component 10. Furthermore, FIG 2 a further embodiment of the system 14, in particular of the first spatial section 20 with the component and with a base material 36, the two embodiments being constructed analogously to one another. The base plate 12 and the base material 36 are each assigned a heating device which is designed to increase the temperature of the base plate 12 or the base material 36 . In both embodiments, respective energy sources radiate, with the first energy source 40 acting on the component 10 in order to carry out the additive manufacturing, for example a laser beam source. Furthermore, the second energy source 42 acts as an optional further heating source such as a laser beam source, an electron beam source, an induction unit, an infrared source, a heating flap, an LED source or an oven, also on the component 10. It is possible using both energy sources 40, 42 to heat the component as well as the base plate 12, whereby the heat treatment takes place during the additive manufacturing process by increasing the first temperature. In particular, the difference between the base plate 12 and the base material 36 is the production of the component 10 with the base plate 12 or a further production or an extension of the component 10 using the base material 36.

3 zeigt eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Anlage 14 mit dem ersten räumlichen Abschnitt 20 und dem zweiten räumlichen Abschnitt 22. Hierbei befindet sich die Grundplatte 12 im ersten räumlichen Abschnitt, als auch das Bauteil 10 auf der Grundplatte 12. Weiterhin zeigt die 3 die Zeitachse, welche den Fertigungsprozess und die Wärmebehandlung darstellen sollen. Hierbei sollen das Bauteil 10 und die Grundplatte 12 nach Beendigung des Fertigungsprozesses hier beispielsweise der Schiene vom ersten räumlichen Abschnitt 20 in den zweiten räumlichen Abschnitt 22 verlagert werden, wodurch der zweite Verfahrensschritt gestartet werden kann, welcher die Wärmebehandlung umfasst. Nach Beendigung der Wärmebehandlung bleiben die Grundplatte 12 und das Bauteil 10 im zweiten räumlichen Abschnitt, und die Temperatursenkung 34 startet dementsprechend. Hierbei sind der erste räumliche Abschnitt 20 und der zweite räumliche Abschnitt 22 insbesondere von einer Umgebung der räumlichen Abschnitte 20, 22 beziehungsweise von einer Umgebung der Anlage 14 räumlich abgetrennt, wodurch ein Temperaturverlust vermieden wird. Dies führt insbesondere dazu, dass die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung optimal abläuft und somit keine Energie verlorengeht. Bei einer Temperatursenkung wiederum ist es beispielsweise möglich, den zweiten räumlichen Abschnitt 22 mit der Umgebung der Anlage 14 abkühlen zu lassen, wodurch die Grundplatte 12 und das Bauteil 10 ebenfalls abkühlen und somit die Wärmebehandlung abschließen. 3 shows a plan view of another embodiment of the system 14 with the first spatial section 20 and the second spatial section 22. Here is the base plate 12 in the first spatial section, as well as the component 10 on the base plate 12. Furthermore, the shows 3 the time axis, which should represent the manufacturing process and the heat treatment. Here, the component 10 and the base plate 12 are to be relocated from the first spatial section 20 to the second spatial section 22 after the end of the manufacturing process, for example the rail, whereby the second method step, which includes the heat treatment, can be started. After completion of the heat treatment, the base plate 12 and the component 10 remain in the second spatial section, and the temperature reduction 34 starts accordingly. In this case, the first spatial section 20 and the second spatial section 22 are spatially separated in particular from an area surrounding the spatial sections 20, 22 or from an area surrounding the system 14, as a result of which a temperature loss is avoided. In particular, this means that the temperature increase for the heat treatment runs optimally and therefore no energy is lost. If the temperature drops, it is possible, for example, to allow the second spatial section 22 to cool down with the area surrounding the system 14, as a result of which the base plate 12 and the component 10 also cool down and thus complete the heat treatment.

