DE102021101331A1

DE102021101331A1 - Kontrollierte faserorientierung in additiv gefertigte bauteile

Info

Publication number: DE102021101331A1
Application number: DE102021101331.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew T. Cunningham; Ali Shabbir; Zachary P. Steffes; Paul J. Wolcott
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US20210260656A1; CN113275592A; CN113275592B; US11504769B2

Abstract

Verfahren zum Bilden eines additiv hergestellten Bauteils, umfassend das Aufbringen einer ersten Schicht von Aufbaumaterial auf einer Aufbauplattform innerhalb einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, das Aufbringen von Verstärkungsfasern in die erste Schicht von Aufbaumaterial, das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht von Aufbaumaterial, das Absenken der Aufbauplattform, das Aufbringen einer zweiten Schicht von Aufbaumaterial auf die erste Schicht von Aufbaumaterial, das Aufbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Schicht von Aufbaumaterial und das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht von Aufbaumaterial.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen und Verfahren zur additiven Fertigung im Pulverbett. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf eine Vorrichtung zur additiven Fertigung im Pulverbett und auf Verfahren zur Bildung eines additiv hergestellten Bauteils mit darin eingebetteten Fasern und zur selektiven Ausrichtung der Fasern zur Steuerung der mechanischen Eigenschaften des additiv hergestellten Bauteils.
In jüngster Zeit haben sich additive Fertigungsverfahren als Alternativen zu Guss- und Bearbeitungsmethoden herauskristallisiert. Die additive Fertigung wird auch als „Schichtbau“, „Lasersintern“, „Rückwärtsbearbeitung“ und „3-D-Druck“ bezeichnet. Diese Begriffe werden für die Zwecke der vorliegenden Offenlegung als Synonyme behandelt. Grundsätzlich basieren die additiven Fertigungstechnologien auf dem Konzept des schichtweisen Aufbaus von Material im Querschnitt, um ein 3D-Bauteil zu bilden. Gemeinsam ist den additiven Fertigungstechnologien die Verwendung einer 3D-Modellierungssoftware (Computer Aided Design oder CAD), einer Maschinenausrüstung und des schichtweisen Aufbaus von Material. Sobald eine CAD-Skizze erstellt ist, liest die Maschinenausrüstung Daten aus der CAD-Datei ein und verwendet aufeinanderfolgende Schichten eines gewünschten Materials, um das 3D-Bauteil herzustellen.
Im Gegensatz zu Gussverfahren ist die additive Fertigung nicht durch die Notwendigkeit eingeschränkt, Entformungswinkel vorzusehen, Überstände zu vermeiden usw. Die additive Fertigung vereinfacht und reduziert auch die Kosten, die mit der Herstellung von Bauteilen aus Metalllegierungen verbunden sind, im Vergleich zu typischen Guss- und Bearbeitungsmethoden.
Einige spezifische additive Fertigungsverfahren verwenden eine Pulverbettschmelztechnik, um Pulver in additiven Schritten zu verschmelzen und ein Bauteil herzustellen. Bei einigen additiven Fertigungsverfahren wird beispielsweise ein Energiestrahl verwendet, um eine Pulverschicht in einem Pulverbett in additiven Schritten zu verschmelzen. Einige Beispiele für solche additiven Pulverbett-Fertigungsverfahren sind das Direkte Metall-Laser-Sintern/Fusion (DMLS)/(DMLF), das Selektive Laser-Sintern/Fusion (SLS)/(SLF) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Bei diesen Verfahren wird eine Pulverschicht im Pulverbett mit einem darunter liegenden, teilweise geformten Bauteil (oder einer Ausgangskomponente) verschmolzen, um dem Bauteil eine neue Schicht hinzuzufügen. Eine neue Pulverschicht wird in das Pulverbett und über die zuvor gebildete Schicht des partiell geformten Bauteils aufgetragen, und die neue Pulverschicht wird ebenfalls mit dem Bauteil verschmolzen. Der Vorgang des Ablegens und Aufschmelzens wird mehrmals wiederholt, um eine Vielzahl von Schichten auf dem teilweise geformten Bauteil zu erzeugen, die schließlich das Bauteil bilden.
Das Mischen von kurzen Fasern mit einem Polymer kann helfen, ein Verbundbauteil mit verbesserten Materialeigenschaften zu erzeugen. Die Faserverstärkung kann zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, einer Verringerung der thermischen Ausdehnung, einer wesentlich geringeren Verformung bei größeren Drucken, einer Verringerung der Eigenspannungen innerhalb des Bauteils und einer Erhöhung der Maßgenauigkeit der gedruckten Bauteile führen. Darüber hinaus kann die Faserverstärkung auch die Festigkeit und Steifigkeit von additiv gefertigten Bauteilen wesentlich erhöhen und die thermische Beständigkeit bzw. die Wärmeformbeständigkeit erhöhen, wodurch sich das Potenzial für Endverbrauchsteile (über das Prototyping hinaus) erhöht.
Die derzeitigen Methoden zur Herstellung von faserverstärkten, additiv gefertigten Bauteilen sind jedoch auf die Verwendung von kurzen Fasern beschränkt. Einschränkungen in Bezug auf die Art und Weise, wie die Fasern vor dem additiven Fertigungsprozess in das Material eingebracht werden, und der additive Fertigungsprozess selbst begrenzen die Größe der Fasern innerhalb eines additiv gefertigten Bauteils. Darüber hinaus bieten die derzeitigen Verfahren zur Herstellung faserverstärkter additiv gefertigter Bauteile nur begrenzte Möglichkeiten, die Ausrichtung der in die Struktur eines additiv gefertigten Bauteils eingebetteten Fasern zu steuern.
