EP2665570A1 - Generativ hergestellte turbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Generativ hergestellte turbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

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EP2665570A1
EP2665570A1 EP12704657.1A EP12704657A EP2665570A1 EP 2665570 A1 EP2665570 A1 EP 2665570A1 EP 12704657 A EP12704657 A EP 12704657A EP 2665570 A1 EP2665570 A1 EP 2665570A1
Authority
EP
European Patent Office
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powder
housing
gas turbine
turbine blade
gas
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Withdrawn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
EP12704657.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan NEUHÄUSLER
Bertram Kopperger
Josef WÄRMANN
Andreas Jakimov
Erwin Bayer
Wilhelm Meir
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 AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP2665570A1 publication Critical patent/EP2665570A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of gas turbine components, in particular air turbine components, preferably low-pressure turbine blades made of a powder, which is selectively sintered in layers by localized introduction of radiant energy. Moreover, the invention relates to an apparatus for producing gas turbine components, in particular according to a corresponding method, and a gas turbine blade produced therewith, in particular low-pressure turbine blades made of a TiAl material.
  • the present invention is based on the idea that an advantageous production of gas turbine components, in particular turbine components, such as preferably low-pressure turbine blades made of very reactive materials, such as titanium aluminides, can be done in a generative manufacturing process, if it can be ensured that the starting powder used in generative manufacturing process has a corresponding purity.
  • this is achieved in that the powder manufacturing process directly to the generative manufacturing process, ie a selective laser or electron beam sintered upstream, it being ensured that the produced starting powder is exposed between the powder production and the generative production of the component no unfavorable ambient atmosphere containing, for example, 5 oxygen. This avoids that the powder used, so for example, the very reactive Titanaluminide, can react with oxygen from the ambient atmosphere.
  • the powder particles do not form oxide layers, such as thin alumina or titanium oxide layers in the case of TiAl, which would then lead to the introduction of oxygen into the device during sintering of the powder. Accordingly, it is provided that the powder production and the additive component manufacturing process be carried out in a defined atmosphere. This can be achieved if both
  • Sub-steps namely powder production and generative manufacturing process in a single, gas-tight lockable housing or in two gas-tight interconnected housings are performed so that the powder produced in the first step does not have to leave the defined atmosphere before the production of the 15 component. This makes it possible to do that
  • the selective laser beam sintering or electron beam sintering can be used as a generative production method.
  • the electron beam can sinter sintered in a vacuum
  • the powder preparation can be carried out in an inert gas atmosphere to a cooling medium for the inert gas through the
  • a wide variety of powders in particular different metallic powders can be used, wherein the powder particles can be formed from pure metal or from alloys.
  • the powder may be formed, for example, from titanium aluminide alloys or components for producing titanium aluminide alloys, that is, for example, titanium powder, aluminum powder or powder of alloying ingredients such as niobium or the like.
  • several devices for powder production can be provided to produce different powders. These powder manufacturing devices may be provided in several separate rooms or housings or in a housing with or without corresponding partitions. Only with respect to the ambient atmosphere completed transport to the place of generative component production must be guaranteed.
  • the powder can be mechanically alloyed, so it can be processed accordingly with appropriate additional powders.
  • a certain particle size distribution can be set for the powder particles,
  • the inventive method also makes it possible that differently alloyed powder and / or with respect to the powder size differently adjusted powder in the
  • generating components is provided in different areas » so that a component can result in a material gradient.
  • the powder can be prepared in different ways by known methods.
  • atomization of a molten material for example by rotary dusting
  • various devices for powder production and generative production of components may be provided in a housing or in gas-tight connected housings or rooms. These devices include devices for powder production by means of atomizing, for example rotary atomizers, corresponding devices for processing the powders, such as sieves and the like, apparatus for mechanical alloying, ie mixers and the like, as well as devices for supplying additional powder externally or means for storing Powder in the gas-tight sealed device.
  • atomizing for example rotary atomizers
  • corresponding devices for processing the powders such as sieves and the like
  • apparatus for mechanical alloying ie mixers and the like
  • Device in addition to the beam generating device and devices for guiding the beam via a powder layer aids for transporting and handling of the powder as well as means for gas supply and for evacuating the device.
  • gas turbine blades in particular low-pressure turbine blades
  • TiAl materials which can be designed as hollow blades with an inner support structure.
  • these components which can only be produced by generative methods in a complicated cavity structure, can be produced from the material TiAl or TiAl alloys which is difficult to handle since fine-grained powders can be used and the generation of impurities, in particular the introduction of oxides, is prevented becomes. Accordingly, they are distinguished
  • Gas turbine blades produced according to the invention by fine-grained microstructure with low impurities, in particular low oxygen content.
  • the gas turbine blades may have locally different alloy compositions and / or have grain size distributions.
  • corresponding components are distinguished by the avoidance of segregation, as can be observed in cast components.
  • Fig. 1 is an illustration of a device for the generative production of
  • Air turbine blades according to the invention and in -
  • Fig. 2 is a perspective view of an inventively prepared
  • the device 1 shows a purely schematic representation of a device 1, which can be used for the production of turbine blades by the method according to the invention.
  • the device 1 has a housing 2, which encloses two chambers or chambers 3 and 4, which are partitioned off by an unspecified partition with a passage opening 15 in the housing 2. In the one space 4 powder production takes place while in the other room 3, the sintering of the component 27 takes place.
