EP2618953A2 - Generatives herstellverfahren und pulver hierzu - Google Patents

Generatives herstellverfahren und pulver hierzu

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EP2618953A2
EP2618953A2 EP11831793.2A EP11831793A EP2618953A2 EP 2618953 A2 EP2618953 A2 EP 2618953A2 EP 11831793 A EP11831793 A EP 11831793A EP 2618953 A2 EP2618953 A2 EP 2618953A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
component
melting point
powder particles
particles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11831793.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel Hertter
Erwin Bayer
Markus Eisen
Klaus Broichhausen
Wilhelm Meir
Bertram Kopperger
Josef WÄRMANN
Andreas Jakimov
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 EP2618953A2 publication Critical patent/EP2618953A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/02—Moulding by agglomerating
    • B29C67/04—Sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F1/16—Metallic particles coated with a non-metal
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
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    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12181—Composite powder [e.g., coated, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a generative manufacturing method of a component by multiple, successive selective melting and / or sintering of a powder by means of an amount of heat introduced by beam energy, so that the powder particles melt and / or sinter layer by layer. Moreover, the present invention relates to a corresponding powder and a component produced therefrom.
  • US 2006/0251535 A1 discloses a further method in which three-dimensional prototypes are formed from coated powder particles by binder-assisted printing.
  • the coating of particles of binders and sinterable materials serves to allow mutual bonding of the powder particles by fusing, welding or sintering the coatings or parts thereof to form respective bridges between the powder particles.
  • the invention is based on the recognition that components made of refractory materials can be produced by selective melting and / or sintering of powders by means of blasting methods, since the corresponding high-energy beams such as laser or electron beams provide the energy required for fusing or sintering the powder particles can.
  • a laser or electron beam according to the shape to be generated on a powder layer, which selectively melts or sintered by the locally introduced energy at this point the powder so layerwise with repeated application of powder and appropriate irradiation with a three-dimensional shape can be built up a high-energy beam.
  • the problem of crack formation due to a high temperature gradient which arises as a result of sintering or melting in the component or the particles currently being joined, is counteracted by using powder particles which are formed from a first material from which the prototype itself forms is to be formed, and further comprise a second material which surrounds the powder particles partially or completely, wherein the second material has a lower melting point than the first material and / or a melting point of the first material degrading property in contact and / or mixture having the first material.
  • the introduced heat energy it is possible for the introduced heat energy to be reduced, so that smaller temperature gradients develop in the component or the last layer of the produced component, which avoids cracking.
  • the first material can be, for example, a refractory material, which in particular has a melting point above 1,000 ° C., preferably above 1,250 ° C. or most preferably above 1,500 ° C.
  • the first material may be a nickel-based alloy, an iron-based alloy, a cobalt-based alloy, an MCr Al alloy with M equal to nickel and / or cobalt or tungsten, or a tungsten alloy.
  • the second material may be a so-called sintering aid or a high-temperature solder having the above-mentioned properties with respect to the first material.
  • the second material may be formed by boron, germanium or silicon or corresponding materials comprising one or more of the aforementioned elements.
  • the second material may be arranged in the form of a shell around a core of the first material in a powder particle of the inventive rapid prototyping powder.
  • the second material may in particular also be arranged in the form of finely distributed particles on the surface of the first material, so that the first material in the form of a
  • Pulverpumblekerns is not completely surrounded by the second material.
  • the proportion of the second material in the finished component can be reduced in particular to the extent that the influence of the second material on the property profile of the component is negligible.
  • the amount of the second material can be adjusted so that via the introduced beam energy sufficient crosslinking of the powder particles can take place, wherein the melting point of the first material corresponding locally at least 5%, preferably at least 10% is lowered, while in the finished component, the proportion of the second material is so low that the melting point of the component is at least 90%, preferably more than 95% of the melting temperature of the first material.
  • the amount of the second material can be adjusted such that in the finished component, the expected phase or structural formation of the first material is not affected, so the second material does not form separate phase or structural components or precipitates.
  • the direct connection of the particles of the first material with each other can be achieved with lower energy input, while in the component of the second material is dissolved so that the Property profile of the component is determined by the first material.
  • This can be further improved, in particular, by subjecting the component to a heat treatment with and without pressure, so that the second material can dissolve easily in the first material or can be distributed via corresponding diffusion processes.