Während die derzeitigen Vorrichtungen und Verfahren zur additiven Fertigung ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, besteht daher ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zur Herstellung eines additiv gefertigten Bauteils, das darin eingebettete Verstärkungsfasern mittlerer Länge enthält, wobei die Ausrichtung solcher Fasern selektiv gesteuert werden kann, um verbesserte mechanische Eigenschaften innerhalb des additiv gefertigten Bauteils zu erzeugen.
BESCHREIBUNG
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Bilden eines additiv hergestellten Bauteils das Aufbringen einer ersten Schicht von Aufbaumaterial auf einer Aufbauplattform innerhalb einer additiven Fertigungsvorrichtung, das Aufbringen von Verstärkungsfasern in die erste Schicht von Aufbaumaterial, das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht von Aufbaumaterial, das Absenken der Aufbauplattform, das Aufbringen einer zweiten Schicht von Aufbaumaterial auf der ersten Schicht von Aufbaumaterial, das Aufbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Schicht von Aufbaumaterial und das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht von Aufbaumaterial.
Gemäß einem anderen Aspekt haben die erste und die zweite Schicht des Aufbaumaterials eine Schichtdicke, und das Einbringen von Verstärkungsfasern in die erste und die zweite Schicht des Aufbaumaterials umfasst ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern mit einer Länge, die zwischen dem etwa 0,1-fachen der Schichtdicke und dem etwa 2-fachen der Schichtdicke liegt, in die erste und die zweite Schicht des Aufbaumaterials.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Aufbringen einer ersten Schicht von Aufbaumaterial auf einer Aufbauplattform innerhalb einer Vorrichtung zur additiven Fertigung ferner das Aufbringen einer ersten Schicht von Pulver auf einer Aufbauplattform innerhalb einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, wobei das Verfahren ferner das Bilden einer ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils nach dem Orientieren der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht von Pulver umfasst, und das Ablagern einer zweiten Schicht von Aufbaumaterial auf der ersten Schicht von Aufbaumaterial weiterhin das Ablagern einer zweiten Schicht von Pulver auf der ersten Schicht von Pulver und der ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils umfasst, wobei das Verfahren weiterhin das Bilden einer zweiten Schicht des additiv hergestellten Bauteils nach dem Orientieren der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht von Pulver umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Einbringen von Verstärkungsfasern in die erste Pulverschicht ferner das Beflocken von Verstärkungsfasern in die erste Pulverschicht in einer gewünschten Form, und das Einbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Pulverschicht umfasst ferner das Beflocken von Verstärkungsfasern in die zweite Pulverschicht in einer gewünschten Form.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Beflocken von Verstärkungsfasern in die erste Schicht des Pulvers ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern in die erste Schicht des Pulvers mit einem von Schwerkraft und elektromagnetischer Ladung, und das Beflocken von Verstärkungsfasern in die zweite Schicht des Pulvers umfasst ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Schicht des Pulvers mit einem von Schwerkraft und elektromagnetischer Ladung.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Verfahren ferner die Steuerung der Orientierung der Verstärkungsfasern, während die Verstärkungsfasern mit mechanischen Richtmaschinen in die erste und zweite Pulverschicht beflockt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Einbringen von Verstärkungsfasern in die erste Pulverschicht ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern, die entweder aus einem ferromagnetischen Material hergestellt oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, in die erste Pulverschicht, und das Einbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Pulverschicht umfasst ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern, die entweder aus einem ferromagnetischen Material hergestellt oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, in die zweite Pulverschicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht des Pulvers ferner das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes, um die Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht des Pulvers neu auszurichten, und das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Pulvers umfasst ferner das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes, um die Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Pulvers neu auszurichten.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes zur Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Pulverschicht ferner das selektive Abstimmen des elektromagnetischen Feldes, um die Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Pulverschicht genau zu steuern, und das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes zur Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Pulverschicht umfasst ferner das selektive Abstimmen des elektromagnetischen Feldes, um die Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Pulverschicht genau zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes zur Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Pulverschicht ferner das Ziehen von Verstärkungsfasern, die teilweise innerhalb der ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils eingebettet sind, nach oben in die zweite Pulverschicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Bilden der ersten und zweiten Schicht des additiv hergestellten Bauteils das Bilden der ersten und zweiten Schicht des additiv hergestellten Bauteils durch eines der Verfahren Pulverbettschmelzen, Binderstrahlen, Materialstrahlen und gerichtete Energieabscheidung.
