EP3349937A1 - Verfahren zur herstellung eines werkstücks durch generatives herstellen; entsprechendes werkstück - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines werkstücks durch generatives herstellen; entsprechendes werkstück

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EP3349937A1
EP3349937A1 EP16775624.6A EP16775624A EP3349937A1 EP 3349937 A1 EP3349937 A1 EP 3349937A1 EP 16775624 A EP16775624 A EP 16775624A EP 3349937 A1 EP3349937 A1 EP 3349937A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
surface structure
substrate
produced
generative
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Withdrawn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
EP16775624.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Brunhuber
Stefan Denneler
Moritz Fischle
Henning Hanebuth
Steffen Walter
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3349937A1 publication Critical patent/EP3349937A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for the manufacture ⁇ development of a workpiece, such as a cryogen ⁇ continuous workpiece such as a workpiece or component which is used in the hot gas path of a turbomachine, such as a gas turbine. Furthermore, the present invention relates to a workpiece which has been produced by the said method or can be produced.
  • Additive or generative manufacturing process for the production of three-dimensional (3D) structures, such as selective laser melting (SLM English for "selective laser melting”) and build-up welding, for example, laser cladding, or LMD for "laser metal deposition" are used, for example, in the manufacture as well as in the repair of H thoroughlygasbeetzten or high-temperature-loaded parts of gas turbines.
  • SLM selective laser melting
  • LMD laser cladding
  • the SLM process allows the generative construction of complex moldings or workpieces with a relatively fine internal structure, for example with finenesses or structure sizes between 80 ym and 100 ym or less.
  • the SLM process belongs to the powder bed process, whereby a reduction of the structure sizes or improvement of the surface roughness can be achieved primarily by a reduction of the powder fractions down to a mean powder grain size of about 20-40 ⁇ m. Even smaller ones
  • Powder grains are generally no longer eligible and / or applicable.
  • An achievable surface roughness of SLM-produced surfaces is approximately between 60 ym and 100 ym.
  • the SLM process allows further advise construction or deposition rates of 3-8 cm 3 / h.
  • the SLM process allows either the construction of a Structure along only one axis and / or it must be resorted to support structures, which support, for example, overhanging or hollow structures to be manufactured during manufacture and optionally allow for a necessary heat dissipation.
  • support structures need unnecessary deposition material and must also be laboriously removed by ⁇ réelle from the actually desired structure or reworked accordingly.
  • the generative or additive structure can take place along at least three axes (for example, three mutually perpendicular spatial directions).
  • LMD methods can five- alternatively or eight-axle devices are used, for example, where a base or support for the to be established material and a deposition or production head or corresponding ⁇ de powder nozzle or laser device in three mutually perpendicular spatial directions are movable ,
  • the pad can additionally be movable about two different axes (rotation and / or tilt axes).
  • the LMD method is usually a computer-aided design (CAD) and / or robot-assisted method whereby 3D structures can be constructed or fabricated quasi-isotropically
  • CAD computer-aided design
  • robot-assisted method whereby 3D structures can be constructed or fabricated quasi-isotropically
  • the LMD method allows construction or deposition rates of 30 to 40 cm 3 / h.
  • a disadvantage of the LMD method concerns the
  • Hardfacing methods are known, for example, from EP 2 756 909 A1.
  • One aspect of the present invention relates to a method of manufacturing a workpiece comprising providing a substrate having a predetermined surface structure.
  • the workpiece is preferably a high-temperature-resistant component for use in the hot gas path of a flow machine, for example a gas turbine for generating energy.
  • the predetermined surface structure is preferably a microscopic surface structure.
  • the predetermined surface structure preferably has at least one microscopic surface structure element.
  • the top ⁇ surface structure is also predetermined, ie beispielswei ⁇ se set its topography or structure for a specific application with respect.
  • the method further includes the generative manufacturing ei ⁇ nes material for the workpiece or component on the Zhao ⁇ voted surface structure, so that the surface structure defines a bottom surface of the workpiece to be produced, wherein the generative manufacturing is carried out by means of build-up welding, and wherein the base surface is a respect to a contour of the workpiece to be produced at least partially ⁇ inner surface of the workpiece.
  • the generative manufacturing or additive manufacturing ⁇ be indicated in the present case preferably the primary shaping or additive design of 3D workpieces or components.
  • the structure in the preparation preferably is first established or istschie ⁇ is the.
  • the substrate is preferably in a form ⁇ critical to the workpiece or component, wherein the structure of the substrate by the inventive method to the
  • Base surface of the workpiece to be produced can be transmitted or is mapped to it.