  • the rooms 3 and 4 each have a vacuum pump 5 and 6, so that the rooms 3 and 4 can be pumped separately from each other. Alternatively, however, it can be provided to provide only a single pump for pumping off the entire interior of the housing 2.
  • gas supply lines 7, 8, 9 are provided, which in turn allow the separate flooding of the rooms 3 and 4 with gas. Again, only a single gas supply for flooding the entire interior of the housing 2 may be provided. The flooding with gas can only serve to clean the room or the setting of an inert gas atmosphere.
  • a melt supply 10 or, alternatively, a device for melting a metal or alloy (not shown) which comprises a nozzle device from which the melt is produced. Powder can escape.
  • known methods can be used, such as rotational atomization of the melt to produce fine-grained powder.
  • the powder thus produced can be collected on a table 11, whereby a pushing device 13 can laterally push off the powder and transport it in the direction of the space 3.
  • a pushing device 13 can laterally push off the powder and transport it in the direction of the space 3.
  • located on the table 11 powder with the Slider 13 along the table 11 and the connecting plate 22 are moved through the opening 15 in the direction of the powder container 25 in the space 3 to there in the
  • Powder container or on the powder container as Pul publishers to be stored are examples of the powder container or on the powder container as Pul publishers to be stored.
  • Powder container 25 has a double bottom 26 which is adjustable in height according to the double arrow, so that at the beginning of the process, the double bottom 26 at the level of
  • Connection plate 22 is moved to receive a first Pul publishers.
  • This first powder layer is formed by an electron or laser beam 24 passing through the
  • Beam generating device 23 is generated locally selectively sintered according to the contour to be produced, wherein the electron beam or laser beam is moved over the powder layer on the double bottom 26. Where the electron or laser beam hits the powder and melts or melts it, the powder is locally sintered together, so that a component 27 is produced. Thereafter, the double bottom 26 is lowered by a certain height to allow the slider 13 to apply a new powder layer. This powder layer is then correspondingly sintered again by the beam bundles 24 of the laser or electron radiation and the process is continued until the component 27 to be produced is ready. The component 27 is then in a powder bed 28, which in the powder container 25th
  • the finished component 27 can be removed and removed through an opening 29 from the housing 2.
  • an opening 21 can be opened in the connecting plate 22 or the table 11, so that the powder 12 enters a funnel 16 with a sieve 17 through which, however, only the powder having the determined powder size passes can.
  • the powder is then collected in a powder container 18 with a double bottom 19, which can then be raised in the region of an opening 30 of the connecting plate 22 so that the powder contained in the powder container 18 by means of the double bottom 19 in the plane of the table 11 and .
  • the connecting plate 22 can be raised and there to be moved by the slider 13 in the direction of the Pul e-container 25.
  • a hydraulic lifting device 20 is provided, which can move the powder container 18 upwards, as indicated by the double arrow.
  • a feed hopper 14 with a lock through which additional powder externally generated can be introduced into the apparatus.
  • a gas supply 8 may be connected to For example, introduce inert gas in the lock area.
  • a corresponding vacuum pump (not shown) may be provided in the region of the lock of the input hopper 14.
  • powder storage it is also possible, for example in the space 4 of the housing 2 to provide powder storage, are stored in the different powders to then mechanically alloy them in a powder mixing device, not shown, in order to produce desired compositions of the powder can.
  • powder mixing device not shown
  • other devices for powder production and corresponding spaces can be provided.
  • both powders of different chemical composition and also powders with different grain sizes can be mixed or alloyed.
  • the presented device 1 it is possible with the presented device 1 not only to directly process melts of alloys into powders and to use them in the generative production process, but it is also possible to mechanically alloy powders having different particle sizes and / or particle size distributions and chemical
  • compositions in the device 1. it is thereby possible to provide different powders per layer, and thus to adjust gradients with regard to the composition and / or the grain size in the component 27 to be produced.
  • the gas feeds 7, 8, 9 and the pumps 5, 6 it is possible to set defined atmospheric conditions in the chambers 3 and 4 of the housing 2, wherein different atmospheres in the chambers 3 and 4 can also be set.
  • atmospheres with defined gas compositions, for example inert gas atmospheres.
  • the housing 2 it is possible in the housing 2 to set a substantially oxygen-free atmosphere in the technical framework, so that no Contamination of the component 27 takes place with unwanted oxygen levels. But other gases, such as nitrogen, which could lead to the formation of nitrides, can be excluded accordingly, for example when working under vacuum or inert gas atmospheres.
  • Contaminants are contained in the manufactured component. At the same time can through
  • multi-beam devices ie beam generation devices such as laser or electron beam devices that can generate multiple beams or high
  • the apparatus and the corresponding method for producing gas turbine blades from titanium aluminide materials or alloys thereof can be used.
  • FIG. 2 shows an example of a low-pressure turbine blade for an aircraft turbine made of a titanium aluminide material, wherein the blade 50 has a blade root 55 and a hollow blade
  • Airfoil 51 has.
  • the cavity 52 of the airfoil 51 is interrupted by stiffeners 53 and 54, which are shown in dashed lines.
  • the stiffeners divide the cavity 52 into partial cavities 56, 57 and 58.
  • the blade airfoil 51 can have different compositions with respect to the chemical composition and / or the particle size distribution.
  • the change in the composition can be carried out continuously or stepwise, so that sets a stepless or stepped gradient.