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Bilden eines additiv hergestellten Bauteils das Aufbringen einer ersten Schicht aus Pulver auf einer Aufbauplattform innerhalb einer additiven Fertigungsvorrichtung, das Beflocken von Verstärkungsfasern, die entweder aus einem ferromagnetischen Material hergestellt oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, in die erste Schicht aus Pulver in einer gewünschten Form mit Schwerkraft oder elektromagnetischer Ladung, Steuern der Ausrichtung der Verstärkungsfasern, während die Verstärkungsfasern in die erste Schicht des Pulvers mit mechanischen Richtvorrichtungen beflockt werden, Betätigen eines elektromagnetischen Feldes, um die Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht des Pulvers neu auszurichten, Abstimmen des elektromagnetischen Feldes, um die Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht des Pulvers genau zu steuern, Bilden einer ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils, Absenken der Aufbauplattform, Aufbringen einer zweiten Schicht aus Pulver auf die erste Schicht aus Pulver und die erste Schicht des additiv hergestellten Bauteils, Beflocken von Verstärkungsfasern, die entweder aus einem ferromagnetischen Material bestehen oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, in die zweite Schicht aus Pulver in einer gewünschten Form mit entweder der Schwerkraft oder elektromagnetischer Ladung, Steuern der Orientierung der Verstärkungsfasern, während die Verstärkungsfasern in die zweite Schicht aus Pulver mit mechanischen Richtgeräten beflockt werden, Betätigen eines elektromagnetischen Feldes, um die Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Pulvers neu zu orientieren und um Verstärkungsfasern, die teilweise innerhalb der ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils eingebettet sind, nach oben in die zweite Schicht des Pulvers zu ziehen, Abstimmen des elektromagnetischen Feldes, um die Neuorientierung der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Pulvers genau zu steuern, und Bilden einer zweiten Schicht des additiv hergestellten Bauteils.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Bilden der ersten und zweiten Schicht des additiv hergestellten Bauteils das Bilden der ersten und zweiten Schicht des additiv hergestellten Bauteils durch eines der Verfahren Pulverbettschmelzen, Binderstrahlen, Materialstrahlen und gerichtete Energieabscheidung.
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eine Aufbauplattform, die so angepasst ist, dass sie ein additiv hergestelltes Bauteil trägt, während das additiv hergestellte Bauteil erzeugt wird, wobei die Aufbauplattform so angepasst ist, dass sie sich absenkt, wenn aufeinanderfolgende Schichten eines additiv hergestellten Bauteils gebildet werden, einen Behälter zur Aufnahme eines Volumens von Pulver, aus dem das additiv hergestellte Bauteil gebildet werden soll, eine Wiederbeschichtungseinrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie Pulver aus dem Behälter auf die Aufbauplattform schiebt, um eine Pulverschicht auf der Aufbauplattform abzulagern, eine Beflockungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie Verstärkungsfasern in eine Pulverschicht auf der Aufbauplattform ablagert, eine Ausrichtungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie Verstärkungsfasern, die in eine Pulverschicht auf der Aufbauplattform beflockt worden sind, neu ausrichtet, und einen Schmelzmechanismus, der so ausgebildet ist, dass er das Pulver in einer gewünschten Form verschmilzt, um eine Schicht des additiv hergestellten Bauteils aus einer Pulverschicht auf der Aufbauplattform zu bilden.
Nach einem anderen Aspekt ist die Beflockungseinheit dazu geeignet, Verstärkungsfasern in eine Pulverschicht in einer gewünschten Form einzubringen.
Gemäß einem weiteren Aspekt enthält die Beflockungseinheit mechanische Richtvorrichtungen, die geeignet sind, die Ausrichtung der Verstärkungsfasern zu steuern, während die Verstärkungsfasern abgelegt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Beflockungseinheit so angepasst, dass sie Verstärkungsfasern ablagert, die entweder aus einem ferromagnetischen Material hergestellt oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, und die Ausrichtungseinheit ist so angepasst, dass sie selektiv ein elektromagnetisches Feld erzeugt, um die Verstärkungsfasern innerhalb einer Pulverschicht neu auszurichten und Verstärkungsfasern, die teilweise in einer zuvor gebildeten angrenzenden Schicht des additiv hergestellten Bauteils eingebettet sind, nach oben in eine Pulverschicht zu ziehen, die auf der zuvor gebildeten Schicht des additiv hergestellten Bauteils abgelagert ist, wobei das elektromagnetische Feld abstimmbar ist, um die Neuausrichtung und das Ziehen der Verstärkungsfasern genau zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Schmelzmechanismus so ausgelegt, dass er selektiv einen Schmelzpool erzeugt und das Pulver in eine gewünschte Form schmelzt, wodurch eine Schicht des additiv hergestellten Bauteils gebildet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt ist der Schmelzmechanismus so angepasst, dass er einen Schmelzpool erzeugt und das Pulver selektiv in eine gewünschte Form durch eines der folgenden Verfahren schmelzen kann: Direktes Metall-Lasersintern (DMLS), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), selektives Wärmesintern (SHS), selektives Laserschmelzen (SLM) und selektives Lasersintern (SLS).
Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Schmelzmechanismus so ausgelegt, dass er einen Klebstoff auf eine Pulverschicht in einer gewünschten Form aufbringt, wodurch das Pulver in eine gewünschte Form verschmolzen wird und eine Schicht des additiv hergestellten Bauteils entsteht.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich von selbst, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine schematische Ansicht einer additiven Fertigungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
2 ist eine schematische Ansicht der in 1 dargestellten additiven Fertigungsvorrichtung, wobei ein Portal über eine Aufbauplattform der additiven Fertigungsvorrichtung bewegt wird;
3 ist eine schematische Ansicht einer Beflockungseinheit für eine additive Fertigungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
4 ist eine schematische Seitenansicht von ersten und zweiten Schichten aus Pulver und Verstärkungsfasern, die vertikal in das Pulver beflockt werden;
5 ist eine schematische Ansicht einer Beflockungseinheit für eine additive Fertigungsvorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform; und
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines additiv gefertigten Bauteils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine additive Fertigungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 10 umfasst eine Aufbauplattform 12, die geeignet ist, ein additiv gefertigtes Bauteil 14 zu tragen, während das additiv gefertigte Bauteil 14 erzeugt wird. Die Aufbauplattform 12 kann selektiv vertikal angehoben und abgesenkt werden. Wenn ein additiv hergestelltes Bauteil 14 erzeugt wird, senkt sich die Aufbauplattform 12, wenn aufeinanderfolgende Schichten des additiv hergestellten Bauteils 14 gebildet werden. Ein neben der Aufbauplattform 12 positionierter Behälter 16 enthält ein Volumen an Pulver 18, aus dem das additiv gefertigte Bauteil 14 geformt werden soll. Der Behälter 16 enthält einen Boden 20, der selektiv vertikal angehoben und abgesenkt werden kann.