  • the base of the workpiece for example, have or form a negative or positive of the predetermined surface structure.
  • the surface structure forms the ent ⁇ speaking negative or this represents and the base forms the corresponding positive or this represents.
  • the base further comprises an impression of the surface structure of the substrate is defined, this or includes the imprint mentioned.
  • the workpiece according to the present disclosure may also have a surface structure (shown).
  • the method further comprises, after the generative preparation, the detachment of the substrate, for example by means of an acid treatment or further methods of the prior art.
  • the method described may comprise further method steps, for example a temperature treatment after the generative production of the material, wherein in particular a favorable or required for the workpiece crystal structure or material phase is adjusted. It can Crystal defects in the material healed and / or internal stresses in the material are reduced.
  • Cladding with the base surface defined by the surface structure are produced.
  • Casting components are dispensed with conventional casting technology, which often has to be spent months (for example, six months) development effort in the molding of complex, microscopic internal structures.
  • months for example, six months
  • the generative production is carried out by means of laser deposition welding, in particular laser powder deposition welding.
  • the method for the generative production is advantageously an overlay welding method.
  • the exposure time or Expositi ⁇ onszeit, the laser power and / or other parameters corresponding to the desired surface structure of the workpiece are in the generative manufacturing the material for the workpiece, in particular by Laserauf up welding ⁇ , set.
  • the grain orientation or grain size of the material to be built up for the workpiece can be set or influenced, whereby, for example, the creep resistance of the material or the crack resistance or ductility can be optimized.
  • binding errors for example with regard to cohesion or adhesion of the materials involved, can be prevented by the mentioned embodiment.
  • the interior surface may be an inwardly facing surface of the workpiece.
  • the base surface is preferably at least partially within or on said contour. In this sense, the contour preferably describes an enveloping surface of the workpiece or component.
  • the provision of the substrate takes place such that the surface structure for defining the base area has at least one surface structure element, preferably a multiplicity of surface structure elements, with a dimension of (in each case) less than 100 ⁇ m.
  • providing the substrate is performed such that the surface structure to define the base surface at least one structural element before ⁇ preferably a plurality of surface structure elements, less than 80 ym having a dimension of (respectively).
  • inventive advantage of the method loading described applies an improved "resolution" of structures or features on the base, or an increased Fer ⁇ actuation accuracy. Further, to dispense with complex support structural ⁇ structures. It is particularly possible microstructures with individual
  • the material for the workpiece is a nickel- or cobalt-based superalloy or a precursor thereof.
  • the material for the workpiece comprises a nickel- or cobalt-based superalloy or a starting material therefor.
  • the workpiece is a high-temperature-resistant component, for example a component which is used in or in connection with the hot air or hot gas path of a turbomachine, such as a gas turbine.
  • High-temperature resistant may in particular mean that the workpiece or component or its material is highly heat-resistant, has a melting point of more than 1000 ° C., preferably 1200 ° C., and / or reaches, for example, use temperatures of 80%, 90% or more of the melting point of the corresponding material ,
  • the provision of the substrate takes place in such a way that the substrate comprises a ceramic or a cast component which forms the surface structure.
  • the ceramic or the cast component may comprise.
  • the component can be manufactured or provided, for example, by precision casting.
  • the provision is made such that the surface structure comprises a refractory metal or refractory metal as the main constituent.
  • the surface structure preferably by appropriate formation of the substrate, produced by electron beam melting.
  • the electron beam melting as a powder bed process in particular - analogous to the SLM process - allows the additive manufacturing of 3D structures, ie not just quasi-two-dimensional layer structures. In the process, even higher temperatures are achieved by the electron beam for melting the material or metal.
  • ⁇ sondere also permits the production of the surface structure by means of electron beam melting a relative to a
  • the surface structure preferably by appropriate formation of the substrate, is produced by selective laser melting, for example with aluminum or copper as the main constituent.
  • the advantages ⁇ ser design are similar to those described in the previous embodiment. It is in particular an improvement of the manufacturing method of the workpiece by avoiding ceramic castings or cores and / or higher geometric resolu ⁇ solution of surface structure elements.
  • the generative production is carried out by means of laser powder build-up welding, wherein, during the generative production, a powder focus - a corresponding device - is set between the surface structure and a laser focus.
  • This embodiment preferably corresponds to those in which a ceramic component as Substrate is used, and / or wherein the microwavenstruk ⁇ structure forth or provided by selective laser melting.
  • Another aspect of the present invention relates to a workpiece or component, which was prepared according to the methods described herein or can be produced, example, a local workpiece comprising the base surface, wherein the Her ⁇ approval procedure for the workpiece, the generative manufacturing the material for the workpiece to the predetermined surface structure of the substrate, wherein the Oberflä ⁇ chen Schl defines the base area.