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Description

GENERATIV HERGESTELLTE TURBINEN SCHAUFEL SOWIE VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere Flugturbinenbauteilen, vorzugsweise Niederdruckturbinenschaufeln aus einem Pulver, welches lagenweise selektiv durch örtlich begrenzte Einbringung von Strahlungsenergie gesintert wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere gemäß einem entsprechenden Verfahren, sowie eine damit hergestellte Gasturbinenschaufel, insbesondere Niederdruckturbinenschaufeln aus einem TiAl- Werkstoff.
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Rapid Prototyping - or Rapid Manufacturing - Ver- fahren, also Verfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen oder zur schnellen Herstellung von Bauteilen, bekannt, die sogenannte generative Herstellverfahren nutzen. Dabei werden durch selektives Sintern von Pulver, beispielsweise mittels Laser- oder Elektronenstrahlen, die über schichtweise angeordnetes Pulver geführt werden, dreidimensionale Strukturen erzeugt.
Derartige Verfahren sind für eine Vielzahl von Materialien und für unterschiedlichste Bauteile, insbesondere auch Flugturbinenbauteile vorgeschlagen worden. Beispiele hierfür sind in der DE
103 19 494 AI, DE 10 2006 049 216 AI, DE 10 2004 057 865 AI, DE 10 2008 027 315 AI und
DE 109 03 436 C2 genannt.
Die dort beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise können nicht alle Bauteile aus allen möglichen Werkstoffen gefertigt werden, weil durch die Art der generativen Herstellung Verunreinigungen eingebracht werden können, welche zu einem ungünstigen Eigenschaftsprofil führen, das für die gedachte Anwendung nicht akzeptabel ist. Insbesondere bei Titanaluminid- Werkstoffen, die beispielsweise für
Niederdruckturbinenschaufeln in Flugtriebwerken eingesetzt werden sollen können Verunreinigungen zu Versprödungen führen, die einen Einsatz im Flugturbinenbau unmöglich machen. Entsprechend erschwert bzw. verhindert im schlimmsten Fall die Gefahr der
Einbringung von Verunreinigungen einen möglichen Einsatz von generativen
Herstellungsverfahren bei der Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanaluminiden oder Legierungen daraus.
Darüber hinaus muss gleichzeitig gewährleistet sein, dass der Herstellungsaufwand niedrig bleibt, um eine wirtschaftliche Herstellung der Bauteile zu erreichen. Insbesondere bei generativen Herstellungsverfahren können lange Bearbeitungszeiten dazu führen, dass sie nicht mehr wirtschaftlich einsetzbar sind.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere Flugturbinenbauteilen, vorzugsweise Niederdruckturbinenschaufeln aus Titanaluminid-Werkstoffen bereitzustellen, welches die Herstellung eines entsprechenden Bauteils mit gewünschtem Eigenschaftsprofil ermöglicht und gleichzeitig wirtschaftlich ist.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und einer Gasturbinenschaufel mit den Merkmalen des Anspruchs 9 oder 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass eine vorteilhafte Herstellung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere Flugturbinenbauteilen, wie vorzugsweise Niederdruckturbinenschaufeln aus sehr reaktiven Werkstoffen, wie beispielsweise Titanaluminiden, in einem generativen Herstellungsverfahren dann erfolgen kann, wenn sichergestellt werden kann, dass das im generativen Herstellungsverfahren verwendete Ausgangspulver eine entsprechende Reinheit aufweist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Pulver- herstellungsprozess unmittelbar dem generativen Herstellungsverfahren, also einem selektivem Laser- oder Elektronenstrahl sintern vorgeschaltet wird, wobei sichergestellt wird, dass das hergestellte Ausgangspulver zwischen der Pulverherstellung und der generativen Herstellung des Bauteils keiner ungünstigen Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird, welche beispielsweise 5 Sauerstoff enthält. Dadurch wird vermieden, dass das verwendete Pulver, also beispielsweise die sehr reaktiven Titanaluminide, mit Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre reagieren können. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Pulverpartikel keine Oxidschichten, wie z.B. dünne Aluminiumoxid oder Titanoxidschichten im Fall von TiAl, ausbilden, welche dann beim Sintern des Pulvers zur Einbringung von Sauerstoff in das Bauteil führen würden. Entsprechend ist 10 vorgesehen, dass die Pulverherstellung und das generative Bauteilherstellverfahren in einer definierten Atmosphäre durchgeführt werden. Dies kann erreicht werden, wenn beide
Teilschritte, nämlich Pulverherstellung und generatives Herstellverfahren in einem einzigen, gasdicht abschließbaren Gehäuse oder in zwei gasdicht miteinander verbindbaren Gehäusen durchgeführt werden, so dass das im ersten Teilschritt erzeugte Pulver vor der Herstellung des 15 Bauteils die definierte Atmosphäre nicht mehr verlassen muss. Dadurch ist es möglich, das
Pulver in sehr reiner Qualität zu erzeugen und mit gleichbleibender Reinheit mittels des generativen Herstellungsverfahrens zu einem Bauteil zu verarbeiten.
Durch die Vermeidung einer Aussetzung des Pulvers gegenüber Umgebungsatmosphäre, und insbesondere der Vermeidung eines Kontakts des Pulvers mit Sauerstoff oder anderen Gasen der normalen Umgebungsatmosphäre und der damit verbundenen Vermeidung der Erzeugung von Oxidschichten oder anderen Reaktionsprodukten ist es auch möglich sehr feines Pulver zu verarbeiten, welches aufgrund seiner hohen Oberfläche bei herkömmlichen
Herstellungsverfahren zu einem hohen Verunreinigungs- oder Sauerstoffgehalt des
herzustellenden Bauteils führen würde.