  • the prototype and / or the powder can also be preheated and / or heated to a correspondingly higher temperature in addition to the locally applied beam energy keep the temperature gradient low.
  • this can be done by resistance heating by applying a corresponding current or voltage source to the powder and / or the partially finished component.
  • This can also be done by induction heating, so that so that the cooling rate is controllable.
  • a component produced in accordance with the invention is characterized in that, without cracking, it consists of a first refractory material which has a second, melting-point-lowering material in small proportions without influencing the phase and / or microstructure formation of the first material.
  • the particles of the original powder of the first material are directly bonded together in the component without the need for additional binder or binder phases or the like.
  • Fig. 1 is a sectional view of a powder particle according to the invention
  • Fig. 2 is a sectional view of a second embodiment of an embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a sectional view through part of a structure of the prototype according to the invention.
  • the powder particle 1 shows a first exemplary embodiment of a powder particle s, which is designed according to the invention.
  • the powder particle 1 has a core 2 which is surrounded by a shell 3 surrounding the core 2 over its entire surface.
  • the core 2 is formed by a refractory material such as a refractory metal or a metal alloy such as iron base, nickel base, cobalt base alloy, MCrAL Y alloys with M equal to nickel and / or cobalt or the like.
  • the surrounding shell 3 is formed of a second material which is different from the first material of the core 2 and has a lower melting temperature than the core 2 and / or in combination with the first material of the core 2 decreases the melting point of the first material.
  • a powder is melted with the powder particles 1 of FIG. 1 in a generative manufacturing process with selective melting or sintering by beam energy, such as electron beam melting, selective laser, selective laser sintering, or a similar process, with a beam of energy to the powders is applied, used and a powder particle 1 melted at the edge or heated so far that the second material of the shell 3 diffuses into the first material of the core 2, a mixture of the two materials is caused, which leads to a melting point depression of the first material of the core 2 leads.
  • beam energy such as electron beam melting, selective laser, selective laser sintering, or a similar process
  • the melting point-lowering property of the second material of the shell 3 can also be used to allow better mutual diffusion of the constituents of the first material with adjacent particles.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a powder particle according to the invention 1 ', which in turn has a core 2 of a first refractory material, on the surface, however, is not provided over the entire surface envelope, but the second material in the form of very fine particles 3 ' distributed is provided over the surface, so that the core 2 is only partially covered.
  • the mode of operation is similar to the powder, as is the case with the powder. Particles 1 in Fig. 1 has been described.
  • the arrangement of the finest particles 3 'on the surface of the core 2, for example, causes a local melting at the location of the particles 3' when radiation energy is applied, because there the melting point of the first material is lowered, so that at these points with adjacent Powder particles 1 ' welding or sintering of the first material is possible without downstream heat treatment.
  • FIG. 3 shows a part of a component 10 produced according to the invention in the form of a microstructure section shown schematically.
  • FIG. 3 shows several sintered powder particles 1 which are welded together at their boundary surfaces 4 by appropriate melting.
  • the second material 3 which was originally present in the form of a shell or finely distributed particles on the surface, is now dissolved in the structure grains, which is to be expressed by the dot representation. Accordingly, the proportion of the second material in the prototype 10 is so low that no additional phases are formed, which are present in addition to the phases of the first material.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein generatives Herstellverfahren eines Bauteils durch mehrfaches, aufeinanderfolgendes selektives Schmelzen und/oder Sintern eines Pulvers mittels einer durch Strahlenergie eingebrachten Wärmemenge, so dass die Pulverpartikel lagenweise verschmelzen und/oder sintern, wobei die Pulverpartikel (1) aus einem ersten Werkstoff (2) gebildet sind und die Pulverpartikel teilweise oder vollflächig von einem zweiten Werkstoff (3) umgeben sind, wobei der zweite Werkstoff einen niedrigeren Schmelzpunkt als der erste Werkstoff aufweist und/oder eine den Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs erniedrigende Eigenschaft bei Mischung mit dem ersten Werkstoff aufweist sowie ein entsprechendes Pulver und einem daraus hergestellten Prototypen.