  • the base area comprises an imprint of the surface structure or a part of the surface structure.
  • the base may also be an impression of the predetermined surface structure or a part thereof.
  • the workpiece described has characteristics according to the described procedure Her ⁇ position and preferably specific or charak ⁇ teristic.
  • the mate ⁇ rial or workpiece with regard to its structural or surface properties by relevant methods of the surfaces or structural analysis of workpieces, which were produced by other methods or can be produced, are distinguished.
  • Such methods are, for example, transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray analysis and / or X-ray fluorescence analysis.
  • TEM transmission electron microscopy
  • energy dispersive X-ray analysis energy dispersive X-ray analysis
  • / or X-ray fluorescence analysis By means of these methods, in particular the crystal structure of the corresponding material can be investigated and an elemental analysis can be carried out.
  • FIG. 1 shows schematically the sequence of a method for producing a workpiece.
  • FIG. 2 schematically shows a workpiece which has been produced by means of the method shown in FIG.
  • FIG. 3 shows schematically the adjustment of a part of an apparatus for build-up welding according to the method described.
  • Figure 1 schematically shows the flow of a method for producing a workpiece or component (see Be ⁇ reference numbers 100 in Figure 2), for example a component for a turbo machine such as a gas turbine.
  • the workpiece 100 is preferably a high temperature resistant workpiece used in conjunction with a hot air path of a gas turbine engine.
  • the workpiece or component is preferably composed of a nickel- or kobaltba ⁇ overbased superalloy or a corresponding Mate comprises rial.
  • the method comprises the provision of a substrate 1, which in FIG. 1 or FIG.
  • the substrate 1 comprises a predetermined surface structure 2.
  • the predetermined surface structure 2 is preferably a surface structure with surface structure elements 10, as indicated in FIGS. 1 and 2.
  • the surface structural elements 10 each have a rectangular cross section.
  • the surface structure elements 10 are preferably microcrystalline ⁇ scopically small.
  • the surface structure elements have 10, preferably any one or Minim ⁇ least one of a äuße- of the surface structure elements 10 e dimension or dimension in the micrometer range, preferably less than 100 ym, more preferably less than 80 ym or even smaller (see dimension a described below).
  • the surface structure 2 is preferably predetermined or fixed for the production of the workpiece. In other words, the topography of the surface structure is fixed.
  • the surface structure elements may be different and / or have different dimensions among each other.
  • the method further comprises generatively producing a material 5 for the workpiece on the surface structure 2 such that the surface structure 2 defines a base surface 3 of the workpiece to be produced.
  • the surface structure 2 is a negative and the bottom surface (not explicitly labeled) forms a corresponding positive 3 or its surface structure.
  • the surface structure 2 of the substrate 1 is shaping for the base surface of the workpiece 100.
  • the deposited material or the finished workpiece accordingly have the base surface 3.
  • the workpiece (see reference numeral 100 in Figure) is not yet finished.
  • the material 5 may be synonymous with the workpiece 100.
  • the material may in particular be a starting material for the workpiece.
  • the method of manufacturing the workpiece may include one or more heat treatments, for example, for adjusting certain phase precipitates. These may in particular be functional phase precipitates or adjustments of the ⁇ or ⁇ ⁇ phases of the particular material of the superalloy to be produced.
  • the generative production is preferably carried out by means of
  • Cladding for example laser deposition welding (LMD), in particular laser powder build-up welding.
  • LMD laser deposition welding
  • the aforementioned methods or techniques for build-up welding are preferably carried out by CAD and / or robot-assisted or can be controlled accordingly.
  • a corresponding laser applicator ⁇ sweat device is indicated in Figure 1 by the reference numeral 6.
  • the material 5 for the production of the workpiece 100 is preferably carried out according to the described method
  • Laser powder build-up welding produced or manufactured In the context of the described method for producing the workpiece, this is preferably manufactured according to the material properties which are suitable for the desired (3D) structure. In this case process parameters can be adjusted according to the desired material phase as the laser Leis ⁇ tung, the exposure or exposure time of the laser or other parameters. Furthermore, for example, in hard to reach places or edges of the workpiece to be produced a longer exposure time may be required than at other locations. Also, during a "scan" during material build-up, an apparatus head of the deposition welder may be passed over or with the aid of a feedback loop.
  • FIG. 2 shows, inter alia, the finished workpiece or component 100 which is manufactured or producible by means of the described method.
  • the workpiece 100 is still integrally connected to the substrate 1.