Für das erfindungsgemäße Verfahren und eine entsprechend aufgebaute Vorrichtung kann als generatives Herstellverfahren das selektive Laserstrahlsintem, oder Elektronenstrahlsintern eingesetzt werden.
Ϊ0
Bei beiden Verfahren können mehrere Strahlungsbündel gleichzeitig erzeugt werden, um dadurch kurze Prozesszeiten zu gewährleisten, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht. Außerdem bei beiden Strahlungsarten Strahlung mit hoher Leistungsdichte erzeugt werden, sodass nur kurze Bestrahlungszeiten für das entsprechende Sintern des Pulvers erforderlich werden. Auch dies fördert die Effizienz des Verfahrens, Das Verfahren kann unter Vakuum oder in Schutzgasatmosphäre oder in entsprechenden
Kombinationen aus Vakuum und Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Elektronenstrahl sintern im Vakuum erfolgen, während die Pulverherstellung in einer Inertgasatmosphäre erfolgen kann, um durch das Inertgas ein Kühlmedium für die
abzukühlenden Pulverpartikel bei der Pulverherstellung bereitzustellen.
Bei dem Verfahren können unterschiedlichste Pulver, insbesondere unterschiedliche metallische Pulver eingesetzt werden, wobei die Pulverpartikeln aus reinem Metall oder aus Legierungen gebildet werden können. Das Pulver kann beispielsweise aus Titanaluminidlegierungen oder Komponenten zur Herstellung von Titanaluminidlegierungen, also beispielsweise Titanpulver, Aluminiumpulver oder Pulver aus Legierungsbestandteilen wie Niob oder dergleichen gebildet werden. Insbesondere können auch mehrere Vorrichtungen zur Pulverherstellung vorgesehen sein, um unterschiedliche Pulver zu erzeugen. Diese Pulverherstellungsvorrichtungen können in mehreren separaten Räumen oder Gehäusen oder in einem Gehäuse mit oder ohne entsprechende Abtrennungen vorgesehen sein. Lediglich gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgeschlossene Transportmöglichkeiten zum Ort der generativen Bauteilherstellung müssen gewährleistet sein.
Das Pulver kann mechanisch legiert, also mit entsprechenden Zusatzpulvern entsprechend aufbereitet werden. Darüber hinaus kann auch eine bestimmte Korngrößenverteilung für die Pulverpartikel eingestellt werden,
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auch, dass unterschiedlich legiertes Pulver und/oder hinsichtlich der Pulvergröße unterschiedlich eingestelltes Pulver in dem zu
erzeugenden Bauteilen in unterschiedlichen Bereichen vorgesehen wird» sodass sich ein Bauteil , mit einem Werkstoffgradienten ergeben kann.
Das Pulver kann in unterschiedlicher Weise nach bekannten Verfahren hergestellt werden.
Insbesondere kann ein Verdüsen einer Materialschmelze, beispielsweise durch Rotationszer- stäuben, Verwendung finden. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können verschiedene Einrichtungen zur Pulverherstellung und zum generativen Erzeugen von Bauteilen in einem Gehäuse oder in gasdicht verbundenen Gehäusen oder Räumen vorgesehen sein. Diese Einrichtungen umfassen Vorrichtungen zur Pulverherstellung mittels Verdüsen, beispielsweise Rotationszerstäuber, entsprechende Vorrichtungen zur Aufbereitung der Pulver, wie Siebe und dgl., Vorrichtung zum mechanischen Legieren, also Mischer und dgl., sowie Vorrichtungen zum Zuführen von zusätzlichem Pulver von extern oder Mittel zum Lagern von Pulver in der gasdicht abgeschlossenen Vorrichtung. Darüber hinaus kann eine
erfindungsgemäße Vorrichtung neben der Strahlerzeugungsvorrichtung und Vorrichtungen zur Führung des Strahls über eine Pulverlage Hilfsmittel zum Transportieren und Handhaben des Pulvers als auch Mittel zur Gaszuführung und zum Evakuieren der Vorrichtung aufweisen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können somit Gasturbinenschaufeln, insbesondere Niederdruckturbinenschaufeln aus TiAl - Werkstoffen hergestellt werden, welche als Hohlschaufeln mit innerer Stützstruktur ausgebildet sein können. Diese, bei komplizierter Hohlraumstruktur nur durch generative Verfahren herstellbaren Bauteile, lassen sich gemäß der Erfindung aus dem schwer handhabbaren Werkstoff TiAl bzw. TiAl-Legierungen herstellen, da feinkörnige Pulver Verwendung finden können und die Erzeugung von Verunreinigungen, insbe- sondere die Einbringung von Oxiden verhindert wird. Entsprechend zeichnen sich
erfindungsgemäß hergestellte Gasturbinenschaufeln durch feinkörnige Gefüge mit geringen Verunreinigungen, insbesondere geringem Sauerstoffgehalt aus. Darüber hinaus können die Gasturbinenschaufeln örtlich unterschiedliche Legierungszusammensetzungen aufweisen und/oder Korngrößenverteilungen besitzen. Außerdem zeichnen sich entsprechende Bauteile durch die Vermeidung von Seigerungen, wie sie bei gusstechnisch hergestellten Bauteilen zu beobachten sind, aus.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, die in rein schematischer Weise in
Fig. 1 eine Darstellung einer Vorrichtung zur generativen Herstellung von
Flugturbinenschaufeln gemäß der Erfindung; und in -
6
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten
Turbinenschaufel zeigen.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgend detaillierten Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels deutlich.