Description

Generatives Herstellverfahren und Pulver hierzu
HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein generatives Herstellverfahren eines Bauteils durch mehrfaches, aufeinanderfolgendes selektives Schmelzen und/oder Sintern eines Pulvers mittels einer durch Strahlenergie eingebrachten Wärmemenge, sodass die Pulverpartikel lageweise ver- schmelzen und/oder sintern. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Pulver sowie ein daraus hergestelltes Bauteil.
STAND DER TECHNIK Zur schnellen Herstellung eines Bauteils sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Verfahren bekannt. Neben dem sogenannten dreidimensionalen Drucken (3D Printing) gibt es Strafverfahren, wie Elektronenstrahlschmelzen, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern und viele andere Verfahren, wie beispielsweise Stereolithographie oder Gussverfahren und dergleichen. Obwohl damit vorallem Prototypen auf sehr schnelle Weise erzeugt werden können, unterscheiden sich die Verfahren doch grundsätzlich.
Aus der DE 11 2005 002 040 T5 ist beispielsweise ein Rapid-Prototyping- Verfahren für Alumi- nium-/Magnesiumlegierungen mittels eines 3 D -Druckverfahrens bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Aluminium-/Magnesium-Partikel zunächst mittels eines Bindemittels zur Bildung des Prototypen im Druckverfahren miteinander verbunden und anschließend gesintert, sodass der Prototyp entsteht. Da die Aluminium- und/oder Magnesium-Legierungen sehr oxidationsanfällig sind, werden die entsprechenden Pulverpartikel durch eine Metallschicht aus beispielsweise Kupfer geschützt. Ein derartiges Verfahren ist aber auf niedrigschmelzende Werkstoffe beschränkt, da bei hochschmelzenden Werkstoffen der gesamte Prototyp sehr hohen Temperaturen über einen langen Zeitraum ausgesetzt werden muss, um eine ausreichende Sinterverbindung zu erreichen.
Aus der US 2006/0251535 AI ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem aus beschichteten Pulverpartikeln dreidimensionale Prototypen durch bindergestütztes Drucken geformt werden. Die Beschichtung der Partikel aus Bindemitteln und sinterbaren Werkstoffen dient dazu, ein gegenseitiges Verbinden der Pulverpartikel zu ermöglichen, indem die Beschichtungen oder Teile davon miteinander verschmelzen, verschweißen oder sintern, um so entsprechende Brücken zwischen den Pulverpartikeln zu bilden.
Der Nachteil diese Verfahren besteht jedoch darin, dass die Eigenschaften des Prototypen von dem eigentlichen Werkstück stark abweichen, da die Partikel nicht direkt selbst verbunden sind, sondern über die Bindemittel und/oder Sinterstoffe miteinander„verklebt" sind. Obwohl dieser Verfahren für hochschmelzende Werkstoffe, also insbesondere Hochtemperarurwerkstoffe die Möglichkeit bieten würde mit geringerem Wärme- und Energieeinsatz einen Prototypen herzustellen, ist das Ergebnis unbefriedigend, da die Eigenschaften, insbesondere die mechanischen Eigenschaften des Prototypen stark von denjenigen des späteren Werkstücks abweichen.
