EP2493644A2 - Method and device for producing a component - Google Patents

Method and device for producing a component

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Publication number
EP2493644A2
EP2493644A2 EP10798475A EP10798475A EP2493644A2 EP 2493644 A2 EP2493644 A2 EP 2493644A2 EP 10798475 A EP10798475 A EP 10798475A EP 10798475 A EP10798475 A EP 10798475A EP 2493644 A2 EP2493644 A2 EP 2493644A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
component material
liquid
metal
joining zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10798475A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erwin Bayer
Sven-J. Hiller
Karl-Heinz Dusel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2493644A2 publication Critical patent/EP2493644A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/25Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30Platforms or substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/41Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F12/50Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/55Two or more means for feeding material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing a component, in particular a hollow component for a turbomachine.
  • Methods and devices for producing a component are known in a wide variety.
  • generative production methods are known in which the component is built up in layers.
  • the generative production of components made of metal or metal ceramics produces a very fine-grained component structure in the context of rapid manufacturing or rapid prototyping processes.
  • rapid manufacturing or rapid prototyping of metallic components or of components with metallic bonding predominantly 5 melting or sintering processes are produced with the aid of electromagnetic radiation.
  • the production is carried out by laser sintering, laser powder deposition welding or electron beam deposition welding.
  • Three-dimensional components can also be generatively generated from a powder bed by layer-by-layer gluing via a printing process.
  • the powdery shaped component material used in this case which comprises ceramic or metallic powder
  • an organic binder is applied to a component platform via a print head. After each partially bonded layer, the component platform is lowered and a new layer of the powdery component material is evenly distributed, smoothed and offset with the binder.
  • the powdered component material is then sintered in layers by the selective action of electromagnetic radiation (laser or electron beam), whereby the binder hardens.
  • a disadvantage of the known methods and devices is the fact that the components produced thereby have comparatively low heat resistance and low mechanical stability owing to the organic binder. As a result, it is not possible to produce components subject to severe mechanical and thermal stresses, such as, for example, structural components or hollow blades for turbomachines in this way.
  • Object of the present invention is to provide a method and an apparatus of the type mentioned, which allows the production of a component with improved thermal and mechanical strength. The object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a device having the features of claim 12.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the device and vice versa.
  • a method for producing a component in particular a hollow component for a turbomachine, at least the steps of a) coating at least one powdered component material on a component platform in the region of a buildup and joining zone, b) applying at least one liquid component material c) the layered and local melting and / or sintering of the component materials by means of supplied thermal and / or electromagnetic energy in the region of the assembly and joining zone, d) lowering of the component platform by a predefined layer thickness and e) repeating steps a) to d) until completion of the component.
  • a liquid component material which comprises a metal-containing compound is thus used in addition to the powdery component material.
  • the metal-containing compound When supplying thermal and / or electromagnetic energy, the metal-containing compound forms metal bonds between the particles of the powdered component material in addition to fusing and / or sintering of the powdered component material, whereby a component with a significantly increased thermal and mechanical strength is obtained.
  • metal-containing compounds are compounds to understand that can release elemental metals at the atomic level under the influence of thermal and / or electromagnetic energy.
  • elemental metals themselves, metal alloys, intermetallic alloys, complexed metals or metal ions, compounds with covalently bonded and / or ionic metal ions and / or any suitable mixtures thereof may be provided.
  • step c) the energy in step c) is supplied in accordance with a layer information of the component to be produced in order to achieve a particularly high manufacturing accuracy.
  • a pulverformiger component material is used, which comprises a metal and / or a metal alloy and / or an intermetallic compound and / or a metal ceramic and / or a silicate.
  • the properties of the component can be optimally adapted to its respective application. It can be provided that compound mixtures and / or different compounds are used for different layers of the component.
  • metal powders with oxidic admixtures and / or ceramic powders can be mixed with one another and used as a powdered component material.
  • the metal atoms released from the liquid component material under the influence of the supplied energy can continue to react in situ or in statu nascendi depending on the particular powdery and liquid component materials used and for the targeted formation of alloys, mixed crystals and the like.
  • a powder size and / or a quantity of powder of pulverfö 'shaped component material and / or a volume of the liquid component material are selected depending on a to be obtained 20 layer thickness.
  • the growth of the individual component layers can be precisely controlled.
  • the property profile of the component can be adapted specifically and optimally to its respective application.
  • the concentration of the metallic compound in the liquid component material is preferably taken into account.
  • a liquid component material which comprises an organometallic compound and / or a metal salt and / or nanoparticles and / or a solvent and / or a suspending agent.
  • the organic residue 30 can be split off by the layer-wise feeding of the thermal and / or electromagnetic energy, so that at the point at which the powdered component material was wetted with the liquid, a metallic bond results.
  • Suitable for metallic bonding are, for example, noble metals, which are also known as organometallic compounds in liquid construction. Partial material can be provided.
  • Nanoparticles offer the advantage that their melting or sintering temperature is significantly below that of the powdery component material and thus a particularly reliable bond formation is ensured.
  • the use of a solvent and / or suspending agent has proven to be advantageous.
  • step b) a liquid component material whose decomposition and / or cleavage and / or sintering and / or melting temperature lies below the melting temperature of the pulverulent component material.
  • step d at least steps a) and b) and optionally c) are carried out simultaneously and / or in the reverse order and / or multiple times.
  • the method can be carried out in a particularly variable manner, so that an optimal adaptability to different component materials is given and targeted layer properties of the component can be represented particularly easily.
  • the energy in step c) by means of a lamp, in particular an IR lamp and / or a flashlamp and / or a high-energy lamp, and / or a laser, in particular a C0 2 - or Nd : YAG laser, and / or a microwave device is supplied.
  • a lamp in particular an IR lamp and / or a flashlamp and / or a high-energy lamp
  • a laser in particular a C0 2 - or Nd : YAG laser
  • microwave device a microwave device
  • the shape and / or the material structure of the component is determined as a computer-generated model and layer information generated therefrom for controlling and / or regulating at least one of steps a) to e) is used. This enables automated and computer-controlled production processes.
  • a hollow blade for a turbine or for a compressor of a thermal gas turbine is produced as a component.
  • the various advantages of the method according to the invention in terms of speed, cost and quality of the finished component particularly come into play.
  • Another aspect of the invention relates to a device for producing a component of a turbomachine, in particular a hollow component for a turbomachine, wherein the production of a component with improved thermal and mechanical load capacity according to the invention is made possible by the fact that the device at least one powder feed for applying at least one powdery component material on a component platform in the region of a building and joining zone, at least one liquid supply for applying a liquid component material, which comprises at least one metal-containing compound on the component platform in the assembly and joining zone and at least one energy source for layered and local fusing and / or sintering of the component materials by means of supplied thermal and / or electromagnetic energy in the field of building and joining zone comprises.