Die Fig. 1 zeigt eine rein schematische Darstellung einer Vorrichtung 1, die zur Herstellung von Turbinenschaufeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches zwei Räume bzw. Kammern 3 und 4 umschließt, die durch eine nicht näher bezeichnete Trennwand mit einer Durchgangsöffhung 15 in dem Gehäuse 2 abgeteilt sind. In dem einen Raum 4 erfolgt die Pulverherstellung während in dem anderen Raum 3 das Sintern des Bauteils 27 erfolgt.
Die Räume 3 und 4 weisen jeweils eine Vakuumpumpe 5 und 6 auf, sodass die Räume 3 und 4 getrennt voneinander abgepumpt werden können. Alternativ kann jedoch vorgesehen werden, lediglich eine einzige Pumpe zum Abpumpen des gesamten Innenraums des Gehäuses 2 vorzusehen.
Darüber hinaus sind mehrere Gaszuführungen 7, 8, 9 vorgesehen, die wiederum die separate Flutung der Räume 3 und 4 mit Gas ermöglichen. Auch hier kann nur eine einzige Gaszufuhr zur Flutung des gesamten Innenraums des Gehäuses 2 vorgesehen sein. Die Flutung mit Gas kann lediglich der Reinigung des Räume oder der Einstellung einer Inertgasatmosphäre dienen.
In Raum 4 des Gehäuses 2 ist femer eine Schmelzzufuhr 10 oder alternativ eine Vorrichtung zum Erschmelzen eines Metalls oder einer Legierung (nicht gezeigt) vorgesehen, welche eine Düseneinrichtung umfasst, aus der die Schmelze zur Erzeugung, von. Pulver austreten kann. Hier, können bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise Rotationszerstäubung der Schmelze, um feinkörnige Pulver zu erzeugen.
Das so erzeugte Pulver kann auf einem Tisch 11 aufgefangen werden, wobei eine Schiebeeinrichtung 13 das Pulver seitlich abschieben und in Richtung des Raums 3 transportieren kann. Im einfachsten Fall kann beispielsweise das auf dem Tisch 11 befindliche Pulver mit dem Schiebeeinrichtung 13 entlang dem Tisch 11 und der Verbindungsplatte 22 durch die Öffnung 15 in Richtung des Pulverbehälters 25 im Raum 3 verschoben werden, um dort in dem
Pulverbehälter oder auf dem Pulverbehälter als Pul verlage abgelegt zu werden. Der
Pulverbehälter 25 weist einen doppelten Boden 26 auf, der entsprechend dem Doppelpfeil in der Höhe verstellbar ist, sodass zu Beginn des Prozesses der doppelte Boden 26 in Höhe der
Verbindungsplatte 22 gefahren wird, um eine erste Pul Verlage aufzunehmen.
Diese erste Pulverlage wird durch einen Elektronen- oder Laserstrahl 24, der durch die
Strahlerzeugungseinrichtung 23 erzeugt wird, entsprechend der herzustellenden Kontur örtlich selektiv gesintert, wobei der Elektronen- oder Laserstrahl über die Pulverlage auf dem doppelten Boden 26 verfahren wird. Dort wo der Elektronen- oder Laserstrahl auf das Pulver trifft und es auf- oder anschmilzt, wird das Pulver örtlich zusammen gesintert, so dass ein Bauteil 27 hergestellt wird. Danach wird der doppelte Boden 26 um eine bestimmte Höhe abgesenkt, um zu ermöglichen, dass der Schieber 13 eine neue Pulverlage aufbringen kann. Diese Pulverlage wird dann entsprechend wieder durch die Strahlbündel 24 der Laser- oder Elektronenstrahlung gesintert und der Prozess wird solange fortgesetzt bis das zu erzeugende Bauteil 27 fertig ist. Das Bauteil 27 befindet sich dann in einem Pulverbett 28, welches im Pulverbehälter 25
aufgenommen ist. Von dort kann das fertige Bauteil 27 entnommen werden und durch eine Öffnung 29 aus dem Gehäuse 2 entnommen werden.
Sofern eine bestimmte Pulvergröße ausgewählt werden soll, kann in der Verbindungsplatte 22 bzw. dem Tisch 11 eine Öffnung 21 geöffnet werden, sodass das Pulver 12 in einen Trichter 16 mit einem Sieb 17 gelangt, durch welches jedoch nur das Pulver mit der bestimmten Pulvergröße hindurch treten kann. Das Pulver wird dann in einen Pulverbehälter 18 mit einem doppelten Boden 19 aufgefangen, der dann im Bereich einer Öffnung 30 der Verbindungsplatte 22 so angehoben werden kann, dass das in dem Pulverbehälter 18 befindliche Pulver mittels des doppelten Bodens 19 in die Ebene des Tisches 11 bzw. der Verbindungsplatte 22 angehoben werden kann und dort von dem Schieber 13 in Richtung des Pul verb ehälters 25 verschoben zu werden. Hierzu ist eine hydraulische Hebevorrichtung 20 vorgesehen, die den Pulverbehälter 18 nach oben bewegen kann, wie durch den Doppelpfeil angedeutet.