Beim Einsatz von strahlgestützten Verfahren, also beispielsweise Laserstrahlverfanren oder Elektronenstrahlverfahren, für die Herstellung von Prototypen aus hochschmelzenden Materialien bzw. Werkstoffen besteht darüber hinaus die Problematik, dass so viel Wärmemenge in das Pulver bzw. in die Oberfläche des bereits aufgebauten Prototypen eingebracht werden muss, um ein Verschmelzen bzw. Sintern zu ermöglichen, dass hohe Temperaturgradienten entstehen, die zur Rissbildung führen können. Werden jedoch Risse in den Prototypen eingebracht, so sind auch in einem derartigen Fall die mechanischen Eigenschaften deutlich unterschiedlich zu dem eigentlichen Werkstück, sodass auch dies nachteilig ist. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein generatives Herstell verfahren bereitzustellen, mit welchem Bauteile aus hochschmelzehden Materialien bzw. Werkstoffen gebildet werden können, die in ihrem Eigenschaftsproftl möglichst nahe den Werkstücken kommen, die beispielsweise durch Guss hergestellt wurden. Außerdem sollen mit der vorliegenden Erfindung entsprechende Mittel zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden. Das generative Herstellverfahren soll aber gleichzeitig einfach und zuverlässig durchführbar sein. TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Pulver mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und einem Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Bauteile aus hochschmelzenden Werkstoffen durch selektives Schmelzen und/oder Sintern von Pulvern mittels Strahlverfahren hergestellt werden können, da die entsprechenden energiereichen Strahlen wie Laser- oder Elektronenstrah- len die erforderliche Energie zum Verschmelzen oder zum Sintern der Pulverpartikel bereitstellen können. Bei derartigen generativen Her stell verfahren wird somit ein Laser- oder Elektronenstrahl entsprechend der zu erzeugenden Form über eine Pulverschicht bewegt, wobei durch die lokal eingebrachte Energie selektiv an dieser Stelle das Pulver aufschmilzt oder sintert, sodass lagenweise bei wiederholtem Aufbringen von Pulver und entsprechendem Bestrahlen mit einem energiereichen Strahl eine dreidimensionale Form aufgebaut werden kann. Erfmdungsgemäß wird dem Problem einer Rissbildung aufgrund eines hohen Temperaturgradienten, der durch das Sintern oder Aufschmelzen in dem Bauteil bzw. den gerade verbundenen Partikeln entsteht, dadurch entgegengewirkt, dass Pulverpartikel verwendet werden, die aus einem ersten Werkstoff gebildet sind, aus welchem der Prototyp an sich gebildet werden soll, und weiterhin einen zwei- ten Werkstoff umfassen, der die Pulverpartikel teilweise oder vollflächig umgibt, wobei der zweite Werkstoff einer niedrigeren Schmelzpunkt als der erste Werkstoff aufweist und/oder eine den Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs erniedrigende Eigenschaft bei Kontakt und/oder Mischung mit dem ersten Werkstoff aufweist. Damit wird beispielsweise bei hochschmelzenden Werkstoffen erreicht, dass die eingebrachte Wärmeenergie erniedrigt werden kann, sodass klei- nere Temperaturgradienten in dem Bauteil bzw. der letzten Lage des hergestellten Bauteils entstehen, was Rissbildung vermeidet.
Der erste Werkstoff kann beispielsweise ein hochschmelzender Werkstoff sein, der insbesondere einen Schmelzpunkt über 1.000°C vorzugsweise über 1.250°C oder höchst vorzugsweise über 1.500°C aufweist. Beispielsweise kann der erste Werkstoff eine Nickelbasislegierung, eine Eisenbasislegierung, eine Kobaltbasislegierung, eine MCr AI -Legierungen mit M gleich Nickel und/oder Kobalt oder Wolfram oder eine Wolframlegierung sein. Der zweite Werkstoff kann ein sogenanntes Sinterhilfsmittel oder ein Hochtemperaturlot sein, welches die oben erwähnten Eigenschaften bezüglich des ersten Werkstoffs aufweist. Insbesondere kann der zweite Werkstoff durch Bor, Germanium oder Silizium oder entsprechende Werkstoffe gebildet sein, die eine oder mehrere der vorgenannten Elemente umfassen.
Der zweite Werkstoff kann in Form einer Hülle um einen Kern aus dem ersten Werkstoff in einem Pulverpartikel des erfindungs gemäßen Rapid-Prototyping-Pulvers angeordnet sein.
Der zweite Werkstoff kann insbesondere auch in Form von feinst verteilten Partikelchen auf der Oberfläche des ersten Werkstoffs angeordnet sein, so dass der erste Werkstoff in Form eines
Pulverpartikelkerns nicht vollständig von dem zweiten Werkstoff umgeben ist. Dadurch kann der Anteil des zweiten Werkstoffs im fertiggestellten Bauteil insbesondere soweit verringert werden, dass der Einfluss des zweiten Werkstoffs auf das Eigenschaftsprofil des Bauteil vernachlässigbar ist.