  • a liquid component material which comprises a metal-containing compound.
  • the metal-containing compound in addition to fusing and / or sintering of the powdered component material form metal bonds between the particles of the powdered component material, whereby a component with a significantly increased thermal and mechanical strength can be produced .
  • Under metal-containing compounds are to be understood compounds that can release elemental metal atoms under the influence of thermal and / or electromagnetic energy.
  • elemental metals, metal alloys, intermetallic alloys, complexed metals or metal ions, compounds with covalently bonded and / or ionic metal ions and / or any suitable mixtures thereof may be provided.
  • the powder and the liquid supply are integrated in a component of the device.
  • the device comprises at least one coupled to the powder and / or the liquid supply storage container, in which at least one of the component materials is added.
  • the device is designed to carry out a generative manufacturing process, such as, for example, a rapid prototyping or rapid manufacturing process, in particular laser deposition welding or electron beam (EB) powder coating welding.
  • the energy source is a lamp and / or a laser and / or an electron beam device and / or a microwave device.
  • each component layer can be metallized and bonded in a planar manner, which results in corresponding speed advantages.
  • excess liquid components of the component material can be removed by evaporation from the layer.
  • organometallic compounds moreover, the organic radical can be easily removed and expelled.
  • the liquid supply comprises a print head for applying the liquid component material.
  • the order speed can be additionally increased, with the further possibility of applying different component materials simultaneously or with a defined spatial distribution.
  • a particularly uniform distribution of the liquid component material is achieved in a further embodiment in that the liquid supply comprises at least one nozzle through which the liquid component material is to be applied to the component platform.
  • the liquid supply comprises at least one nozzle through which the liquid component material is to be applied to the component platform.
  • a plurality of nozzles may be provided.
  • the component material can be applied simultaneously in several places.
  • different component materials can be applied simultaneously in several places.
  • the single FIGURE shows a schematic representation of a device 10 for producing a component 12 of a turbomachine.
  • the component 12 is in the illustrated embodiment, a blade of a high-pressure turbine.
  • the device 10 is used for the generative production of the component 10 and comprises a Pulverzuf supply 14 for applying at least one powdered component material 20a on a in a powder container 16 movably arranged component platform (not visible) in the region of a build-up and joining zone I.
  • the powdered component material 20a includes a metallic, ceramic and / or intermetallic compound.
  • the device 10 has a liquid feed 18 for applying a liquid component material 20b to the component platform in the region of the assembly and joining zone I, wherein the liquid component material 20b has at least one metal halide.
  • the tiger compound includes.
  • the liquid supply 18 is designed as a print head and brings the liquid component material 20b via several nozzles (not visible) on the powdered component material 20a and on the assembly and joining zone I. It can also be provided that the powder feed 14 and the liquid feed 18 are integrated in a common component of the device 10.
  • an energy source 22 is provided by means of which the component 12 in the assembly and joining zone I thermal and / or electromagnetic energy E is supplied.
  • the oil source 22 may be formed, for example, as a microwave source, flash lamp, IR lamp and / or high-energy lamp.
  • the device 10 may be further coupled to a control and / or control device to enable automated process execution.
  • a control and / or control device to enable automated process execution.
  • the desired shape and / or the desired material structure of the component 12 is determined as a computer-generated model and layer information generated therefrom for controlling and / or regulating the device 10 is used.
  • a first step a the powdery component material 20 is applied in layers to the component platform in the region of the assembly and joining zone I with the aid of the powder feed 14. Parameters such as powder size and powder quantity can be used to control the growth of the individual component layers. Subsequently and / or simultaneously in step b) the powdery component material 20 is applied in layers to the component platform in the region of the assembly and joining zone I with the aid of the powder feed 14. Parameters such as powder size and powder quantity can be used to control the growth of the individual component layers. Subsequently and / or simultaneously in step b) the
  • liquid component material 20b applied by means of the liquid supply 18.
  • the liquid component material 20b used is an organometallic compound taken up in a solvent.
  • a suspension of a liquid suspending agent and nanoparticles may also be used. The use of nanoparticles offers the advantage that their sintering
  • the component materials 20a, 20b are fused in layers and locally in step c) or sintered.
  • thermal energy and / or electromagnetic energy E in the region of the assembly and joining zone I is supplied to the component 12 with the aid of the energy source 22.
  • the metal is released from the liquid component material 20b, which 5 connects to the surrounding powder at the atomic level.
  • the eliminated organic radical and the solvent or suspending agent are expelled by the supplied energy E.
  • the solvent or suspending agent is expelled by the action of energy, wherein the liberated metal or the liberated alloy is fused or sintered with the powdered component material 20a.
  • step d) the component platform is lowered in a following step d) according to arrow II by 15 a predefined layer thickness, after which in step e) the preceding steps a) to d) are repeated until the completion of the component 12.

Abstract

The invention relates to a method for producing a component (12), especially a hollow structural part for a turbomachine. The method is characterized by the following steps: a) layer-by-layer deposition of at least one powder component material (20a) onto a component platform in the region of a buildup and joining zone (I), b) deposition of at least one liquid component material (20b) onto the powder component material (20a), the liquid component material (20b) comprising at least one metal-containing compound, c) local layer-by-layer fusion or sintering of the component materials (20a, 20b) by means of thermal and/or electromagnetic energy supplied in the region of the buildup and joining zone (I), d) lowering of the component platform by a predefined layer thickness; and e) repetition of steps a) to d) until the component (12) is finished. The invention further relates to a device (10) for producing a component (12) of a turbomachine, especially a hollow structural part for a turbomachine.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils  Method and device for producing a component
Beschreibung description
5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines hohlen Bauteils für eine Strömungsmaschine. The invention relates to a method and a device for producing a component, in particular a hollow component for a turbomachine.
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines hohlen Bauteils einer Strömungsmaschine, sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind generative o Fertigungsverfahren bekannt, bei denen das Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Beim generativen Herstellen von Bauteilen aus Metall oder einer Metallkeramik entsteht im Rahmen von Ra- pid-Manufacturing- oder Rapid-Prototyping- Verfahren eine sehr feinkörnige Bauteilstruktur. Beim Rapid-Manufacturing oder Rapid-Prototyping von metallischen Bauteilen oder von Bauteilen mit metallischer Bindung werden dabei mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung vorwiegend5 Schmelz- oder Sinterprozesse erzeugt. Beispielsweise erfolgt die Herstellung durch Lasersintern, Laserpulverauftragsschweißen oder Elektronenstrahl- Auftragsschweißen. Methods and devices for producing a component, in particular a hollow component of a turbomachine, are known in a wide variety. In particular, generative production methods are known in which the component is built up in layers. The generative production of components made of metal or metal ceramics produces a very fine-grained component structure in the context of rapid manufacturing or rapid prototyping processes. In the case of rapid manufacturing or rapid prototyping of metallic components or of components with metallic bonding, predominantly 5 melting or sintering processes are produced with the aid of electromagnetic radiation. For example, the production is carried out by laser sintering, laser powder deposition welding or electron beam deposition welding.