Der additive Fertigungsprozess stammt insbesondere aus der Gruppe 3D-Druck, jedoch ist es möglich, dass die Anlage 14 jeweilige Einrichtungen für selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Elektronenstrahlsintern, additives Fertigen mittels LED-Technologie, Pulverauftragsschweißen und Drahtauftragsschweißen umfasst. Jedoch wird der Fokus auf den 3D-Druck als additiver Fertigungsprozess an dem Bauteil 10 aus einer Aluminiumlegierung gelegt. Zusammenfassend stellen das Verfahren und die Anlage 14 eine wirtschaftliche Wärmebehandlung beziehungsweise ein Verfahren dafür bereit, welches an additiv gefertigten Bauteilen 10 beziehungsweise Bauteilabschnitten anwendbar ist. Die additiv gefertigten Bauteile 10 beziehungsweise Bauteilabschnitte haben dementsprechend anschließend einen hohen Festigkeitskennwert, welcher insbesondere die Qualität der Bauteile 10 und der Bauteilabschnitte steigert, zudem sinken die Produktionszeit, die Produktionskosten und zusätzlich wird die Fertigung platzsparend durchgeführt.The additive manufacturing process stems in particular from the 3D printing group, but it is possible that Annex 14 includes respective facilities for selective laser melting, selective laser sintering, selective electron beam melting, selective electron beam sintering, additive manufacturing using LED technology, powder deposition welding and wire deposition welding. However, the focus is on 3D printing as an additive manufacturing process on the component 10 made of an aluminum alloy. In summary, the method and the system 14 provide an economical heat treatment or a method for it, which can be used on additively manufactured components 10 or component sections. The additively manufactured components 10 or component sections then accordingly have a high strength parameter, which in particular increases the quality of the components 10 and the component sections, the production time and production costs are also reduced and the production is also carried out in a space-saving manner.

Bezugszeichenlistereference list

1010
Bauteilcomponent
1212
Grundplattebase plate
1414
Anlageinvestment
1616
erster Verfahrensschrittfirst step in the process
1818
zweiter Verfahrensschrittsecond process step
2020
erster räumlicher Abschnittfirst spatial section
2222
zweiter räumlicher Abschnittsecond spatial section
2424
Temperaturachsetemperature axis
2626
Zeitachsetimeline
2828
Prozessgrafikprocess graphic
3030
Beginnbeginning
3232
Endeend
3434
Abkühlungcooling down
3636
Grundmaterialbase material
3838
Heizvorrichtungheating device
4040
erste Energiequellefirst energy source
4242
zweite Energiequellesecond energy source

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  • DE 102015115962 A1 [0003]DE 102015115962 A1 [0003]

Claims (6)

Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils (10) mittels einer dafür ausgebildeten Anlage (14) bei welchem in einem ersten Verfahrensschritt (16) das Bauteil (10) mittels eines additiven Fertigungsprozesses auf einer dafür ausgebildeten Grundplatte (12) mit einer ersten Temperatur (T1) der Grundplatte (12) innerhalb eines ersten räumlichen Abschnitts (20) der Anlage (14) gebildet wird und in einem zweiten Verfahrensschritt (18) eine Wärmebehandlung des Bauteils (10) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt (16) wenigstens teilweise eine Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt (18) sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils (10) innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts (20) durchgeführt wird oder im ersten Verfahrensschritt (16) wenigstens teilweise die Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt (18) sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils (10) innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts (20) durchgeführt und in einem dem ersten räumlichen Abschnitt (20) zugeordneten und vom ersten räumlichen Abschnitt (20) räumlich getrennten zweiten räumlichen Abschnitt (22) der Anlage (14) die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) weiter durchgeführt wird oder die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im ersten Verfahrensschritt (18) im ersten räumlichen Abschnitt (20) durchgeführt und die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) im zweiten räumlichen Abschnitt (22) durchgeführt wird oder die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) im zweiten räumlichen Abschnitt (22) der Anlage (14) durchgeführt wird und eine Temperatursenkung für die Wärmebehandlung des Bauteils (10) im zweiten Verfahrensschritt (18) durchgeführt wird.Method for the additive manufacturing of a component (10) by means of a system (14) designed for this purpose, in which, in a first method step (16), the component (10) is applied by means of an additive manufacturing process on a base plate (12) designed for this purpose at a first temperature (T1) of the base plate (12) is formed within a first spatial section (20) of the system (14) and in a second method step (18) a heat treatment of the component (10) is carried out, characterized in that in the first method step (16) at least partially a temperature increase for the subsequent heat treatment of the component (10) in the second method step (18) is carried out within the first spatial section (20) or in the first method step (16) the temperature increase for the subsequent heat treatment in the second method step (18) is at least partially carried out of the component (10) carried out within the first spatial section (20). t and in a second spatial section (22) of the system (14) assigned to the first spatial section (20) and spatially separated from the first spatial section (20), the temperature increase for the heat treatment in the second method step (18) is carried out further or the temperature increase for the heat treatment in the first method step (18) is carried out in the first spatial section (20) and the heat treatment in the second method step (18) is carried out in the second spatial section (22) or the temperature increase for the heat treatment in the second method step (18) is carried out in the second spatial section Section (22) of the system (14) is carried out and a temperature reduction for the heat treatment of the component (10) is carried out in the second method step (18). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) auf der Grundplatte (12) vom ersten räumlichen Abschnitt (20) innerhalb des zweiten räumlichen Abschnitts (22) ohne eine wesentliche Temperatursenkung des Bauteils (10) verlagert wird.procedure after claim 1 , characterized in that the component (10) on the base plate (12) is displaced from the first spatial section (20) within the second spatial section (22) without a substantial temperature reduction of the component (10). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer zweiten Temperatur (T2) durchgeführt wird, welche um mindestens 5 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 10 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 15 Grad Celsius höher ist als die erste Temperatur (T1) der Grundplatte (12).procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the heat treatment is carried out at a second temperature (T2) which is at least 5 degrees Celsius, in particular at least 10 degrees Celsius, in particular at least 15 degrees Celsius higher than the first temperature (T1) of the base plate (12 ). Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf des additiven Fertigungsprozesses, die erste Temperatur (T1) der Grundplatte (12) um mindestens 5 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 10 Grad Celsius, insbesondere um mindestens 15 Grad Celsius mittels einer der Grundplatte (12) zugeordneten Heizvorrichtung (38) zum Erhitzen der Grundplatte (12) erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the course of the additive manufacturing process, the first temperature (T1) of the base plate (12) by at least 5 degrees Celsius, in particular by at least 10 degrees Celsius, in particular by at least 15 degrees Celsius by means of one of Base plate (12) associated heating device (38) for heating the base plate (12) is increased. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung spätestens 60 Minuten, insbesondere spätestens 30 Minuten, insbesondere spätestens 10 Minuten nach Beendigung des additiven Fertigungsprozesses beginnt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heat treatment begins no later than 60 minutes, in particular no later than 30 minutes, in particular no later than 10 minutes after the end of the additive manufacturing process. Anlage (14) zum Durchführen eines Verfahrens zur additiven Fertigung eines Bauteils (10) mit einem ersten räumlichen Abschnitt (20), welcher dazu ausgebildet ist, bei einem ersten Verfahrensschritt (16) mittels eines additiven Fertigungsprozesses das Bauteil (10) auf einer dafür ausgebildeten Grundplatte (12) mit einer ersten Temperatur (T1) der Grundplatte (12) zu fertigen, und mittels welcher in einem zweiten Verfahrensschritt (18) eine Wärmebehandlung des Bauteils (10) durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt (16) wenigstens teilweise eine Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt (18) sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils (10) innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts (20) durchführbar ist oder im ersten Verfahrensschritt (16) wenigstens teilweise die Temperaturerhöhung für die im zweiten Verfahrensschritt (18) sich anschließende Wärmebehandlung des Bauteils (10) innerhalb des ersten räumlichen Abschnitts (20) durchführbar und in ein dem ersten räumlichen Abschnitt (20) zugeordneten und vom ersten räumlichen Abschnitt (20) räumlich getrennten zweiten räumlichen Abschnitt (22) der Anlage (14) die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) weiter durchführbar ist oder die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im ersten Verfahrensschritt (18) im ersten räumlichen Abschnitt (20) durchführbar und die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) im zweiten räumlichen Abschnitt (22) durchführbar ist oder die Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung im zweiten Verfahrensschritt (18) im zweiten räumlichen Abschnitt (22) der Anlage (14) durchführbar ist und eine Temperatursenkung für die Wärmebehandlung des Bauteils (10) im zweiten Verfahrensschritt (18) durchführbar ist.System (14) for carrying out a method for additive manufacturing of a component (10) with a first spatial section (20) which is designed to, in a first method step (16) by means of an additive manufacturing process, the component (10) on a specially designed to produce the base plate (12) with a first temperature (T1) of the base plate (12), and by means of which a heat treatment of the component (10) can be carried out in a second method step (18), characterized in that in the first method step (16) at least partially a temperature increase for the subsequent heat treatment of the component (10) in the second method step (18) within the first spatial section (20) can be carried out or in the first method step (16) at least partially the temperature increase for the subsequent in the second method step (18). Heat treatment of the component (10) can be carried out within the first spatial section (20). and in a second spatial section (22) of the system (14) assigned to the first spatial section (20) and spatially separate from the first spatial section (20), the temperature increase for the heat treatment in the second method step (18) can be carried out further or the temperature increase for the heat treatment in the first method step (18) can be carried out in the first spatial section (20) and the heat treatment in the second method step (18) can be carried out in the second spatial section (22) or the temperature increase for the heat treatment in the second method step (18) can be carried out in the second spatial section (22) of the system (14) can be carried out and a temperature reduction for the heat treatment of the component (10) in the second method step (18) can be carried out.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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