  • the base 3 of the substrate represents or comprises an impression of the surface structure 2.
  • the workpiece 100 in FIG. 2 has a contour 4, which encloses or envelopes the workpiece 100 including its surface structure elements.
  • the contour 4 is shown by the dashed line in Figure 2 and in connection with the Ma ⁇ material 5 in Figure 1.
  • the surface structure elements 10 shown in FIGS. 1 and 2 or at least one of them preferably have a dimension a of less than 100 ⁇ m.
  • the dimension preferably relates to a width (compare horizontal direction in Figures 1 and 2) of the respective surface structure elements 10 and not to a corresponding depth or height.
  • the width can accordingly designate a direction along the contour.
  • At least one of the mentioned surface structure elements 10 or all have an outer dimension or dimension a of less than 80 ⁇ m, or even less.
  • the substrate 1 is a ceramic or a cast component or comprises, for example, a ceramic at least on the surface structure 2.
  • the substrate 1 can be prepared or provided, for example, by precision casting with the aid of ceramic casting cores.
  • the Oberflä ⁇ chentechnik 2 is or is formed by a ceramic casting core.
  • the G cardkern consists for example of alumina, for example ⁇ AI 2 O 3 , or silicon dioxide (S1O 2 ) or comprises one of these materials.
  • the provisioning can be carried out according to the described method.
  • the casting core preferably has a very fine powder grain on the outside, in order to be able to "dissolve” a fine, for example microscopically small, surface structure.
  • the material of this substrate can become increasingly porous or porous
  • a graded component preferably has a particularly small and technologically desirable surface roughness of only 50 ym or less, for example 30 ym, in the case of the abovementioned grain size or grading Roughness may be average roughness, square roughness or center roughness.
  • the substrate comprises at least on or as a surface structure 2 a refractory metal, for example tantalum, zirconium, molybdenum or tungsten or another refractory, for example base, metal of the fourth, fifth or sixth subgroup of the periodic table.
  • the surface structure is preferably made by electron beam melting.
  • the surface structure 2 is produced by selective laser melting.
  • the surface structure 2 of the substrate 1 according to this embodiment, copper or aluminum as the main component.
  • the substrate 1 may consist of other materials or comprise these materials.
  • the method further summarizes the peeling of the substrate 1 after generative manufacturing.
  • the detachment of the substrate can be carried out selectively for all described embodiments by chemical means.
  • the workpiece can be chemically peeled off.
  • the detachment means of concentrated hydrochloric acid and at temperatures between 50 ° C and 80 ° C ⁇ SUC gene in the case of a substrate with a Alumi ⁇ niumober perennial.
  • FIG. 3 shows schematically the adjustment of a part of an apparatus for build-up welding according to an embodiment of the method. This embodiment relates in particular to the generative production means
  • Laser deposition welding device 6 indicated. Furthermore, according to this embodiment, the surface structure 2 of the substrate 1, as described above, preferably from a Kera ⁇ mik or by means of selective laser melting of a metal, or comprising this, formed.
  • Laser deposition welding device 6 has a powder focus 7. Furthermore, the laser deposition welding device 6 has a laser focus 8.
  • the powder focus 7 is / has been set in verti ⁇ Kaler direction, such as along an assembly direction AR of the workpiece 100 between the substrate 1 and a La ⁇ serfokus. 8 This advantageously allows ver ⁇ avoided, be that by the influence of the laser beam, the surface structure, which is preferably formed in accordance with this embodiment, by a ceramic or a non-refractory metal melts, or is burned.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (100). Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer vorbestimmten Oberflächenstruktur (2) und das generative Herstellen eines Materials (5) für das Werkstück (100) auf der Oberflächenstruktur (2), so dass die Oberflächenstruktur (2) eine Grundfläche (3) des herzustellenden Werkstücks (100) definiert, wobei das generative Herstellen mittels Auftragschweißens durchgeführt wird und wobei die Grundfläche (3) eine bezüglich einer Kontur (4) des herzustellenden Werkstücks (100) zumindest teilweise innen liegende Oberfläche des Werkstückes (100) ist. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ablösen des Substrats (1).

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WERKSTÜCKS DURCH GENERATIVES HERSTELLEN; ENTSPRECHENDES WERKSTÜCK Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel¬ lung eines Werkstücks, beispielsweise eines hochtemperaturbe¬ ständigen Werkstücks, wie einem Werkstück oder Bauteil, welches im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine, beispielsweise einer Gasturbine, eingesetzt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Werkstück, welches mit dem genannten Verfahren hergestellt wurde oder herstellbar ist.