Dreidimensionale Bauteile können auch über einen Druckprozess generativ aus einem Pulverbett durch schichtweises Verkleben erzeugt werden. Zum Verkleben des dabei verwendeten pulver- o förmigen Bauteilwerkstoffs, welcher keramisches oder metallisches Pulver umfasst, wird hierbei ein organischer Binder über einen Druckkopf auf eine Bauteilplattform aufgebracht. Nach jeder partiell verklebten Lage wird die Bauteilplattform abgesenkt und eine neue Lage des pulverför- migen Bauteilwerkstoffs gleichmäßig verteilt, glatt gestrichen und mit dem Binder versetzt. Der pulverförmige Bauteilwerkstoff wird anschließend durch die punktuelle Einwirkung elektromag-5 netischer Strahlung (Laser oder Elektronenstahlen) lagenweise gesintert bzw. zusammengeschmolzen, wobei der Binder aushärtet. Three-dimensional components can also be generatively generated from a powder bed by layer-by-layer gluing via a printing process. To bond the powdery shaped component material used in this case, which comprises ceramic or metallic powder, an organic binder is applied to a component platform via a print head. After each partially bonded layer, the component platform is lowered and a new layer of the powdery component material is evenly distributed, smoothed and offset with the binder. The powdered component material is then sintered in layers by the selective action of electromagnetic radiation (laser or electron beam), whereby the binder hardens.
Als nachteilig an den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch der Umstand anzusehen, dass die hierdurch gefertigten Bauteile aufgrund des organischen Binders eine vergleichs-0 weise geringe Wärmebeständigkeit und eine geringe mechanische Stabilität besitzen. Dadurch können starken mechanischen und thermischen Belastungen anzusetzende Bauteile wie beispielsweise Strukturbauteile oder Hohlschaufeln für Strömungsmaschinen nicht auf diese Weise hergestellt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Herstellung eines Bauteils mit verbesserter thermischer und mechanischer Belastbarkeit ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und umgekehrt anzusehen sind. A disadvantage of the known methods and devices, however, is the fact that the components produced thereby have comparatively low heat resistance and low mechanical stability owing to the organic binder. As a result, it is not possible to produce components subject to severe mechanical and thermal stresses, such as, for example, structural components or hollow blades for turbomachines in this way. Object of the present invention is to provide a method and an apparatus of the type mentioned, which allows the production of a component with improved thermal and mechanical strength. The object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a device having the features of claim 12. Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the device and vice versa.
Erfindungsgemäß werden bei einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines hohlen Bauteils für eine Strömungsmaschine, zumindest die Schritte a) schichtweises Aufbringen von mindestens einem pulverformigen Bauteilwerkstoff auf eine Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone, b) Aufbringen von mindestens einem flüssigen Bauteilwerkstoff auf den pulverförmigen Bauteilwerkstoff, wobei der flüssige Bauteilwerkstoff zumindest eine metallhaltige Verbindung umfasst c) schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Versintern der Bauteilwerkstoffe mittels zugeführter thermischer und/oder elektromagnetischer Energie im Bereich der Aufbau- und Fügezone, d) Absenken der Bauteilplattform um eine vordefinierte Schichtdicke und e) Wiederholen der Schritte a) bis d) bis zur Fertigstellung des Bauteils durch- geführt. Im Unterschied zum Stand der Technik wird somit zusätzlich zum pulverförmigen Bau- teilwerkstoff ein flüssiger Bauteilwerkstoff verwendet, welcher eine metallhaltige Verbindung umfasst. Beim Zuführen von thermischer und/oder elektromagnetischer Energie bildet die metallhaltige Verbindung zusätzlich zum Verschmelzen und/oder Versintern des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs Metallbindungen zwischen den Partikeln des pulverförmigen Bauteilwerk- Stoffs aus, wodurch ein Bauteil mit einer wesentlich erhöhten thermischen und mechanischen Belastbarkeit erhalten wird. Unter metallhaltigen Verbindungen sind dabei Verbindungen zu verstehen, die unter dem Einfluss der thermischen und/oder elektromagnetischen Energie elementare Metalle auf atomarer Ebene freisetzen können. Hierzu können beispielsweise elementare Metalle selbst, Metalllegierungen, intermetallische Legierungen, komplexierte Metalle oder Metallionen, Verbindungen mit kovalent gebundenen und/oder ionischen Metallionen und/oder beliebige geeignete Mischungen hieraus vorgesehen sein. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Energie in Schritt c) entsprechend einer Schichtinformation des herzustellenden Bauteils zugeführt wird, um eine besonders hohe Fertigungsgenauigkeit zu erreichen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt a) ein pulverformiger Bauteilwerkstoff verwendet wird, welcher ein Metall und/oder eine Metalllegierung und/oder eine intermetallische Verbindung und/oder eine Metallkeramik und/oder ein Silikat um- fasst. Hierdurch ergibt sich eine hohe konstruktive Freiheit bei der Herstellung des Bauteils. Zu- 5 dem können die Eigenschaften des Bauteils optimal an dessen jeweiligen Einsatzzweck ange- passt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass Verbindungsgemische und/oder unterschiedliche Verbindungen für verschiedene Schichten des Bauteils verwendet werden. Es können durch das metallische Verbinden auf atomarer Ebene zudem neue Legierungen aus entsprechend zusammengemischten pulverfö'rmigen Bauteilwerkstoffen erzeugt werden. So können beispielsweise l o Metallpulver mit oxidischen Beimengungen und/oder keramische Pulver miteinander vermischt und als pulverförmiger Bauteilwerkstoff verwendet werden. Die vom flüssigen Bauteilwerkstoff unter dem Einfluss der zugeführten Energie freigesetzten Metallatome können in Abhängigkeit der jeweilig verwendeten pulverformigen und flüssigen Bauteilwerkstoffe in-situ bzw. in statu nascendi weiterreagieren und zur gezielten Bildung von Legierungen, Mischkristallen und der-According to the invention, in a method for producing a component, in particular a hollow component for a turbomachine, at least the steps of a) coating at least one powdered component material on a component platform in the region of a buildup and joining zone, b) applying at least one liquid component material c) the layered and local melting and / or sintering of the component materials by means of supplied thermal and / or electromagnetic energy in the region of the assembly and joining zone, d) lowering of the component platform by a predefined layer thickness and e) repeating steps a) to d) until completion of the component. In contrast to the prior art, a liquid component material which comprises a metal-containing compound is thus used in addition to the powdery component material. When supplying thermal and / or electromagnetic energy, the metal-containing compound forms metal bonds between the particles of the powdered component material in addition to fusing and / or sintering of the powdered component material, whereby a component with a significantly increased thermal and mechanical strength is obtained. Under metal-containing compounds are compounds to understand that can release elemental metals at the atomic level under the influence of thermal and / or electromagnetic energy. For this purpose, for example, elemental metals themselves, metal alloys, intermetallic alloys, complexed metals or metal ions, compounds with covalently bonded and / or ionic metal ions and / or any suitable mixtures thereof may be provided. It can be provided in principle that the energy in step c) is supplied in accordance with a layer information of the component to be produced in order to achieve a particularly high manufacturing accuracy. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that in step a) a pulverformiger component material is used, which comprises a metal and / or a metal alloy and / or an intermetallic compound and / or a metal ceramic and / or a silicate. This results in a high degree of design freedom in the manufacture of the component. In addition, the properties of the component can be optimally adapted to its respective application. It can be provided that compound mixtures and / or different compounds are used for different layers of the component. It can create new alloys according commingled pulverfö 'shaped component materials are produced by the metallic bonding on the atomic level also. Thus, for example, metal powders with oxidic admixtures and / or ceramic powders can be mixed with one another and used as a powdered component material. The metal atoms released from the liquid component material under the influence of the supplied energy can continue to react in situ or in statu nascendi depending on the particular powdery and liquid component materials used and for the targeted formation of alloys, mixed crystals and the like.