Grundsätzlich kann, unabhängig von der Art der Anordnung von erstem und zweitem Werkstoff in den Pulverpartikeln, die Menge des zweiten Werkstoffs derart eingestellt werden, dass über die eingebrachte Strahlenergie eine ausreichende Vernetzung der Pulverpartikel erfolgen kann, wobei der Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs entsprechend lokal um mindestens 5 %, vor- zugsweise mindestens 10 % abgesenkt wird, während im fertig gestellten Bauteil der Anteil des zweiten Werkstoffs so gering ist, dass der Schmelzpunkt des Bauteils mindestens bei 90 % vorzugsweise mehr als 95 % der Schmelztemperatur des ersten Werkstoffes liegt. Gleichzeitig oder alternativ kann die Menge des zweiten Werkstoffs derart eingestellt werden, dass im fertiggestellten Bauteil die zu erwartende Phasen- bzw. Gefügeausbildung des ersten Werkstoffs nicht beeinflusst wird, also der zweite Werkstoff keine separaten Phasen- oder Gefügebestandteile oder Ausscheidungen ausbildet.
Somit kann also durch die gewählte Verteilung von erstem und zweitem Werkstoff im Ausgangsmaterial im Kern und am Rand des Pulverpartikels die unmittelbare Verbindung der Parti- kel des ersten Werkstoffs untereinander bei niedrigerem Energieeinsatz erreicht werden, während im Bauteil der zweite Werkstoff so gelöst ist, dass das Eigenschaftsprofil des Bauteils durch den ersten Werkstoff bestimmt wird. Dies kann insbesondere dadurch noch verbessert werden, dass das Bauteil einer Wärmebehandlung mit und ohne Druck unterzogen wird, so dass der zweite Werkstoff sich im ersten Werkstoff leichmäßig auflösen bzw. über entsprechende Diffusionsvorgänge verteilen kann. Um eine Erniedrigung des Temperaturgradienten bei der Herstellung des Bauteils, insbesondere in den gerade verschweißten oder/und gesinterten Lagen zu erzielen, kann der Prototyp und oder das Pulver entsprechend auch vorgewärmt und oder zusätzlich zur lokal aufgebrachten Strahlenergie auf eine entsprechend höhere Temperatur erwärmt werden, um den Temperaturgradienten niedrig zu halten. Beispielsweise kann dies durch Widerstandsheizung erfolgen, indem eine entsprechende Strom- bzw. Spannungsquelle an das Pulver und/oder dem teilweise fertig gestellten Bauteil angelegt wird. Dies kann auch durch Induktionsheizung erfolgen, so dass damit auch die Abkühlrate steuerbar ist.
Ein entsprechend der Erfindung hergestelltes Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass es ohne Rissbildung aus einem ersten, hochschmelzenden Werkstoff besteht, welcher in geringen Anteilen ohne Einfluss auf die Phasen- und/oder Gefügeausbildung des ersten Werkstoffs einen zweiten, schmelzpunkterniedrigenden Werkstoff aufweist. Die Partikel des ursprünglichen Pulvers aus dem ersten Werkstoff sind im Bauteil unmittelbar miteinander verbunden, ohne dass zusätzlicher Binder oder Bindephasen oder dergleichen erforderlich wären.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der beigefügten Zeich- nung deutlich. Die Zeichnung zeigt hierbei in rein schematischer Weise in
Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Pulverpartikels;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausfiihrungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Pulverpartikels; und in
Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen Teil eines Gefüges des erfindungsgemäß hergestellten Prototypen. AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines Pulverpartikel s, welches gemäß der Erfin- dung ausgebildet ist. Das Pulverpartikel 1 weist einen Kern 2 auf, der durch eine vollflächig den Kern 2 umgebende Hülle 3 umgeben ist. Der Kern 2 ist durch einen hochschmelzenden Werkstoff, wie beispielsweise ein hochschmelzendes Metall oder eine Metalllegierung, wie beispielsweise eine Eisenbasis- , Nickelbasis- , Kobaltbasislegierung, MCrAL Y-Legierungen mit M gleich Nickel und/oder Kobalt oder dergleichen gebildet. Die umgebende Hülle 3 ist aus einem zweiten Werkstoff gebildet, der unterschiedlich zu dem ersten Werkstoff des Kerns 2 ist und eine niedrigere Schmelztemperatur als der Kern 2 aufweist und/oder in Kombination mit dem ersten Werkstoff des Kerns 2 den Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs erniedrigt.