Ein Wiederbeschichter 22 ist so ausgelegt, dass er das Pulver 18 aus dem Behälter 16 auf die Aufbauplattform 12 schiebt, um eine Schicht des Pulvers 18 auf die Aufbauplattform 12 oder auf das zu erstellende additiv gefertigte Bauteil 14 aufzubringen. Der Wiederbeschichter 22 kann eine Rolle oder eine Klinge sein und ist auf einem Portal 24 montiert, das sich innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung 10 horizontal hin und her bewegt. Wie in 1 dargestellt, bewegt sich das Portal 24 in Richtung der Aufbauplattform 12, wie durch den Pfeil 26 angezeigt. Während sich das Portal 24 auf die Aufbauplattform 12 zubewegt, drückt der Wiederbeschichter 22 das Pulver 18 von der Oberseite des Volumens des Pulvers 18 innerhalb des Behälters 16. Wie in 2 dargestellt, bewegt sich das Portal 24 weiter in Richtung Aufbauplattform 12 und schiebt das Pulver 18 nach oben, so dass eine neue Schicht des Pulvers 18 auf der Aufbauplattform 12 oder auf der Oberseite des additiv gefertigten Bauteils 14 entsteht, das gerade hergestellt wird.
Eine Beflockungseinheit 28 und eine Ausrichtungseinheit 30 sind ebenfalls auf dem Portal 24 montiert und bewegen sich zusammen mit dem Wiederbeschichter 22 innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung 10. Die Beflockungseinheit 28 ist neben dem Wiederbeschichter 22 positioniert und kann Verstärkungsfasern 32 in die Pulverschicht 18 einbringen, die auf der Aufbauplattform 12 verteilt wurde. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Beflockungseinheit 28 Verstärkungsfasern 32 in einer gewünschten Form in die Pulverschicht 18 einbringen, so dass die Verstärkungsfasern 32 nur in das Pulver 18 eingebracht werden, das zur Herstellung des additiv gefertigten Bauteils 14 geschmolzen wird.
Bezug nehmend auf 3, in einer beispielhaften Ausführungsform lässt die Beflockungseinheit 28 die Verstärkungsfasern 32 fallen und die Schwerkraft drückt die Verstärkungsfasern 32 in die Schicht aus Pulver 18. Die Beflockungseinheit 28 enthält mechanische Richtvorrichtungen 34, die geeignet sind, die Ausrichtung der Verstärkungsfasern 32 zu steuern, während die Verstärkungsfasern 32 abgelegt werden. Beispielsweise können die mechanischen Richteinrichtungen 34 so angepasst sein, dass die Verstärkungsfasern 32 vertikal in die Pulverschicht 18 beflockt werden, um das Eindringen der Verstärkungsfasern 32 in die Pulverschicht 18 zu verbessern, wie in 3 gezeigt.
Bezug nehmend auf 4 stellen die mechanischen Richtvorrichtungen 34 sicher, dass die Verstärkungsfasern 32 vertikal in eine Schicht aus Pulver 18 eingespritzt werden, wobei ein freies Ende 40 der Verstärkungsfasern 32 freiliegt, nachdem die Schicht aufgeschmolzen wurde. Die freien Enden 40 der Verstärkungsfasern 32 innerhalb einer ersten Schicht 36 des Pulvers 18, die zu einer ersten Schicht 36' des additiv hergestellten Bauteils 14 aufgeschmolzen wurde, erstrecken sich nach oben in eine zweite Schicht 38 des nicht aufgeschmolzenen Pulvers 18, die auf dem additiv hergestellten Bauteil 14 verteilt ist. Wenn die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 in eine zweite Schicht 38' des additiv hergestellten Bauteils 14 eingeschmolzen wird, werden die freien Enden 40 von der zweiten Schicht 38' eingekapselt, so dass sich die Verstärkungsfasern 32 zwischen den Schichten 36', 38' des additiv hergestellten Bauteils 14 erstrecken und dem additiv hergestellten Bauteil 14 zusätzliche Festigkeit verleihen.
Bezug nehmend auf 5 enthält die Beflockungseinheit 28 in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eine Vorrichtung 42 zur Erzeugung einer elektromagnetischen Ladung und nutzt die elektromagnetische Ladung, um die Verstärkungsfasern 32 anzuziehen und in die Pulverschichten 18 zu ziehen.
Die Ausrichtungseinheit 30 ist neben der Beflockungseinheit 28 angeordnet und kann Verstärkungsfasern 32, die in die Pulverschicht 18 auf der Aufbauplattform 12 beflockt wurden, neu ausrichten. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern 32 entweder aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, oder die Verstärkungsfasern 32 sind aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt und dann mit einem ferromagnetischen Material beschichtet.