15 gleichen genutzt werden. 15 same be used.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Pulvergröße und/oder eine Pulvermenge des pulverfö'rmigen Bauteilwerkstoffs und/oder ein Volumen des flüssigen Bauteilwerkstoffs in Abhängigkeit einer zu erzielenden 20 Schichtdicke gewählt werden. Hierdurch kann das Aufwachsen der einzelnen Bauteilschichten präzise gesteuert werden. Zudem kann das Eigenschaftsprofil des Bauteils gezielt und optimal an seinen jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Bei der Ermittlung des erforderlichen Volumens wird vorzugsweise die Konzentration der metallischen Verbindung im flüssigen Bauteil- werkstoff berücksichtigt. In a further advantageous embodiment of the invention, it has proved advantageous if a powder size and / or a quantity of powder of pulverfö 'shaped component material and / or a volume of the liquid component material are selected depending on a to be obtained 20 layer thickness. As a result, the growth of the individual component layers can be precisely controlled. In addition, the property profile of the component can be adapted specifically and optimally to its respective application. When determining the required volume, the concentration of the metallic compound in the liquid component material is preferably taken into account.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn in Schritt b) ein flüssiger Bauteilwerkstoff verwendet wird, welcher eine metallorganische Verbindung und/oder ein Metallsalz und/oder Nanopartikel und/oder ein Lösungsmittel und/oder ein Suspendierungsmittel umfasst. Bei der Verwendung einer metallorganischen Verbindungen kann der organische Rest 30 durch das lagenweise Zuführen der thermischen und/oder elektromagnetischer Energie abgespaltet werden, so dass sich an der Stelle, an welcher der pulverförmige Bauteilwerkstoff mit der Flüssigkeit benetzt wurde, eine metallische Bindung ergibt. Geeignet zur metallischen Bindung sind beispielsweise Edelmetalle, die auch als metallorganische Verbindungen im flüssigen Bau- teilwerkstoff vorgesehen sein können. Nanopartikel bieten den Vorteil, dass ihre Schmelz- bzw. Sintertemperatur deutlich unterhalb derjenigen des pulverförmigen Bauteil Werkstoffs liegt und somit eine besonders zuverlässige Bindungsbildung sichergestellt ist. Um die Viskosität und Be- netzungseigenschaft des flüssigen Bauteilwerkstoffs optimal einstellen zu können, hat sich die Verwendung eines Lösungs- und/oder Suspendierungsmittels als vorteilhaft gezeigt. In a further embodiment, it has proven to be advantageous if in step b) a liquid component material is used which comprises an organometallic compound and / or a metal salt and / or nanoparticles and / or a solvent and / or a suspending agent. When using an organometallic compounds, the organic residue 30 can be split off by the layer-wise feeding of the thermal and / or electromagnetic energy, so that at the point at which the powdered component material was wetted with the liquid, a metallic bond results. Suitable for metallic bonding are, for example, noble metals, which are also known as organometallic compounds in liquid construction. Partial material can be provided. Nanoparticles offer the advantage that their melting or sintering temperature is significantly below that of the powdery component material and thus a particularly reliable bond formation is ensured. In order to be able to optimally adjust the viscosity and wetting property of the liquid component material, the use of a solvent and / or suspending agent has proven to be advantageous.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem in Schritt b) ein flüssiger Bauteilwerkstoff verwendet wird, dessen Zersetzungs- und/oder Abspaltungs- und/oder Sinter- und/oder Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs liegt. Hierdurch wird eine be- sonders zuverlässige Bindung der Pulverpartikel erreicht, da sichergestellt ist, dass die metallhaltige Verbindung des flüssigen Bauteilwerkstoffs zwischen den Partikel den pulverförmigen Bauteilwerkstoffs freigesetzt wird bevor der pulverförmige Bauteilwerkstoff aufschmilzt, konglome- riert und/oder versintert. Indem der pulverförmige und/oder der flüssige Bauteilwerkstoff mittels eines Druckkopfs, insbesondere eines Mehrfachdruckkopfs, aufgebracht wird, kann der betreffende Bauteilwerkstoff optimal dosiert und besonders schnell aufgebracht werden. Bei Verwendung eines Mehrfachdruckkopfs kann die Auftragsgeschwindigkeit zusätzlich gesteigert werden, wobei weiterhin die Möglichkeit gegeben ist, unterschiedliche Bauteilwerkstoffe gleichzeitig bzw. mit einer definierten räumlichen Verteilung aufzubringen. Further advantages are obtained by using in step b) a liquid component material whose decomposition and / or cleavage and / or sintering and / or melting temperature lies below the melting temperature of the pulverulent component material. As a result, a particularly reliable binding of the powder particles is achieved, since it is ensured that the metal-containing compound of the liquid component material between the particles is released from the powdered component material before the powdered component material melts, conglomerates and / or sinters. By the powdery and / or the liquid component material by means of a print head, in particular a multiple print head, is applied, the relevant component material can be optimally dosed and applied very quickly. When using a multi-printhead, the order speed can be additionally increased, with the further possibility of applying different component materials simultaneously or with a defined spatial distribution.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn vor Schritt d) zumindest die Schritte a) und b) und gegebenenfalls c) gleichzeitig und/oder in umgekehrter Reihenfolge und/oder mehrfach durchgeführt werden. Hierdurch kann das Verfahren besonders variabel durchgeführt werden, so dass eine op- timale Anpassbarkeit an unterschiedliche Bauteilwerkstoffe gegeben ist und gezielte Schichteigenschaften des Bauteils besonders einfach darstellbar sind. Further advantages are obtained if, prior to step d), at least steps a) and b) and optionally c) are carried out simultaneously and / or in the reverse order and / or multiple times. As a result, the method can be carried out in a particularly variable manner, so that an optimal adaptability to different component materials is given and targeted layer properties of the component can be represented particularly easily.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energie in Schritt c) mittels einer Lampe, insbesondere einer IR-Lampe und/oder einer Blitzlampe und/oder einer Hochenergielampe, und/oder eines Lasers, insbesondere eines C02- oder Nd:YAG-Lasers, und/oder einer Mikrowelleneinrichtung zugeführt wird. Durch den Einsatz starker Strahlungsquellen kann dabei jede Bauteilschicht flächig metallisiert und abgebunden werden, wodurch sich entsprechende Geschwindigkeitsvorteile ergeben. Zudem können überschüssige flüssige Be- standteile des BauteilwerkstoiFs durch Verdampfen aus der Schicht entfernt werden. Bei der Verwendung metallorganischer Verbindungen kann beispielsweise der organische Rest einfach abgespalten und ausgetrieben werden. Indem das Verfahren ein Rapid-Prototyping- und/oder Rapid-Manufacturing- Verfahren, insbesondere ein Laserauftragsschweißen oder ein Elektronenstrahl-Pulverauftragsschweißen, umfasst, können auch geometrisch anspruchsvolle Bauteile besonders schnell und kostengünstig hergestellt werden, wodurch erheblich reduzierte Entwicklungs- und Herstellungskosten ermöglicht sind. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the energy in step c) by means of a lamp, in particular an IR lamp and / or a flashlamp and / or a high-energy lamp, and / or a laser, in particular a C0 2 - or Nd : YAG laser, and / or a microwave device is supplied. By using strong radiation sources, each component layer can be metallized and bonded in a planar manner, which results in corresponding speed advantages. In addition, excess liquid Components of the Bauteilwerkstoifs be removed by evaporation from the layer. When using organometallic compounds, for example, the organic radical can be easily removed and expelled. By virtue of the method comprising a rapid prototyping and / or rapid manufacturing method, in particular laser deposition welding or electron beam powder coating welding, even geometrically demanding components can be produced particularly quickly and cost-effectively, which allows considerably reduced development and manufacturing costs.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Form und/oder der Materialaufbau des Bauteils als computergeneriertes Modell bestimmt wird und daraus generierte Schichtinformationen zum Steuern und/oder Regeln wenigstens eines der Schritte a) bis e) verwendet wird. Damit sind automatisierte und computergesteuerte Herstel- lungsabläufe möglich. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the shape and / or the material structure of the component is determined as a computer-generated model and layer information generated therefrom for controlling and / or regulating at least one of steps a) to e) is used. This enables automated and computer-controlled production processes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Bauteil eine Hohlschaufel für eine Turbine oder für einen Verdichter einer thermischen Gasturbine hergestellt wird. Insbesondere bei der Herstellung von derartigen feinststrukturierten Bauteilen - beispiels- weise hohlen Strukturbauteilen oder Rotorschaufeln einer Turbine oder eines Verdichters einer Strömungsmaschine - kommen die verschiedenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf Geschwindigkeit, Kosten und Qualität des fertigen Bauteils besonders zum Tragen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines hohlen Bauteils für eine Strömungsmaschine, wobei die Herstellung eines Bauteils mit verbesserter thermischer und mechanischer Belastbarkeit erfindungsgemäß dadurch ermöglicht ist, dass die Vorrichtung mindestens eine Pulverzuführung zum Aufbringen von mindestens einem pulverförmigen Bauteil werkstoff auf eine Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone, mindestens eine Flüssigkeitszuführung zum Aufbringen eines flüssigen Bauteilwerkstoffs, welcher zumindest eine metallhaltige Verbindung umfasst, auf die Bauteilplattform im Bereich der Aufbau- und Fügezone und mindestens eine Energiequelle zum schichtweisen und lokalen Verschmelzen und/oder Versintern der Bauteilwerkstoffe mittels zugeführter thermischer und/oder elektromagnetischer Energie im Bereich der Aufbau- und Fügezone umfasst. Im Unterschied zum Stand der Technik wird somit zusätzlich zum pulverförmi- gen Bauteilwerkstoff ein flüssiger Bauteilwerkstoff verwendet, welcher eine metallhaltige Verbindung umfasst. Beim Zuführen von thermischer und/oder elektromagnetischer Energie mit Hilfe der Energiequelle kann die metallhaltige Verbindung zusätzlich zum Verschmelzen und/oder Versintern des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs Metallbindungen zwischen den Partikeln des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs ausbilden, wodurch ein Bauteil mit einer wesentlich erhöhten thermischen und mechanischen Belastbarkeit hergestellt werden kann. Unter metallhaltigen Verbindungen sind dabei Verbindungen zu verstehen, die unter dem Einfluss der thermischen und/oder elektromagnetischen Energie elementare Metallatome freisetzen können. Hierzu können beispielsweise elementare Metalle, Metalllegierungen, intermetallische Legierungen, kom- plexierte Metalle oder Metallionen, Verbindungen mit kovalent gebundenen und/oder ionischen Metallionen und/oder beliebige geeignete Mischungen hieraus vorgesehen sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Pulver- und die Flüssigkeitszufuhrung in einem Bauelement der Vorrichtung integriert sind. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung wenigstens einen mit der Pulver- und/oder der Flüssigkeitszufuhrung gekoppelten Speicherbehälter umfasst, in welchem zumindest einer der Bauteilwerkstoffe aufgenommen ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens, wie zum Beispiel eines Rapid-Prototyping- oder Rapid-Manufacturing- Verfahrens, insbesondere eines Laserauftragsschweißens oder eines Elektronenstrahl-(EB-)Pulverauftragsschweißens ausgerichtet ist. Weitere Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und umgekehrt anzusehen sind. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a hollow blade for a turbine or for a compressor of a thermal gas turbine is produced as a component. In particular, in the production of such finely structured components - for example, hollow structural components or rotor blades of a turbine or a compressor of a turbomachine - the various advantages of the method according to the invention in terms of speed, cost and quality of the finished component particularly come into play. Another aspect of the invention relates to a device for producing a component of a turbomachine, in particular a hollow component for a turbomachine, wherein the production of a component with improved thermal and mechanical load capacity according to the invention is made possible by the fact that the device at least one powder feed for applying at least one powdery component material on a component platform in the region of a building and joining zone, at least one liquid supply for applying a liquid component material, which comprises at least one metal-containing compound on the component platform in the assembly and joining zone and at least one energy source for layered and local fusing and / or sintering of the component materials by means of supplied thermal and / or electromagnetic energy in the field of building and joining zone comprises. In contrast to the prior art, therefore, in addition to the powdery component material, a liquid component material is used which comprises a metal-containing compound. When supplying thermal and / or electromagnetic energy by means of the energy source, the metal-containing compound in addition to fusing and / or sintering of the powdered component material form metal bonds between the particles of the powdered component material, whereby a component with a significantly increased thermal and mechanical strength can be produced , Under metal-containing compounds are to be understood compounds that can release elemental metal atoms under the influence of thermal and / or electromagnetic energy. For this purpose, for example, elemental metals, metal alloys, intermetallic alloys, complexed metals or metal ions, compounds with covalently bonded and / or ionic metal ions and / or any suitable mixtures thereof may be provided. It can be provided that the powder and the liquid supply are integrated in a component of the device. Likewise it can be provided that the device comprises at least one coupled to the powder and / or the liquid supply storage container, in which at least one of the component materials is added. Furthermore, it can be provided that the device is designed to carry out a generative manufacturing process, such as, for example, a rapid prototyping or rapid manufacturing process, in particular laser deposition welding or electron beam (EB) powder coating welding. Further advantages can be found in the preceding descriptions, wherein advantageous embodiments of the method according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the device and vice versa.