Zusätzlich ist gegenüberliegend der Öffnung 30 ein Aufgabetrichter 14 mit einer Schleuse vorgesehen, durch den zusätzliches Pulver, welches extern erzeugt worden ist, in die Vorrichtung eingeführt werden kann. Mit der Schleuse kann eine Gaszufuhr 8 verbunden sein, um beispielsweise Inertgas in den Schleusenbereich einzuführen. In gleicher Weise kann eine entsprechende Vakuumpumpe (nicht gezeigt) im Bereich der Schleuse des Eingabetrichters 14 vorgesehen sein. Durch das zusätzliche Pulver, das über den Aufgabetrichter 14 in die Vorrichtung 1 eingeführt werden kann, kann ein mechanisches Legieren des Pulvers vorgesehen werden, indem beispielsweise Legierungsbestandteile von extern zugeführt werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, beispielsweise im Raum 4 des Gehäuses 2 Pulverlager vorzusehen, in der unterschiedliche Pulver gelagert werden, um diese dann in einer nicht dargestellten Pulvermischvorrichtung mechanisch zu legieren, um auf diese Weise gewünschte Zusammensetzungen des Pulvers erzeugen zu können. Außerdem können weitere Vorrichtungen zur Pulverherstellung und entsprechende Räume vorgesehen werden. Bei der Mischung von verschiedenen Pulvern können sowohl Pulver unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung also auch Pulver mit unterschiedlichen Korngrößen vermischt bzw. legiert werden.
Insofern ist es mit der vorgestellten Vorrichtung 1 möglich, nicht nur unmittelbar Schmelzen von Legierungen zu Pulvern zu verarbeiten und diese im generativen Herstellungsverfahren einzusetzen, sondern es ist auch möglich ein mechanisches Legieren von Pulvern mit unterschiedlichen Korngrößen und/oder Korngrößenverteilungen sowie chemischen
Zusammensetzungen in der Vorrichtung 1 zu realisieren. Insbesondere ist es dadurch möglich, lageweise unterschiedliche Pulver vorzusehen, und so Gradienten hinsichtlich der Zusammensetzung und/oder der Korngröße in dem zu erzeugenden Bauteil 27 einzustellen.
Durch die Gaszufiihrungen 7, 8, 9 und die Pumpen 5, 6 ist es möglich definierte Atmosphä- renbedingungen in den Räumen 3 und 4 des Gehäuses 2 einzustellen, wobei auch unterschiedliche Atmosphären in den Räumen 3 und 4 eingestellt werden können. So können neben Vakuumbedingungen auch Atmosphären mit definierten Gaszusammensetzungen, beispielsweise Inertgasatmosphären erzeugt werden. Insbesondere ist es möglich im Gehäuse 2 eine im technischen Rahmen im Wesentlichen sauerstofffreie Atmosphäre einzustellen, sodass keine Verunreinigung des Bauteils 27 mit ungewollten Sauerstoffanteilen erfolgt. Aber auch andere Gase, wie Stickstoff, welcher zur Bildung von Nitriden führen könnte, können entsprechend ausgeschlossen werden, wenn beispielsweise unter Vakuum oder Inertgasatmosphären gearbeitet wird.
Durch definierte Einstellung der Atmosphäre kann somit vermieden werden, dass
Verunreinigungen in dem hergestellten Bauteil enthalten sind. Gleichzeitig kann durch
Verwendung von Mehrstrahleinrichtungen, also Strahlerzeugungsvorrichtungen wie Laser- oder Elektronenstrahl Vorrichtungen, die mehrere Strahlbündel erzeugen können oder hohe
Strahlungsleistungen aufweisen, ein hoher Energieeintrag in das Pulver erreicht werden, so dass das Sintern in sehr kurzen Prozesszeiten realisiert werden kann. Entsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr effizient betrieben werden.
Insbesondere lässt sich die Vorrichtung und das entsprechende Verfahren zur Herstellung von Gasturbinenschaufeln aus Titanaluminid- Werkstoffen bzw. Legierungen daraus einsetzen. Ferner ist es möglich Hohlschaufeln mit komplizierten Hohlräumen, wie Kühlkanälen, bzw.
Hohlräumen mit komplizierten Smtzstrukturen in wirtschaftlicher Weise herzustellen.