Die Ausrichtungseinheit 30 ist so ausgelegt, dass sie selektiv ein elektromagnetisches Feld erzeugt, um die Verstärkungsfasern 32, die in der Pulverschicht 18 abgelagert wurden, neu auszurichten. Zusätzlich zieht die Ausrichtungseinheit 30 freie Enden 40 von Verstärkungsfasern, die teilweise in einer zuvor gebildeten benachbarten Schicht des additiv hergestellten Bauteils 14 eingebettet sind, nach oben in die Schicht aus frischem Pulver 18, die auf der zuvor gebildeten Schicht des additiv hergestellten Bauteils 14 abgelagert wurde. Dies führt zu einer Verstärkung, die sich zwischen benachbarten Schichten 36, 38 des additiv hergestellten Bauteils 14 erstreckt, wie in 4 gezeigt.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält die Ausrichtungseinheit 30 einen Controller, der dazu geeignet ist, das elektromagnetische Feld selektiv abzustimmen, um die Neuorientierung und das Ziehen der Verstärkungsfasern 32 präzise zu steuern. Der Controller ist eine nicht-generalisierte, elektronische Steuervorrichtung mit einem vorprogrammierten Digitalcomputer oder Prozessor, einem Speicher oder einem nicht-transitorischen computerlesbaren Medium, das zum Speichern von Daten wie Steuerlogik, Softwareanwendungen, Anweisungen, Computercode, Daten, Nachschlagetabellen usw. verwendet wird, und einem Transceiver oder Eingangs-/Ausgangsanschlüssen. Ein computerlesbares Medium umfasst jede Art von Medium, auf das ein Computer zugreifen kann, wie z. B. einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein Festplattenlaufwerk, eine Compact Disc (CD), eine Digital Video Disc (DVD) oder jede andere Art von Speicher. Ein „nicht-transitorisches“ computerlesbares Medium schließt verdrahtete, drahtlose, optische oder andere Kommunikationsverbindungen aus, die transitorische elektrische oder andere Signale transportieren. Ein nicht-transitorisches computerlesbares Medium umfasst Medien, auf denen Daten dauerhaft gespeichert werden können, und Medien, auf denen Daten gespeichert und später überschrieben werden können, wie z. B. eine wiederbeschreibbare optische Disk oder ein löschbares Speichergerät. Computercode umfasst jede Art von Programmcode, einschließlich Quellcode, Objektcode und ausführbarem Code.
Ein Schmelzmechanismus 44 ist in der additiven Fertigungsvorrichtung 10 angebracht und kann das Pulver 18 in einer gewünschten Form schmelzen, um eine Schicht des additiv hergestellten Bauteils 14 aus der Schicht des Pulvers 18 zu bilden, die auf der Aufbauplattform 12 verteilt wurde. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Schmelzmechanismus 44 so ausgelegt, dass er selektiv ein Schmelzbad erzeugt und das Pulver 18 in eine gewünschte Form schmelzt, wodurch eine Schicht des additiv hergestellten Bauteils 14 gebildet wird.
Die neuen Aspekte der vorliegenden Offenbarung funktionieren mit vielen Verfahren zur Herstellung additiv gefertigter Bauteile 14, wie z. B. dem direkten Metall-Lasersintern (DMLS), dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM), dem selektiven Wärmesintern (SHS), dem selektiven Laserschmelzen (SLM) und dem selektiven Lasersintern (SLS). In der in 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst die additive Fertigungsvorrichtung 10 einen Laser 46 und einen Refraktor 48, um einen Laserstrahl auf die Aufbauplattform 12 zu richten, um ein Schmelzbad zu erzeugen und das Pulver 18 in eine gewünschte Form zu schmelzen. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist der Schmelzmechanismus 44 so ausgelegt, dass er einen Klebstoff auf die Schicht des Pulvers 18 in einer gewünschten Form aufträgt, wodurch das Pulver 18 in eine gewünschte Form verschmolzen wird und eine Schicht des additiv gefertigten Bauteils 14 entsteht.
In 6 ist in 100 ein Verfahren zur Herstellung eines additiv gefertigten Bauteils 14 dargestellt. Beginnend mit Block 102 umfasst das Verfahren das Aufbringen einer ersten Schicht 36 des Aufbaumaterials auf der Aufbauplattform 12 innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung 10. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung zur additiven Fertigung 10 eine Vorrichtung zur additiven Fertigung im Pulverbettschmelzverfahren und das Aufbaumaterial ist Pulver 18. Das Portal 24 bewegt sich von einer Position oberhalb des Behälters 16 für das Pulver 18, wie in 1 dargestellt, in Richtung der Aufbauplattform 12, wie durch Pfeil 26 angezeigt. Der Wiederbeschichter 22 schiebt das Pulver 18 aus dem Behälter 16 auf die Aufbauplattform 12, um die erste Schicht 36 des Pulvers 18 auf der Aufbauplattform 12 zu verteilen.
In Block 104 umfasst das Verfahren ferner das Aufbringen von Verstärkungsfasern 32 in die erste Schicht 36 des Aufbaumaterials (Pulver 18). In einer beispielhaften Ausführungsform hat die erste Schicht 36 des Aufbaumaterials eine Schichtdicke 50, und die abgelagerten Verstärkungsfasern 32 haben eine Länge, die zwischen dem etwa 0,1-fachen der Schichtdicke 50 und dem etwa 2-fachen der Schichtdicke 50 liegt. Weiterhin sind die Verstärkungsfasern 32 entweder aus einem ferromagnetischen Material oder aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt und anschließend mit einem ferromagnetischen Material beschichtet.