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiequelle eine Lampe und/oder ein Laser und/oder eine Elektronenstrahl Vorrichtung und/oder eine Mikrowelleneinrichtung ist. Durch den Einsatz starker Strahlungsquellen kann dabei jede Bauteilschicht flächig metallisiert und abgebunden werden, wodurch sich entsprechende Geschwindigkeitsvorteile ergeben. Zudem können überschüssige flüssige Bestandteile des Bauteilwerkstoffs durch Verdampfen aus der Schicht entfernt werden. Bei der Verwendung metallorganischer Verbindungen kann zudem der organische Rest einfach abgespalten und ausgetrieben werden. Eine besonders einfaches, präzises und schnelles Aufbringen des flüssigen Bauteilwerkstoffs ist in weiterer Ausgestaltung dadurch ermöglicht, dass die Flüssigkeitszuführung einen Druckkopf zum Aufbringen des flüssigen Bauteilwerkstoffs umfasst. Bei Verwendung eines Mehrfachdruckkopfs kann die Auftragsgeschwindigkeit zusätzlich gesteigert werden, wobei weiterhin die Möglichkeit gegeben ist, unterschiedliche Bauteilwerkstoffe gleichzeitig bzw. mit einer definierten räumlichen Verteilung aufzubringen. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the energy source is a lamp and / or a laser and / or an electron beam device and / or a microwave device. By using strong radiation sources, each component layer can be metallized and bonded in a planar manner, which results in corresponding speed advantages. In addition, excess liquid components of the component material can be removed by evaporation from the layer. When using organometallic compounds, moreover, the organic radical can be easily removed and expelled. A particularly simple, precise and rapid application of the liquid component material is made possible in a further embodiment in that the liquid supply comprises a print head for applying the liquid component material. When using a multi-printhead, the order speed can be additionally increased, with the further possibility of applying different component materials simultaneously or with a defined spatial distribution.
Eine besonders gleichmäßige Verteilung des flüssigen Bauteilwerkstoffs wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass die Flüssigkeitszuführung wenigstens eine Düse umfasst, durch welche der flüssige Bauteilwerkstoff auf die Bauteilplattform aufzubringen ist. Insbesondere in Kombination mit der vorstehend genannten Druckkopftechnologie können auch mehrere Düsen vorgesehen sein. Hierdurch kann der Bauteilwerkstoff gleichzeitig an mehreren Stellen aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können auch unterschiedliche Bauteilwerkstoffe gleichzeitig an mehreren Stellen aufgebracht werden. A particularly uniform distribution of the liquid component material is achieved in a further embodiment in that the liquid supply comprises at least one nozzle through which the liquid component material is to be applied to the component platform. In particular, in combination with the printhead technology mentioned above, a plurality of nozzles may be provided. As a result, the component material can be applied simultaneously in several places. Alternatively or additionally, different component materials can be applied simultaneously in several places.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausfuhrungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend im Ausführungsbeispiel genannten 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. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine. Further features of the invention will become apparent from the claims, the exemplary embodiment and with reference to the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiment can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention. The single figure shows a schematic representation of an apparatus for producing a component of a turbomachine.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Herstellung eines Bauteils 12 einer Strömungsmaschine. Bei dem Bauteil 12 handelt es sich in dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel um eine Schaufel einer Hochdruckturbine. Die Vorrichtung 10 dient zum generativen Erzeugen des Bauteils 10 und umfasst eine Pulverzuf hrung 14 zum Aufbringen von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff 20a auf eine in einem Pulverbehälter 16 beweglich angeordnete Bauteilplattform (nicht erkennbar) im Bereich einer Aufbau- und Fügezone I. Der pulverförmige Bauteilwerkstoff 20a umfasst dabei eine metallische, keramische und/oder intermetallische Verbindung. Weiterhin weist die Vorrichtung 10 eine Flüssigkeitszuführung 18 zum Aufbringen eines flüssigen Bauteilwerkstoffs 20b auf die Bauteilplattform im Bereich der Aufbau- und Fügezone I auf, wobei der flüssige Bauteilwerkstoff 20b zumindest eine metallhal- tige Verbindung umfasst. Die Flüssigkeitszuführung 18 ist dabei als Druckkopf ausgebildet und bringt den flüssigen Bauteilwerkstoff 20b über mehrere Düsen (nicht erkennbar) auf den pulver- förmigen Bauteilwerkstoff 20a bzw. auf die Aufbau- und Fügezone I auf. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Pulverzuführung 14 und die Flüssigkeitszuführung 18 in einem gemein- 5 samen Bauelement der Vorrichtung 10 integriert sind. The single FIGURE shows a schematic representation of a device 10 for producing a component 12 of a turbomachine. The component 12 is in the illustrated embodiment, a blade of a high-pressure turbine. The device 10 is used for the generative production of the component 10 and comprises a Pulverzuf supply 14 for applying at least one powdered component material 20a on a in a powder container 16 movably arranged component platform (not visible) in the region of a build-up and joining zone I. The powdered component material 20a includes a metallic, ceramic and / or intermetallic compound. Furthermore, the device 10 has a liquid feed 18 for applying a liquid component material 20b to the component platform in the region of the assembly and joining zone I, wherein the liquid component material 20b has at least one metal halide. tiger compound includes. The liquid supply 18 is designed as a print head and brings the liquid component material 20b via several nozzles (not visible) on the powdered component material 20a and on the assembly and joining zone I. It can also be provided that the powder feed 14 and the liquid feed 18 are integrated in a common component of the device 10.