Wird beispielsweise ein Pulver mit den Pulverpartikeln 1 aus Fig. 1 in einem generativen Her- stellverfahren mit selektivem Aufschmelzen oder Sintern mittels Strahlenergie, wie beispielsweise Elektronenstrahlschmelzen, selektives Laser schmelzen, selektives Lasersintern oder einem ähnlichem Verfahren, bei dem mit einem Strahl Energie auf die Pulver aufgebracht wird, eingesetzt und ein Pulverpartikel 1 am Rand aufgeschmolzen oder soweit erwärmt, dass der zweite Werkstoff der Hülle 3 in den ersten Werkstoff des Kerns 2 diffundiert, so wird eine Mischung aus den beiden Werkstoffen verursacht, die zu einer Schmelzpunkterniedrigung des ersten Werkstoffs des Kerns 2 führt. Entsprechend ist es möglich mit einem geringeren Wärmeeinsatz die nebeneinander liegenden Pulverpartikel 1 bzw. Pulverpartikel 1 mit der in einem bereits vorangegangenen Schritt entstandenen Lage des Bauteils zu verbinden, indem die Pulverpartikel 1 gegenseitig oder mit einer vorher gebildeten Lage des Bauteils verschweißen, flüssig sintern oder in fester Phase durch Diffusion sintern. Entsprechend kann die Schmelzpunkter iedrigende Eigenschaft des zweiten Werkstoffs der Hülle 3 auch dahin gehend genutzt werden, dass eine bessere gegenseitige Diffusion der Bestandteile des ersten Werkstoffs mit benachbarten Partikeln ermöglicht wird. Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pulverpartikels 1 ', welches wiederum einen Kern 2 aus einem ersten, hochschmelzenden Werkstoff aufweist, an dessen Oberfläche jedoch keine vollflächig umgebende Hülle vorgesehen ist, sondern der zweite Werkstoff in Form von feinsten Partikelchen 3 ' verteilt über der Oberfläche vorgesehen ist, sodass der Kern 2 nur teilweise bedeckt ist. Die Funktionsweise ist ähnlich dem Pulver, wie es bei den Pul- verpartikeln 1 in der Fig. 1 beschrieben worden ist. Durch die Anordnung der feinsten Partikelchen 3 ' an der Oberfläche des Kerns 2 kommt es bei der Einwirkung von Strahlenergie beispielsweise zu einem lokalen Aufschmelzen an der Stelle der Partikelchen 3', da dort der Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs erniedrigt ist, sodass an diesen Stellen mit benachbarten Pulverpartikeln 1 ' ein Verschweißen oder Sintern des ersten Werkstoffs möglich ist ohne nachgeschaltete Wärmebehandlung.
Die Fig. 3 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteils 10 in Form eines schematisch dargestellten Gefügeausschnitts. Die Fig. 3 zeigt mehrer zusammen gesinterte Pulverpartikel 1 , die an ihren Grenzflächen 4 durch entsprechendes Aufschmelzen miteinander verschweißt sind. Der zweite Werkstoff 3 der ursprünglich in Form einer Hülle oder feinst verteilter Partikelchen an der Oberfläche vorgelegen hat, ist nunmehr in den Gefügekörnern gelöst, was durch die Punktdarstellung ausgedrückt werden soll. Entsprechend ist der Anteil des zweiten Werkstoffs im Prototypen 10 derart niedrig, dass sich keine zusätzlichen Phasen ausbilden, die zusätzlich zu den Phasen des ersten Werkstoffs vorhanden sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, hochschmelzende Werkstoffe durch ein generatives Herstellverfahren zu einem Bauteil zu verarbeiten, welcher dem Eigenschaftsprofil des späteren Werkstücks sehr nahe kommt, da die Sinter hilfsmittel in Form des zweiten Werkstoffs in einem derart geringen Anteil vorkommen, dass sie auf den Bauteil nur einen äußerst geringen vernachlässigbaren Einfluss haben. Des Weiteren sind derartige Prototypen aus hochschmelzenden Werkstoffen rissfrei herstellbar, da die eingebrachte Wärmemenge aufgrund des zweiten Werkstoff, der als Sinter- oder Schmelzhilfsstoff dient, reduziert werden kann und deshalb ein geringerer Temperaturgradient an den Stellen erzeugt wird, an denen der Energiestrahl auf das Pulver bzw. den Prototypen eingewirkt hat. Aufgrund des geringeren Temperaturgradienten ist die Gefahr der Rissbildung verringert.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausfuhrungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern die Er- findung kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche durch unterschiedliche Kombination einzelner vorgestellter Merkmale und Weglassen einzelner Merkmale variiert werden. Insbesondere beansprucht die vorliegende Erfindung sämtliche Kombinationen aller vorgestellten Merkmale.