In den Bauteilen können entsprechende Korngrößen eingestellt werden. Auch Seigerungen bei Legierungen können vermieden werden und es können darüber hinaus gradierte Bauteile mit definierten Zusammensetzungen in unterschiedlichen Bereichen der Schaufel erzeugt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Beispiel einer Niederdruckturbinenschaufel für eine Flugturbine aus einem Titanaluminid- Werkstoff, wobei die Schaufel 50 einen Schaufelfuß 55 und ein hohles
Schaufelblatt 51 aufweist. Der Hohlraum 52 des Schaufelblatts 51 wird unterbrochen durch Versteifungen 53 und 54, die strichliniert dargestellt sind. Die Versteifungen unterteilen den Hohlraum 52 in Teilhohlräume 56, 57 und 58.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Schaufelblatt.51 beispielsweise in den Be- reichen der Teilhohlräume 56, 57 und 58 unterschiedliche Zusammensetzungen hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung und/oder der Korngrößenverteilung aufweisen. Die Änderung der Zusammensetzung kann hierbei kontinuierlich oder schrittweise erfolgen, sodass sich ein stufenloser oder gestufter Gradient einstellt. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Beispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass andersartige Kombinationen der vorgestellten Merkmale möglich sind oder dass einzelne Merkmale weggelassen werden können, solange der Schutzbereich der beigefugten Ansprüche nicht verlassen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere Flugturbinenbauteilen, vorzugsweise Niederdruckturbinenschaufeln aus einem Pulver, welches lagenweise selektiv durch örtlich begrenzte Einbringung von Strahlungsenergie gesintert wird, wobei das Sintern in einem abgeschlossenen, ersten Gehäuse (2) durchgeführt wird, so dass eine definierte Atmosphäre einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem selben ersten Gehäuse (2) oder einem gasdicht mit dem ersten Gehäuse verbundenen zweiten Gehäuse das Pulver oder zumindest ein Teil des Pulvers erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sintern mittels Laser- oder Elektronenstrahl (24) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Strahlungsbündel (24) zur Einbringung von Strahlungsenergie gleichzeitig zum Sintern eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine im Wesentlichen sauerstofffreie Atmosphäre oder ein Vakuum eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
metallische Pulver (12), insbesondere Pulver aus oder zur Herstellung von TiAl-Legierungen eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Pulver (12) mechanisch legiert und/oder in seiner Größenverteilung eingestellt wird und insbesondere unterschiedlich legiertes und/oder hinsichtlich der Pulvergröße eingestelltes Pulver in einem Bauteil in unterschiedlichen Bereichen gesintert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Pulver durch Verdüsen hergestellt wird.
8. Vorrichtung zur Herstellung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere Flugturbinenbauteilen, vorzugsweise Niederdruckturbinenschaufeln aus einem Pulver, insbesondere nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ersten Gehäuse (2), in welchem ein Behälter (25) für ein Pulverbett (29) und eine Strahlungsquelle (23) zur Erzeugung mindestens eines Strahlenbündels zur Einbringung von Strahlungsenergie in das Pulverbett und eine Anordnung (13) zur Aufbringung von dünnen Pulverlagen auf das Pulverbett angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem ersten Gehäuse oder in einem zweiten, gasdicht mit dem ersten Gehäuse (2) ver- bundenen zweiten Gehäuse eine Vorrichtung (10) zur Pulvererzeugung angeordnet ist.
9. Gasturbinenschaufel, insbesondere Niederdruckturbinenschaufel aus einem TiAl- Werkstoff, insbesondere hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaufeln (50) als Hohlschaufeln mit einer inneren Stützstruktur (53, 54) ausgebildet sind.
10. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 9 oder dem Oberbegriff nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gasturbinenschaufel ein feinkörnigen Gefüge, bei dem 95 % der Körner eine Korngröße von unter 100 nm aufweisen und oder eine örtlich unterschiedliche Legierungs- Zusammensetzung und/oder Korngrößenverteilung hat.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10309232B2 (en) * 2012-02-29 2019-06-04 United Technologies Corporation Gas turbine engine with stage dependent material selection for blades and disk
JP5995202B2 (ja) * 2012-07-31 2016-09-21 株式会社アスペクト 粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法
US10710161B2 (en) * 2013-03-11 2020-07-14 Raytheon Technologies Corporation Turbine disk fabrication with in situ material property variation
EP2969319A4 (de) * 2013-03-15 2016-11-09 United Technologies Corp Verfahren zur herstellung einer gamma-titanaluminid-turbinenkomponente
EP2781622A1 (de) * 2013-03-21 2014-09-24 Siemens Aktiengesellschaft Generatives Verfahren insbesondere zur Herstellung eines Überzugs, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Überzug und ein Bauteilfertigungsverfahren sowie ein Bauteil
DE102013206542A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-16 Matthias Fockele Pulveraufbereitungsvorrichtung
DE102013214908A1 (de) * 2013-07-30 2015-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Gradiertes Metall-Schicht-Bauteil, Verfahren zum Herstellen des gradierten Metall-Schicht-Bauteils und Verwendung des gradierten Metall-Schicht-Bauteils
EP2851146A1 (de) * 2013-09-24 2015-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel und zugehörige Turbinenschaufel
WO2015119692A2 (en) 2013-11-14 2015-08-13 General Electric Company Layered manufacturing of single crystal alloy components
FR3014339B1 (fr) * 2013-12-06 2016-01-08 Snecma Procede de fabrication d'une piece par fusion selective de poudre
JP6338422B2 (ja) 2014-03-31 2018-06-06 三菱重工業株式会社 三次元積層装置
US20150283613A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Arcam Ab Method for fusing a workpiece