Zum schichtweisen und lokalen Verschmelzen und/oder Versintern der Bauteilwerkstoffe 20a, 20b ist eine Energiequelle 22 vorgesehen, mittels welcher dem Bauteil 12 im Bereich der Aufbau- und Fügezone I thermische und/oder elektromagnetische Energie E zugeführt wird. Die l o Energiequelle 22 kann beispielsweise als Mikrowellenquelle, Blitzlampe, IR-Lampe und/oder Hochenergielampe ausgebildet sein. For layered and local fusing and / or sintering of the component materials 20a, 20b, an energy source 22 is provided by means of which the component 12 in the assembly and joining zone I thermal and / or electromagnetic energy E is supplied. The oil source 22 may be formed, for example, as a microwave source, flash lamp, IR lamp and / or high-energy lamp.
Die Vorrichtung 10 kann des Weiteren mit einer Regel- und/oder Steuereinrichtung gekoppelt sein, um eine automatisierte Verfahrensdurchfuhrung zu ermöglichen. Hierbei wird zunächst die 15 gewünschte Form und/oder der gewünschte Materialaufbau des Bauteils 12 als computergeneriertes Modell bestimmt und daraus generierte Schichtinformationen zum Steuern und/oder Regeln der Vorrichtung 10 verwendet. The device 10 may be further coupled to a control and / or control device to enable automated process execution. In this case, first the desired shape and / or the desired material structure of the component 12 is determined as a computer-generated model and layer information generated therefrom for controlling and / or regulating the device 10 is used.
Die Fertigung des Bauteils 12 wird im Folgenden beispielhaft beschrieben: The manufacture of the component 12 is described below by way of example:
20  20
In einem ersten Schritt a) wird der pulverförmige Bauteilwerkstoff 20 mit Hilfe der Pulverzuführung 14 schichtweise auf die Bauteilplattform im Bereich der Aufbau- und Fügezone I aufgebracht. Über Parameter wie etwa die Pulvergröße und Pulvermenge lässt sich das Aufwachsen der einzelnen Bauteilschichten steuern. Anschließend und/oder gleichzeitig wird im Schritt b) der In a first step a), the powdery component material 20 is applied in layers to the component platform in the region of the assembly and joining zone I with the aid of the powder feed 14. Parameters such as powder size and powder quantity can be used to control the growth of the individual component layers. Subsequently and / or simultaneously in step b) the
25 flüssige Bauteilwerkstoff 20b mit Hilfe der Flüssigkeitszufuhrung 18 aufgebracht. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel wird als flüssiger Bauteilwerkstoff 20b eine in einem Lösungsmittel aufgenommene metallorganische Verbindung verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise auch eine Suspension aus einem flüssigen Suspendierungsmittel und Nanopartikel verwendet werden. Die Verwendung von Nanopartikeln bietet den Vorteil, dass deren Sintertem-25 liquid component material 20b applied by means of the liquid supply 18. In the present exemplary embodiment, the liquid component material 20b used is an organometallic compound taken up in a solvent. Alternatively or additionally, for example, a suspension of a liquid suspending agent and nanoparticles may also be used. The use of nanoparticles offers the advantage that their sintering
30 peratur deutlich gegenüber derjenigen des Festkörpers bzw. pulverförmigen Bauteilwerkstoffs 20a absinkt. Daraufhin werden die Bauteilwerkstoffe 20a, 20b in Schritt c) schichtweise und lokal verschmolzen bzw. versintert. Zu diesem Zweck wird dem Bauteil 12 mit Hilfe der Energiequelle 22 thermische und/oder elektromagnetische Energie E im Bereich der Aufbau- und Fügezone I zugeführt. Hierdurch wird aus dem flüssigen Bauteilwerkstoff 20b das Metall freigesetzt, welches 5 sich mit dem umgebenden Pulver auf atomarer Ebene verbindet. Dies führt zu einem Vernetzen des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs 20a mit dem aus der metallorganischen Verbindung des flüssigen Bauteilwerkstoffs 20b freigesetzten Metall. Der abgespaltene organische Rest sowie das Lösungs- bzw. Suspendierungsmittel werden durch die zugeführte Energie E ausgetrieben. Bei einer Verwendung von elementaren Metallen, Metalllegierungen oder Nanopartikeln wird l o demgegenüber durch die Energieeinwirkung lediglich das Lösungs- bzw. Suspendierungsmittel ausgetrieben, wobei das freigesetzte Metall bzw. die freigesetzte Legierung mit dem pulverförmigen Bauteilwerkstoff 20a verschmolzen bzw. versintert wird. 30 temperature significantly lower than that of the solid or powdered component material 20a decreases. Subsequently, the component materials 20a, 20b are fused in layers and locally in step c) or sintered. For this purpose, thermal energy and / or electromagnetic energy E in the region of the assembly and joining zone I is supplied to the component 12 with the aid of the energy source 22. As a result, the metal is released from the liquid component material 20b, which 5 connects to the surrounding powder at the atomic level. This results in crosslinking of the powdery component material 20a with the metal released from the organometallic compound of the liquid component material 20b. The eliminated organic radical and the solvent or suspending agent are expelled by the supplied energy E. In contrast, when using elemental metals, metal alloys or nanoparticles, only the solvent or suspending agent is expelled by the action of energy, wherein the liberated metal or the liberated alloy is fused or sintered with the powdered component material 20a.