Additive oder generative Herstellungsverfahren (englisch „rapid prototyping" ) zur Herstellung von dreidimensionalen (3D-) Strukturen, wie beispielsweise selektivem Laserschmelzen (SLM englisch für „selective laser melting") und Auftragschweißen, beispielsweise Laserauftragschweißen (im Englischen „laser cladding", oder LMD für „laser metal deposition") werden beispielsweise bei der Herstellung als auch bei der Reparatur von heißgasbeaufschlagten oder hochtemperaturbelasteten Teilen von Gasturbinen eingesetzt. Das SLM-Verfahren erlaubt den generativen Aufbau komplexer Formkörper oder Werkstücke mit relativ feiner Innenstruktur, beispielsweise mit Feinheiten oder Strukturgrößen zwischen 80 ym und 100 ym oder weniger.
Das SLM-Verfahren gehört zu den Pulverbettverfahren, wobei eine Verkleinerung der Strukturgrößen oder Verbesserung der Oberflächenrauheit in erster Linie durch eine Verkleinerung der Pulverfraktionen bis herab zu einer mittleren Pulverkorn- große von ca. 20-40 ym erreicht werden kann. Noch kleinere
Pulverkörner sind in der Regel nicht mehr förderbar und/oder anwendbar. Eine erreichbare Oberflächenrauheit von mittels SLM-Verfahren hergestellten Oberflächen liegt etwa zwischen 60 ym und 100 ym. Das SLM-Verfahren erlaubt weiterhin Aufbau- raten oder Abscheidungsraten von 3-8 cm3/h.
Im Gegensatz zum genannten Auftragschweiß- oder LMD- Verfahren, erlaubt der SLM-Prozess entweder den Aufbau einer Struktur entlang lediglich einer Achse und/oder es muss auf Stützstrukturen zurückgegriffen werden, welche beispielsweise überhängende oder hohle zu fertigende Strukturen während der Herstellung abstützen und gegebenenfalls für eine notwendige Wärmeabfuhr ermöglichen. Diese Stützstrukturen benötigen jedoch unnötiges Abscheidungsmaterial und müssen überdies nach¬ träglich noch aufwendig von der eigentlich gewünschten Struktur getrennt oder entsprechend nachbearbeitet werden.
Hingegen kann beim LMD-Prozess der generative oder additive Aufbau entlang von mindestens drei Achsen (beispielsweise drei zueinander senkrechten Raumrichtungen) erfolgen. Beim LMD-Verfahren können alternativ fünf- bzw. achtachsige Vorrichtungen zum Einsatz kommen, bei denen beispielsweise eine Basis oder Unterlage für das aufzubauende Material als auch ein Abscheidungs- oder Herstellungskopf oder die entsprechen¬ de Pulverdüse bzw. Laservorrichtung in drei aufeinander senkrechten Raumrichtungen beweglich sind. Für eine achtachsige Vorrichtung, also mit acht geometrischen Freiheitsgraden, kann die Unterlage zusätzlich um zwei verschiedene Achsen (Rotations- und/oder Kippachsen) beweglich sein.
Das LMD-Verfahren ist für gewöhnlich ein CAD- („Computer aided design") und/oder roboterunterstütztes Verfahren, wobei 3D-Strukturen quasi isotrop aufgebaut oder hergestellt werden können. Im Gegensatz zum SLM-Verfahren kann hier, während des Aufbaus der Struktur oder des Werkstücks ebenfalls zwischen mehreren Materialien hin und her „geschaltet" werden. Das LMD-Verfahren erlaubt Aufbau oder Abscheidungsraten von 30 bis 40 cm3/h. Ein Nachteil des LMD-Verfahrens betrifft die
Schwierigkeit, Innenstrukturen oder innen liegende Strukturen oder Geometrien mit Strukturgrößen oder Strukturabmessungen von weniger als 150 ym herzustellen, wodurch der additiven Fertigung diesbezüglich Grenzen gesetzt sind.
Insbesondere bei der Herstellung von Komponenten für Strömungsmaschinen, beispielsweise Gasturbinen, können Innenstrukturen mit Strukturgrößen von teilweise deutlich unter- halb von 100 ym oder 150 ym für eine Vielzahl von möglichen Komponenten für verschiedene Anwendungen erwünscht oder erforderlich sein. Solche Strukturen sind heute lediglich mittels zeit- und kostenaufwendiger Gießtechnologie herstellbar.