DE102014222347A1 (de) * 2014-11-03 2016-05-19 MTU Aero Engines AG Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturfesten Ziellegierung, eine Vorrichtung, eine Legierung und ein entsprechendes Bauteil
US10343392B2 (en) 2015-08-27 2019-07-09 General Electric Company Powder-bed additive manufacturing devices and methods
EP3153253B1 (de) 2015-10-05 2021-01-13 Ansaldo Energia IP UK Limited Verfahren zur behandlung von metallpulver für selektives laserschmelzen
US20170259337A1 (en) * 2015-11-13 2017-09-14 Technology Research Association For Future Additive Manufacturing Three-dimensional laminating and shaping apparatus, control method of three-dimensional laminating and shaping apparatus, and control program of three-dimensional laminating and shaping apparatus
JP6026698B1 (ja) * 2016-07-13 2016-11-16 株式会社松浦機械製作所 三次元造形装置
DE102016121594A1 (de) * 2016-11-10 2018-05-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur verbesserung der oberflächenqualität generativ hergestellter bauteile
US11168566B2 (en) 2016-12-05 2021-11-09 MTU Aero Engines AG Turbine blade comprising a cavity with wall surface discontinuities and process for the production thereof
DE102017130126A1 (de) 2017-12-15 2019-06-19 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Gyroskopie-Trägerstruktur, inertiale Raumflugkörper-Messeinheit und Raumflugkörper
DE102018202723A1 (de) * 2018-02-22 2019-08-22 MTU Aero Engines AG Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einer gradierten tial - legierung und entsprechend hergestelltes bauteil
DE102018130962A1 (de) 2018-12-05 2020-06-10 Eos Gmbh Verfahren zur Bereitstellung eines Partikelmaterials
US11724340B2 (en) * 2019-05-23 2023-08-15 Saudi Arabian Oil Company Additive manufacturing of MLD-enhanced drilling tools
DE102019122286B4 (de) * 2019-08-20 2024-09-19 Kumovis GmbH 3D-Drucker zum 3D-Druck von Kunststoffen für medizinische Anwendungen
US11572752B2 (en) 2021-02-24 2023-02-07 Saudi Arabian Oil Company Downhole cable deployment
US11727555B2 (en) 2021-02-25 2023-08-15 Saudi Arabian Oil Company Rig power system efficiency optimization through image processing
US11846151B2 (en) 2021-03-09 2023-12-19 Saudi Arabian Oil Company Repairing a cased wellbore
US11624265B1 (en) 2021-11-12 2023-04-11 Saudi Arabian Oil Company Cutting pipes in wellbores using downhole autonomous jet cutting tools
US11867012B2 (en) 2021-12-06 2024-01-09 Saudi Arabian Oil Company Gauge cutter and sampler apparatus

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3446481A (en) * 1967-03-24 1969-05-27 Gen Electric Liquid cooled turbine rotor
GB1517283A (en) * 1974-06-28 1978-07-12 Singer Alec Production of metal articles
US4882902A (en) * 1986-04-30 1989-11-28 General Electric Company Turbine cooling air transferring apparatus
EP0289116A1 (de) * 1987-03-04 1988-11-02 Westinghouse Electric Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von pulverförmigen Materialien
US5393482A (en) * 1993-10-20 1995-02-28 United Technologies Corporation Method for performing multiple beam laser sintering employing focussed and defocussed laser beams
DE19903436C2 (de) * 1999-01-29 2001-02-08 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Formkörper
JP4287991B2 (ja) * 2000-02-23 2009-07-01 三菱重工業株式会社 ＴｉＡｌ基合金及びその製造方法並びにそれを用いた動翼
EP1555332A4 (de) * 2002-09-27 2007-07-11 Nano Technology Inst Inc Nanokristallines austenitstahl-bulkmaterial mit ultrahärte, zähigkeit und hervorragender korrosionsbeständigkeit sowie zugehöriges herstellungsverfahren
DE10319494A1 (de) 2003-04-30 2004-11-18 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Reparatur und/oder Modifikation von Bauteilen einer Gasturbine
DE102004041633A1 (de) * 2004-08-27 2006-03-02 Fockele, Matthias, Dr. Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern
DE102004057865B4 (de) 2004-11-30 2008-01-10 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes
EP1878522B1 (de) * 2006-07-14 2012-02-08 Avioprop S.r.l. Verfahren zum Massenherstellen dreidimensionale Gegenstände aus intermetallische Verbindungen
ES2381854T3 (es) * 2006-07-14 2012-06-01 Avioprop S.r.l. Producción en serie de artículos tridimensionales hechos de compuestos intermetálicos
DE102006049216A1 (de) 2006-10-18 2008-04-24 Mtu Aero Engines Gmbh Hochdruckturbinen-Rotor und Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckturbinen-Rotors
US8691329B2 (en) * 2007-01-31 2014-04-08 General Electric Company Laser net shape manufacturing using an adaptive toolpath deposition method
DE102008027315A1 (de) 2008-06-07 2009-12-10 ITWH Industrie- Hebe- und Fördertechnik GmbH Verfahren zur Herstellung von Werkstücken
US20120096915A1 (en) * 2010-10-25 2012-04-26 General Electric Company System and method for near net shape forging

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GE WENJUN ET AL: "Effect of Process Parameters on Microstructure of TiAl Alloy Produced by Electron Beam Selective Melting", PROCEDIA ENGINEERING, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 81, 15 October 2014 (2014-10-15), pages 1192 - 1197, XP029078281, ISSN: 1877-7058, DOI: 10.1016/J.PROENG.2014.10.096 *
GUSSONE JOACHIM ET AL: "Microstructure of [gamma]-titanium aluminide processed by selective laser melting at elevated temperat", INTERMETALLICS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V, GB, vol. 66, 18 July 2015 (2015-07-18), pages 133 - 140, XP029255198, ISSN: 0966-9795, DOI: 10.1016/J.INTERMET.2015.07.005 *
See also references of WO2012097794A1 *
SRIVASTAVA D ET AL: "The effect of process parameters and heat treatment on the microstructure of direct laser fabricated TiAl alloy samples", INTERMETALL, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V, GB, vol. 9, no. 12, 1 December 2001 (2001-12-01), pages 1003 - 1013, XP004328516, ISSN: 0966-9795, DOI: 10.1016/S0966-9795(01)00063-2 *

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