Nach diesem Schritt wird die Bauteilplattform in einem folgenden Schritt d) gemäß Pfeil II um 15 eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt, wonach in Schritt e) die vorhergehenden Schritte a) bis d) bis zur Fertigstellung des Bauteils 12 wiederholt werden. After this step, the component platform is lowered in a following step d) according to arrow II by 15 a predefined layer thickness, after which in step e) the preceding steps a) to d) are repeated until the completion of the component 12.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (12), insbesondere eines hohlen Bauteils für eine Strömungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest folgende Schritte durchgeführt werden: 1. A method for producing a component (12), in particular a hollow component for a turbomachine, characterized in that at least the following steps are carried out:
a) Schichtweises Aufbringen von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff (20a) auf eine Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone (I); b) Aufbringen von mindestens einem flüssigen Bauteilwerkstoff (20b) auf den pulverförmigen Bauteilwerkstoff (20a), wobei der flüssige Bauteilwerkstoff (20b) zumindest eine metallhaltige Verbindung umfasst;  a) layered application of at least one powdered component material (20a) on a component platform in the region of a building and joining zone (I); b) applying at least one liquid component material (20b) to the powdery component material (20a), wherein the liquid component material (20b) comprises at least one metal-containing compound;
c) schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Versintern der Bauteilwerkstoffe (20a, 20b) mittels zugeführter thermischer und/oder elektromagnetischer Energie (E) im Bereich der Aufbau- und Fügezone (I);  c) layer-by-layer and local melting and / or sintering of the component materials (20a, 20b) by means of supplied thermal and / or electromagnetic energy (E) in the region of the assembly and joining zone (I);
d) Absenken der Bauteilplattform um eine vordefinierte Schichtdicke; und e) Wiederholen der Schritte a) bis d) bis zur Fertigstellung des Bauteils (12).  d) lowering the component platform by a predefined layer thickness; and e) repeating steps a) to d) until completion of the component (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein pulverförmi- ger Bauteilwerkstoff (20a) verwendet wird, welcher ein Metall und/oder eine Metalllegierung und/oder eine intermetallische Verbindung und/oder eine Metallkeramik und/oder ein Silikat umfasst. 2. The method according to claim 1, characterized in that in step a) a pulverulent component material component (20a) is used, which is a metal and / or a metal alloy and / or an intermetallic compound and / or a metal ceramic and / or a silicate includes.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulvergröße 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a powder size
und/oder eine Pulvermenge des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs (20a) und/oder ein Volumen des flüssigen Bauteilwerkstoffs (20b) in Abhängigkeit einer zu erzielenden Schichtdicke gewählt werden.  and / or a powder quantity of the pulverulent component material (20a) and / or a volume of the liquid component material (20b) are selected as a function of a layer thickness to be achieved.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein flüssiger Bauteilwerkstoff (20b) verwendet wird, welcher eine metallorganische Verbindung und/oder ein Metallsalz und/oder Nanopartikel und/oder ein Lösungsmittel und/oder ein Suspendierungsmittel umfasst. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in step b) a liquid component material (20b) is used, which is an organometallic compound and / or a metal salt and / or nanoparticles and / or a solvent and / or a Suspending agent includes.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein flüssiger Bauteilwerkstoff (20b) verwendet wird, dessen Zersetzungs- und/oder Abspaltungs- und/oder Sinter- und/oder Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs (20a) liegt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in step b) a liquid component material (20b) is used whose decomposition and / or Abspaltungs- and / or sintering and / or melting temperature below the melting temperature of the powdery Component material (20a) is located.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der pulver- förmige und/oder der flüssige Bauteilwerkstoff (20a, 20b) mittels eines Druckkopfs, insbesondere eines Mehrfachdruckkopfs, aufgebracht wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the powdered and / or the liquid component material (20a, 20b) by means of a print head, in particular a multiple print head, is applied.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt d) zumindest die Schritte a) und b) und gegebenenfalls c) gleichzeitig und/oder in umgekehrter Reihenfolge und/oder mehrfach durchgeführt werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that before step d) at least steps a) and b) and optionally c) are carried out simultaneously and / or in reverse order and / or multiple times.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie (E) in Schritt c) mittels einer Lampe, insbesondere einer IR-Lampe und/oder einer Blitzlampe und/oder einer Hochenergielampe, und/oder eines Lasers, insbesondere eines C02- oder Nd: YAG-Lasers, und/oder einer Mikrowelleneinrichtung zugeführt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the energy (E) in step c) by means of a lamp, in particular an IR lamp and / or a flash lamp and / or a high-energy lamp, and / or a laser, in particular a C0 2 - or Nd: YAG laser, and / or a microwave device is supplied.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Rapid-Prototyping- und/oder Rapid-Manufacturing- Verfahren, insbesondere ein Laserauftragsschweißen oder ein Elektronenstrahl-Pulverauftragsschweißen, umfasst. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the method comprises a rapid prototyping and / or rapid-manufacturing method, in particular a laser deposition welding or an electron beam powder deposition welding.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und/oder der Materialaufbau des Bauteils (12) als computergeneriertes Modell bestimmt wird und daraus generierte Schichtinformationen zum Steuern und/oder Regeln wenigstens eines der Schritte a) bis e) verwendet wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the shape and / or the material structure of the component (12) is determined as a computer-generated model and generated therefrom layer information for controlling and / or regulating at least one of the steps a) to e ) is used.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (12) eine Hohlschaufel für eine Turbine oder für einen Verdichter einer thermischen Gasturbine hergestellt wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that as a component (12) a hollow blade for a turbine or for a compressor of a thermal gas turbine is produced.
12. Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Bauteils (12) einer Strömungsmaschine, insbesondere eines hohlen Bauteils für eine Strömungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Pulverzuführung (14) zum Aufbringen von mindestens einem pulverformigen Bauteilwerkstoff (20a) auf eine Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone (I), mindestens eine Flüssigkeitszuführung (18) zum Aufbringen eines flüssigen Bauteilwerkstoffs (20b), welcher zumindest eine metallhaltige Verbindung umfasst, auf die Bauteilplattform im Bereich der Aufbau- und Fügezone (I) und mindestens eine Energiequelle (22) zum schichtweisen und lokalen Verschmelzen und/oder Vereintem der Bauteilwerkstoffe (20a, 20b) mittels zugeführter thermischer und/oder elektromagnetischer Energie (E) im Bereich der Aufbau- und Fügezone (I) umfasst. 12. Device (10) for producing a component (12) of a turbomachine, in particular a hollow component for a turbomachine, characterized in that the device comprises at least one powder feed (14) for applying at least one powdered component material (20a) to a component platform in the region of a buildup and joining zone (I), at least one liquid feed (18) for applying a liquid component material (20b), which at least one metal-containing compound comprises, on the component platform in the region of the assembly and joining zone (I) and at least one energy source (22) for layered and local fusing and / or United of the component materials (20a, 20b) by means of supplied thermal and / or electromagnetic energy (E ) in the region of the assembly and joining zone (I).
13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (22) eine Lampe und/oder ein Laser und/oder eine Elektronenstrahl Vorrichtung und/oder eine Mikrowelleneinrichtung ist. 13. Device (10) according to claim 12, characterized in that the energy source (22) is a lamp and / or a laser and / or an electron beam device and / or a microwave device.
14. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssig- keitszufuhrung (18) einen Druckkopf zum Aufbringen des flüssigen Bauteilwerkstoffs (20b) umfasst. 14. Device (10) according to claim 12 or 13, characterized in that the liquid keitszufuhrung (18) comprises a printhead for applying the liquid component material (20b).
15. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszuführung (18) wenigstens eine Düse umfasst, durch welche der flüssige Bauteilwerkstoff (20b) auf die Bauteilplattform aufzubringen ist. 15. Device (10) according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the liquid supply (18) comprises at least one nozzle through which the liquid component material (20b) is to be applied to the component platform.
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