Auftragschweiß-Verfahren sind beispielsweise bekannt aus EP 2 756 909 AI.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks oder eines Bauteils anzugeben, insbesondere ein Verfahren, mit welchem Bauteile kosten- und/oder zeiteffizienter hergestellt werden können oder Bauteile mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge¬ genstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks umfassend das Bereitstellen eines Substrats mit einer vorbestimmten Oberflächenstruktur. Das Werkstück ist vorzugsweise ein hochtemperaturbeständiges Bauteil für den Einsatz im Heißgaspfad einer Strömungsmaschi- ne, beispielsweise einer Gasturbine zur Energieerzeugung.
Die vorbestimmte Oberflächenstruktur ist vorzugsweise eine mikroskopische Oberflächenstruktur. Mit anderen Worten weist die vorbestimmte Oberflächenstruktur vorzugsweise mindestens ein mikroskopisches Oberflächenstrukturelement auf. Die Ober¬ flächenstruktur ist weiterhin vorbestimmt, d.h. beispielswei¬ se bezüglich seiner Topographie oder Struktur für eine spezifische Anwendung festgelegt. Das Verfahren umfasst weiterhin das generative Herstellen ei¬ nes Materials für das Werkstück oder Bauteil auf der vorbe¬ stimmten Oberflächenstruktur, so dass die Oberflächenstruktur eine Grundfläche des herzustellenden Werkstücks definiert, wobei das generative Herstellen mittels Auftragschweißens durchgeführt wird, und wobei die Grundfläche eine bezüglich einer Kontur des herzustellenden Werkstücks zumindest teil¬ weise innen liegende Oberfläche des Werkstückes ist.
Das generative Herstellen oder die generative Fertigung be¬ deutet vorliegend vorzugsweise den urformenden oder additiven Aufbau von 3D-Werkstücken oder Bauteilen. Bei der Grundfläche handelt es sich vorzugsweise um die Ober¬ fläche einer Unterseite des Werkstücks, deren Struktur bei der Herstellung vorzugsweise zuerst aufgebaut oder abgeschie¬ den wird. In diesem Sinne ist das Substrat vorzugsweise form¬ gebend für das Werkstück oder das Bauteil, wobei die Struktur des Substrats durch das erfindungsgemäße Verfahren auf die
Grundfläche des herzustellenden Werkstücks übertragen werden kann oder darauf abgebildet wird. In diesem Sinne kann die Grundfläche des Werkstücks beispielsweise ein Negativ oder Positiv der vorbestimmten Oberflächenstruktur aufweisen oder bilden. Vorzugsweise bildet die Oberflächenstruktur das ent¬ sprechende Negativ oder stellt dieses dar und die Grundfläche bildet das entsprechende Positiv oder stellt dieses dar. Vor¬ zugsweise stellt die Grundfläche weiterhin einen Abdruck der Oberflächenstruktur des Substrates dar, definiert diesen oder umfasst den genannten Abdruck. In diesem Zusammenhang kann das Werkstück gemäß der vorliegenden Offenbarung ebenfalls eine (abgebildete) Oberflächenstruktur aufweisen.
Das Verfahren umfasst weiterhin nach dem generativen Herstel- len das Ablösen des Substrates, beispielsweise mittels einer Säurebehandlung oder weiteren Methoden des Standes der Technik.
Das beschriebene Verfahren kann weitere Verfahrensschritte umfassen, beispielsweise eine Temperaturbehandlung nach dem generativen Herstellen des Materials, wobei insbesondere eine für das Werkstück günstige oder erforderliche Kristallstruktur oder Materialphase eingestellt wird. Dabei können Kristallfehler im Material ausgeheilt und/oder innere Spannungen im Material reduziert werden.
Als Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, ge- maß der vorliegenden Erfindung, Innenstrukturen auf der
Grundfläche oder entsprechende Abmessungen der Innenstruktu¬ ren herzustellen, welche beispielsweise ausschließlich über konventionelle LMD-Technologie, d.h. ohne die erfindungsgemä¬ ße Definition der Grundfläche, nicht erreicht werden können. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die vorbestimm¬ te Oberflächenstruktur durch das beschriebene Verfahren die Grundfläche für das durch das LMD-Verfahren herzustellende Werkstück über das Substrat definiert. Nach dem Bereitstellen des Substrates mit der vorbestimmten Oberflächenstruktur kann nun in beliebiger Weise jedes gewünschte 3D-Werkstück oder Bauteil, z.B. mittels
Auftragschweißen, mit der durch die Oberflächenstruktur definierten Grundfläche hergestellt werden. Insbesondere kann da- bei auf die zeitaufwendige Herstellung von Gießkernen oder
Gussbauteilen durch konventionelle Gießtechnologie verzichtet werden, wobei bei der Abformung komplexer, mikroskopischer Innenstrukturen oftmals ein monatelanger (beispielsweise sechs Monate) Entwicklungsaufwand betrieben werden muss. Im Gegenzug können die oben genannten Vorteile des LMD-Prozesses ausgenutzt werden.