In Block 106 beinhaltet das Ablegen der Verstärkungsfasern 32 in die erste Schicht 36 in einer beispielhaften Ausführungsform das Beflocken der Verstärkungsfasern 36 in die erste Schicht 36 des Pulvers 18 in einer gewünschten Form, entsprechend der Form des zu erstellenden additiv hergestellten Bauteils 14. Während sich das Portal 24 innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung 10 bewegt, folgt die Beflockungseinheit 28 dem Wiederbeschichter 22 und trägt die Verstärkungsfasern 32 in die erste Schicht 36 des Pulvers 18 ein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das Beflocken der Verstärkungsfasern 32 in die erste Schicht 36 des Pulvers 18 in Block 108 das Einbringen der Verstärkungsfasern 32 in die erste Schicht 36 des Pulvers 18 entweder durch Schwerkraft, wie in 3 gezeigt, oder durch elektromagnetische Ladung, wie in 5 gezeigt. In Block 110 umfasst das Verfahren die Steuerung der Orientierung der Verstärkungsfasern 32, während die Verstärkungsfasern 32 in die erste Schicht 36 des Pulvers 18 mit mechanischen Richtvorrichtungen 34 beflockt werden, wie in 3 gezeigt.
Weiter zu Block 112, nachdem die Verstärkungsfasern 36 in die erste Schicht 36 des Pulvers 18 eingebracht worden sind, beinhaltet das Verfahren das Ausrichten der Verstärkungsfasern 32 innerhalb der ersten Schicht 36. In Block 114 umfasst das Ausrichten der Verstärkungsfasern 32 das selektive Aktivieren eines elektromagnetischen Feldes, um die Verstärkungsfasern 32 innerhalb der ersten Schicht 36 des Pulvers 18 neu auszurichten. Die Ausrichtungseinheit 30 ist auf dem Portal 24 neben der Beflockungseinheit 28 angebracht und folgt der Beflockungseinheit 28 über die erste Schicht 36 des Pulvers 18, während sich das Portal 24 über die Aufbauplattform 12 bewegt. Die Ausrichtungseinheit 30 wird betätigt, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das auf die Verstärkungsfasern 32 einwirkt, die in die erste Schicht 36 des Pulvers 18 eingebracht wurden. Da die Verstärkungsfasern 32 entweder ferromagnetisch oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, wird das elektromagnetische Feld auf die Verstärkungsfasern 32 einwirken und je nach Stärke und Ausrichtung des elektromagnetischen Feldes die Verstärkungsfasern 32 in kontrollierbarer und vorhersehbarer Weise neu ausrichten.
Weiter zu Block 116: In einer beispielhaften Ausführungsform wird das von der Ausrichtungseinheit 30 erzeugte elektromagnetische Feld selektiv abgestimmt, um die Neuausrichtung der Verstärkungsfasern 32 innerhalb der ersten Schicht 36 des Pulvers 18 präzise zu steuern. Dadurch kann die Ausrichtung der Verstärkungsfasern 32 für verschiedene Anwendungen und unterschiedliche Anforderungen an die Produktleistung maßgeschneidert werden.
In Block 118 umfasst das Verfahren die Bildung einer ersten Schicht 36' des additiv hergestellten Bauteils 14, nachdem die Verstärkungsfasern 32 innerhalb der ersten Schicht 36 aus Pulver 18 ausgerichtet wurden. Die erste Schicht 36' des additiv hergestellten Bauteils 14 wird durch Schmelzen ausgewählter Teile der ersten Schicht 36 des Pulvers 18 in eine gewünschte Form gebracht. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Pulver 18 durch Pulverbettschmelzen, Binderstrahlverfahren, Materialstrahlverfahren oder gerichtete Energieabscheidung verschmolzen werden.
Nachdem die erste Schicht 36' des additiv gefertigten Bauteils 14 gebildet wurde, wird die Aufbauplattform 12 in Block 120 abgesenkt, wie durch Pfeil 52 gezeigt. Das Portal 24 bewegt sich zurück über den Behälter 16. Nachdem sich das Portal 24 und der Wiederbeschichter 22 zurückbewegt haben, wird der Boden 20 des Behälters 16 nach oben bewegt, wie durch Pfeil 54 angezeigt, wodurch das Pulvervolumen 18 nach oben gedrückt wird. In Block 122 wird eine zweite Schicht 38 des Aufbaumaterials (Pulver 18) auf die erste Schicht 36' des additiv gefertigten Bauteils 14 aufgetragen.
In Block 124 umfasst das Verfahren ferner das Aufbringen von Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18. In einer beispielhaften Ausführungsform hat die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 eine Schichtdicke 50, und die abgeschiedenen Verstärkungsfasern 32 haben eine Länge, die zwischen dem etwa 0,1-fachen der Schichtdicke 50 und dem etwa 2-fachen der Schichtdicke 50 liegt. Weiterhin sind die Verstärkungsfasern 32 entweder aus einem ferromagnetischen Material oder aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt und anschließend mit einem ferromagnetischen Material beschichtet.
Weiter zu Block 126: In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Ablegen von Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 das Beflocken der Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 in einer gewünschten Form, entsprechend der Form des zu erstellenden additiv hergestellten Bauteils 14. Während sich das Portal 24 innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung 10 bewegt, folgt die Beflockungseinheit 28 dem Wiederbeschichter 22 und trägt die Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 ein. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das Beflocken der Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 das Einbringen der Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 entweder durch Schwerkraft, wie in 3 gezeigt, oder durch elektromagnetische Ladung, wie in 5 gezeigt. In Block 130 umfasst das Verfahren die Steuerung der Orientierung der Verstärkungsfasern 32, während die Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 des Pulvers mit mechanischen Richtvorrichtungen 34 beflockt werden, wie in 3 gezeigt.