Claims

Patentansprüche
1. Generatives Herstellverfahren eines Bauteils durch mehrfaches, aufeinander folgendes selektives Schmelzen und/oder Sintern eines Pulvers mittels einer durch Strahlenergie eingebrach- ten Wärmemenge, so dass die Pulverpartikel lagenweise verschmelzen und/oder sintern, dadurch gekennzeichnet, dass
die Pulverpartikel (1) aus einem ersten Werkstoff (2) gebildet sind und die Pulverpartikel teilweise oder vollflächig von einem zweiten Werkstoff (3) umgeben sind, wobei der zweite Werkstoff einen niedrigeren Schmelzpunkt als der erste Werkstoff aufweist und/oder eine den Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs erniedrigende Eigenschaft bei Mischung mit dem ersten Werkstoff aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Werkstoff (2) ein hochschmelzender Werkstoff ist, insbesondere mit einem
Schmelzpunkt über 1000°C, vorzugsweise über 1250°C, höchst vorzugsweise über 1500°C.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Werkstoff (2) eine Ni-Basislegierung, eine Fe-Basislegierung, eine Co- Basislegierung, eine MCrAl-Legierung mit M gleich Ni oder Co, Wolfram oder eine Wolf- ram-Legierung ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Werkstoff (3) Bor, Germanium oder Silizium umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Werkstoff (3) in Form von feinst verteilten Partikeln auf der Oberfläche des ersten Werkstoffs angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Werkstoff (3) in einer derartigen Menge im Pulver vorgesehen ist, dass bei der lokalen Einbringung von Wärme über die Strahlenergie eine ausreichende Vernetzung der Pulverpartikel erfolgt, wobei der Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs lokal um mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 % abgesenkt wird und im fertig gestellten Prototypen der Anteil des zweiten Werkstoffs so gering ist, dass der Schmelzpunkt des Prototypen mindestens bei 90 %, vorzugsweise mehr als 95 % der Schmelztemperatur des ersten Werkstoffs liegt und/oder die Phase des ersten Werkstoffs im Bauteil vorliegt, die ohne zweiten Werkstoff vorliegen würde.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil einer Wärmebehandlung mit und ohne Druck unterzogen wird, so dass der zweite Werkstoff sich im ersten Werkstoff gleichmäßig verteilt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Pulver vorgewärmt oder zusätzlich zur Strahlenergie erwärmt wird.
9. Pulver für ein generatives Herstell verfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Pulver durch Strahlenergie mehrfach, hintereinander selektiv aufge- schmolzen und/oder gesintert werden, so dass die Pulverpartikel lagenweise verschmelzen und/oder sintern,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pulverpartikel (1) aus einem ersten Werkstoff (2) gebildet sind und die Pulverpartikel teilweise oder vollflächig von einem zweiten Werkstoff (3) umgeben sind, wobei der zweite Werkstoff einen niedrigeren Schmelzpunkt als der erste Werkstoff aufweist und/oder eine den Schmelzpunkt des ersten Werkstoffs erniedrigende Eigenschaft bei Mischung mit dem ersten Werkstoff aufweist.
10. Bauteil, der durch ein generatives Herstellverfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, hergestellt worden ist, bei dem das Pulver durch Strahlenergie mehrfach, hinterein- ander selektiv aufgeschmolzen und/oder gesintert werden, so dass die Pulverpartikel lagenweise verschmelzen und/oder sintern,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil aus einem ersten, hochschmelzenden Werkstoff besteht, welcher in geringen Anteilen ohne Einfluss auf die Gefügeausbildung des ersten Werkstoffs einen zweiten, schmelzpunkterniedrigenden Werkstoff umfasst.
11. Bauteil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel des Pulvers aus dem ersten Werkstoff unmittelbar miteinander verbunden sind.
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