In einer Ausgestaltung wird das generative Herstellen mittels Laserauftragschweißen, insbesondere Laserpulverauftrag- schweißen, durchgeführt. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Verfahren für die generative Herstellung mit Vorteil ein Auftragschweiß-Verfahren .
In einer Ausgestaltung werden bei dem generativen Herstellen des Materials für das Werkstück, insbesondere durch Laserauf¬ tragschweißen, die Belichtungszeit beziehungsweise Expositi¬ onszeit, die Laserleistung und/oder weitere Parameter entsprechend der gewünschten Oberflächenstruktur des Werkstücks eingestellt. Dabei kann beispielsweise die Kornorientierung oder Korngröße des aufzubauenden Materials für das Werkstück eingestellt oder beeinflusst werden, wodurch beispielsweise die Kriechfestigkeit des Materials oder die Rissbeständigkeit oder Duktilität optimiert werden können. Alternativ oder zusätzlich kann durch die genannte Ausgestaltung Bindefehlern, beispielsweise bezüglich einer Kohäsion oder Adhäsion der beteiligten Materialien, vorgebeugt werden. Die innen liegende Oberfläche kann eine nach innen gerichtete bzw. innen angeordnete Oberfläche des Werkstücks sein. Mit anderen Worten liegt die Grundfläche vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb oder auf der genannten Kontur. Die Kontur beschreibt in diesem Sinne vorzugsweise eine einhüllende Oberfläche des Werkstücks oder Bauteils.
In einer Ausgestaltung erfolgt das Bereitstellen des Substrates derart, dass die Oberflächenstruktur zur Definition der Grundfläche mindestens ein Oberflächenstrukturelement, vor- zugsweise eine Vielzahl von Oberflächenstrukturelementen, mit einer Abmessung von (jeweils) weniger als 100 ym aufweist.
In einer Ausgestaltung erfolgt das Bereitstellen des Substrates derart, dass die Oberflächenstruktur zur Definition der Grundfläche mindestens ein Oberflächenstrukturelement, vor¬ zugsweise eine Vielzahl von Oberflächenstrukturelementen, mit einer Abmessung von (jeweils) weniger als 80 ym aufweist.
Der erfinderische Vorteil des beschriebenen Verfahrens be- trifft eine verbesserte „Auflösung" von Strukturen oder Merkmalen auf der Grundfläche, beziehungsweise eine erhöhte Fer¬ tigungsgenauigkeit. Weiterhin kann auf aufwendige Stützstruk¬ turen verzichtet werden. Es ist insbesondere möglich, Mikrostrukturen mit einzelnen
Strukturgrößen von weniger als 100 ym beispielsweise auf der Innenseite von schwer zugänglichen Komponenten oder Werkstücken herzustellen, die weder mit Pulverbettverfahren, bei- spielsweise SLM-Technologie, noch mit Frästechnologie - man¬ gels Zugänglichkeit des Fräswerkzeug auf der genannten Innen¬ seite durch die Größe der Fräsköpfe - erreicht werden können. In einer Ausgestaltung ist das Material für das Werkstück eine nickel-oder kobaltbasierte Superlegierung oder ein Ausgangsstoff dafür.
In einer Ausgestaltung umfasst das Material für das Werkstück eine nickel-oder kobaltbasierte Superlegierung oder ein Ausgangsstoff dafür.
Diese Ausgestaltungen sind insbesondere für den Einsatz des Werkstücks oder Bauteils im Bereich von Strömungsmaschinen zweckmäßig.
In einer Ausgestaltung ist das Werkstück ein hochtemperaturbeständiges Bauteil, beispielsweise ein Bauteil, welches in oder im Zusammenhang mit dem Heißluft- oder Heißgaspfad einer Strömungsmaschine, wie einer Gasturbine, eingesetzt wird.
Hochtemperaturbeständig kann insbesondere bedeuten, dass das Werkstück oder Bauteil bzw. sein Material hochwarmfest ist, einen Schmelzpunkt von über 1000 °C, vorzugsweise 1200 °C, aufweist und/oder beispielsweise Einsatztemperaturen von 80 %, 90 % oder mehr des Schmelzpunktes des entsprechenden Materials erreicht.