Weiter zu Block 132, nachdem die Verstärkungsfasern 32 in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 eingebracht worden sind, umfasst das Verfahren das Ausrichten der Verstärkungsfasern 32 innerhalb der zweiten Schicht 38. In Block 134 umfasst das Ausrichten der Verstärkungsfasern 32 das selektive Aktivieren eines elektromagnetischen Feldes, um die Verstärkungsfasern 32 innerhalb der zweiten Schicht 38 des Pulvers 18 neu auszurichten. Die Ausrichtungseinheit 30 ist auf dem Portal 24 neben der Beflockungseinheit 28 angebracht und folgt der Beflockungseinheit 28 über die zweite Schicht 38 des Pulvers 18, während sich das Portal 24 über die Aufbauplattform 12 bewegt. Die Ausrichtungseinheit 30 wird betätigt, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das auf die Verstärkungsfasern 32 einwirkt, die in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 eingebracht wurden. Da die Verstärkungsfasern 32 entweder ferromagnetisch oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, wird das elektromagnetische Feld auf die Verstärkungsfasern 32 einwirken und je nach Stärke und Ausrichtung des elektromagnetischen Feldes die Verstärkungsfasern 32 in kontrollierbarer und vorhersehbarer Weise neu ausrichten.
Weiter zu Block 136: In einer beispielhaften Ausführungsform wird das von der Ausrichtungseinheit 30 erzeugte elektromagnetische Feld selektiv abgestimmt, um die Neuausrichtung der Verstärkungsfasern 32 innerhalb der zweiten Schicht 38 des Pulvers 18 präzise zu steuern. Dadurch kann die Ausrichtung der Verstärkungsfasern für verschiedene Anwendungen und unterschiedliche Anforderungen an die Produktleistung maßgeschneidert werden.
In Block 138 wird in einer beispielhaften Ausführungsform ein elektromagnetisches Feld selektiv betätigt, um die Verstärkungsfasern 32 innerhalb der zweiten Schicht 38 des Pulvers 18 neu auszurichten, wobei außerdem freie Enden 40 von Verstärkungsfasern 32, die teilweise in der ersten Schicht 36' des additiv hergestellten Bauteils 14 eingebettet sind, nach oben in die zweite Schicht 38 des Pulvers 18 gezogen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass sich einige der Verstärkungsfasern 32 über und zwischen der ersten und zweiten Schicht 36', 38' des additiv hergestellten Bauteils 14 erstrecken, wodurch die Festigkeit des additiv hergestellten Bauteils 14 erhöht wird.
In Block 140 umfasst das Verfahren die Bildung einer zweiten Schicht 38' des additiv hergestellten Bauteils 14, nachdem die Verstärkungsfasern 32 innerhalb der zweiten Schicht 38 aus Pulver 18 ausgerichtet wurden. Die zweite Schicht 38' des additiv hergestellten Bauteils 14 wird durch Schmelzen ausgewählter Teile der zweiten Schicht 38 des Pulvers 18 in eine gewünschte Form gebracht. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Pulver 18 durch Pulverbettschmelzen, Binderstrahlverfahren, Materialstrahlverfahren oder gerichtete Energieabscheidung verschmolzen werden.
Das additiv gefertigte Bauteil wird durch weitere Wiederholung der oben beschriebenen Schritte erstellt, wobei aufeinanderfolgende Schichten erzeugt werden, bis das additiv gefertigte Bauteil vollständig ist.
Eine additive Fertigungsvorrichtung 10 und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten mehrere Vorteile. Dazu gehört die Möglichkeit, die Richtung der Verstärkungsfaser 32 zu steuern und neu auszurichten, um die Isotropie und die Festigkeit der Zwischenschicht zu optimieren.
Des Weiteren können mit dieser additiven Fertigungsvorrichtung 10 und diesem Verfahren längere Verstärkungsfasern 32 für verbesserte mechanische Eigenschaften verwendet werden, ohne den derzeitigen Nachteil einer erhöhten Anisotropie. Bekannte Verfahren können nur mit kürzeren Verstärkungsfasern 32 eine optimierte Isotropie und Zwischenschichtfestigkeit erreichen, die derjenigen entspricht, die durch das Verfahren der vorliegenden Offenbarung erreicht wird. Bekannte Verfahren mit längeren Verstärkungsfasern 32 haben stark variierende Eigenschaften in vertikaler Richtung und sogar flach auf der Aufbauplattform 12.
Die additive Fertigungsvorrichtung 10 und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung ermöglichen es, dass die Orientierung der Verstärkungsfasern 32 nicht mehr ausschließlich durch die Richtung des Wiederbeschichter 22 bestimmt wird, da der Wiederbeschichter 22 die Verstärkungsfasern 32 flachdrückt und in Fahrtrichtung zieht, wenn die Verstärkungsfasern 32 im Voraus über das Volumen des Pulvers 18 verteilt werden, was zu einer hohen Anisotropie führt.
Die additive Fertigungsvorrichtung 10 und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung sind mit einer Beflockungseinheit 28 ausgestattet, die eine präzise Winkelpositionierung der eingebetteten Verstärkungsfasern 32 und das Einbringen der Verstärkungsfasern 32 in die gesamte Pulverschicht 18 oder nur in lokalisierten Bereichen ermöglicht. Die Wiederverwertbarkeit und die Materialkosten werden verbessert, indem die Verstärkungsfasern 32 selektiv nur dort eingebracht werden, wo das Pulver verschmolzen wird (Querschnitt des additiv hergestellten Bauteils). Ungeschmolzenes Pulver 18 kann nach Fertigstellung des additiv gefertigten Bauteils 14 gesammelt werden und ist nicht durch Verstärkungsfasern 32 verunreinigt und kann leicht wiederverwendet werden.
Die additive Fertigungsvorrichtung 10 und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet Elektromagnetismus, um Verstärkungsfasern 32 in das Pulver 18 zu lenken und einzubringen.
Die Verstärkungsfasern 32 können entweder in eine ferromagnetische Beschichtung eingekapselt oder selbst ferromagnetisch sein. Zusätzlich ist das elektromagnetische Feld abstimmbar, um die Position der Verstärkungsfasern 32 präzise zu steuern. Beispielsweise kann die Magnetkraft so abgestimmt werden, dass sich die Verstärkungsfasern 32 in vertikaler Richtung umorientieren und die freien Enden 40 über die Oberfläche der Pulverschicht 18 ziehen, oder so abgestimmt werden, dass sich die Verstärkungsfasern 32 in vertikaler Richtung umorientieren, ohne die Oberfläche der Pulverschicht 18 zu durchbrechen. Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, dass Verstärkungsfasern 32, die bereits in das Pulver 18 eingebettet sind, in beliebiger Richtung (d.h. vertikal) oder in beliebigem Muster (d.h. radial) umorientiert werden.
Darüber hinaus können magnetische Verstärkungsfasern 32 verwendet werden, um die Isotropie der Verstärkungsfasern 32 innerhalb des fertigen additiv gefertigten Bauteils 14 zu steuern und das additiv gefertigte Bauteil 14 selbst magnetisch werden zu lassen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung hat lediglich beispielhaften Charakter, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sind als im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegend zu betrachten. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines additiv gefertigten Bauteils, umfassend: Ablagerung einer ersten Schicht von Aufbaumaterial auf einer Aufbauplattform innerhalb einer additiven Fertigungsvorrichtung; Ablegen von Verstärkungsfasern in die erste Schicht des Aufbaumaterials; Orientieren der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht des Aufbaumaterials; Absenken der Aufbauplattform; Ablagerung einer zweiten Schicht von Aufbaumaterial auf der ersten Schicht von Aufbaumaterial, Ablagerung von Verstärkungsfasern in der zweiten Schicht des Aufbaumaterials; und Orientieren der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Aufbaumaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schicht des Aufbaumaterials eine Schichtdicke aufweisen und das Ablagern von Verstärkungsfasern in die erste und die zweite Schicht des Aufbaumaterials ferner das Ablagern von Verstärkungsfasern mit einer Länge, die zwischen dem etwa 0,1-fachen der Schichtdicke und dem etwa 2-fachen der Schichtdicke liegt, in die erste und die zweite Schicht des Aufbaumaterials umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen einer ersten Schicht von Aufbaumaterial auf einer Aufbauplattform innerhalb einer Vorrichtung zur additiven Fertigung ferner das Aufbringen einer ersten Schicht von Pulver auf einer Aufbauplattform innerhalb einer Vorrichtung zur additiven Fertigung einschließt, wobei das Verfahren ferner das Bilden einer ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils nach dem Orientieren der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht von Pulver einschließt, und Ablagern einer zweiten Schicht von Aufbaumaterial auf der ersten Schicht von Aufbaumaterial, wobei das Verfahren ferner das Ablagern einer zweiten Schicht von Pulver auf der ersten Schicht von Pulver und der ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils umfasst, wobei das Verfahren ferner das Bilden einer zweiten Schicht des additiv hergestellten Bauteils nach dem Orientieren der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht von Pulver umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einbringen von Verstärkungsfasern in die erste Pulverschicht ferner das Beflocken von Verstärkungsfasern in die erste Pulverschicht in einer gewünschten Form umfasst, und das Einbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Pulverschicht ferner das Beflocken von Verstärkungsfasern in die zweite Pulverschicht in einer gewünschten Form umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Beflocken von Verstärkungsfasern in die erste Schicht des Pulvers ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern in die erste Schicht des Pulvers mit entweder Schwerkraft oder elektromagnetischer Ladung umfasst, und das Beflocken von Verstärkungsfasern in die zweite Schicht des Pulvers ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Schicht des Pulvers mit entweder Schwerkraft oder elektromagnetischer Ladung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner die Steuerung der Orientierung der Verstärkungsfasern einschließt, während die Verstärkungsfasern in die erste und zweite Schicht des Pulvers mit mechanischen Richtvorrichtungen beflockt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einbringen von Verstärkungsfasern in die erste Pulverschicht ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern, die entweder aus einem ferromagnetischen Material hergestellt oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, in die erste Pulverschicht umfasst, und das Einbringen von Verstärkungsfasern in die zweite Pulverschicht ferner das Einbringen von Verstärkungsfasern, die entweder aus einem ferromagnetischen Material hergestellt oder mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind, in die zweite Pulverschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht des Pulvers ferner das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes umfasst, um die Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Schicht des Pulvers neu auszurichten, und das Ausrichten der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Pulvers ferner das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes umfasst, um die Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Pulvers neu auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes zur Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Pulverschicht ferner das selektive Abstimmen des elektromagnetischen Feldes zur genauen Steuerung der Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der ersten Pulverschicht umfasst, und das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes zur Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Pulverschicht ferner das selektive Abstimmen des elektromagnetischen Feldes zur genauen Steuerung der Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Pulverschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das selektive Betätigen eines elektromagnetischen Feldes zur Neuausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb der zweiten Schicht des Pulvers ferner das Ziehen von Verstärkungsfasern, die teilweise innerhalb der ersten Schicht des additiv hergestellten Bauteils eingebettet sind, nach oben in die zweite Schicht des Pulvers umfasst.