In einer Ausgestaltung erfolgt das Bereitstellen des Substrates derart, dass das Substrat eine Keramik oder ein Gussbau- teil umfasst, welches die Oberflächenstruktur bildet. Gegen¬ ständlich ausgedrückt kann das Substrat die Keramik oder das Gussbauteil umfassen. Das Bauteil kann beispielsweise durch Feinguss her- oder bereitgestellt werden. In einer Ausgestaltung erfolgt das Bereitstellen derart, dass die Oberflächenstruktur als Hauptbestandteil ein Refraktärme- tall oder hochschmelzendes Metall umfasst. Gemäß dieser Ausgestaltung wird die Oberflächenstruktur, vorzugsweise durch entsprechende Ausbildung des Substrats, durch Elektronenstrahlschmelzen hergestellt. Das Elektronenstrahlschmelzen erlaubt als Pulverbettverfahren insbesondere - ana- log zum SLM-Verfahren - das additive Fertigen von 3D-Struktu- ren, d.h. nicht nur quasi-zweidimensionalen Schichtstrukturen. Dabei werden - zum Schmelzen des Materials oder Metalls - durch den Elektronenstrahl noch höhere Temperaturen erreicht. Gemäß dieser Ausgestaltung kann vorteilhafterweise auch auf eine Keramik als Substrat verzichtet werden. Insbe¬ sondere erlaubt auch die Herstellung der Oberflächenstruktur mittels Elektronenstrahlschmelzen eine gegenüber einem
Gießkern vereinfachte und beschleunigte Bereitstellung der Oberflächenstruktur. Allerdings sind gemäß dieser Ausgestal- tung unter Umständen nicht ganz so kleine oder filigrane Innenstrukturen erreichbar wie mithilfe der Gießtechnologie. Jedenfalls erlaubt diese Ausgestaltung bezüglich der Strukturgrößen die Herstellung von kleineren oder filigraneren Oberflächenstrukturen im Vergleich zu Werkstücken, die aus- schließlich mittels LMD-Technologie hergestellt wurden.
Gemäß einer Ausgestaltung wird die Oberflächenstruktur, vorzugsweise durch entsprechende Ausbildung des Substrats, durch selektives Laserschmelzen hergestellt, beispielsweise mit Aluminium oder Kupfer als Hauptbestandteil. Die Vorteile die¬ ser Ausgestaltung sind vergleichbar zu denjenigen, die in der vorherigen Ausgestaltung beschrieben wurden. Es wird insbesondere eine Verbesserung des Herstellungsverfahrens des Werkstücks durch die Vermeidung keramischer Gussbauteile oder Gießkerne erreicht und/oder eine höhere geometrische Auflö¬ sung von Oberflächenstrukturelementen.
In einer Ausgestaltung wird das generative Herstellen mittels Laserpulverauftragschweißen durchgeführt, wobei, während des generativen Herstellens, ein Pulverfokus - einer entsprechenden Vorrichtung - zwischen der Oberflächenstruktur und einem Laserfokus eingestellt wird. Dieser Ausgestaltung entspricht vorzugsweise diejenigen, bei der ein keramisches Bauteil als Substrat verwendet wird, und/oder wobei die Oberflächenstruk¬ tur durch selektives Laserschmelzen her- oder bereitgestellt wird. Als Vorteil, kann vermieden werden, dass die Oberflä¬ chenstruktur während des generativen Herstellens durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl verbrennt oder anschmilzt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Werkstück oder Bauteil, welches nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurde oder herstellbar ist, beispiels- weise ein Werkstück umfassend die Grundfläche, wobei das Her¬ stellungsverfahren für das Werkstück das generative Herstellen des Materials für das Werkstück auf der vorbestimmten Oberflächenstruktur des Substrats umfasst, wobei die Oberflä¬ chenstruktur die Grundfläche definiert. Mit anderen Worten umfasst die Grundfläche einen Abdruck der Oberflächenstruktur oder einen Teil der Oberflächenstruktur. Die Grundfläche kann ebenfalls einen Abdruck der vorbestimmten Oberflächenstruktur oder einen Teil davon darstellen. Das beschriebene Werkstück weist gemäß des beschriebenen Her¬ stellungsverfahrens vorzugsweise spezifische und oder charak¬ teristische Eigenschaften auf. Beispielsweise kann das Mate¬ rial oder Werkstück hinsichtlich seiner Struktur- oder Oberflächeneigenschaften durch einschlägige Verfahren der Ober- flächen oder Strukturanalyse von Werkstücken, welche mittels anderer Verfahren hergestellt wurden oder herstellbar sind, unterschieden werden. Solche Verfahren sind beispielsweise Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) , energiedispersive Röntgenanalyse und/oder Röntgenfluoreszenzanalyse . Durch die- se Verfahren kann insbesondere die Kristallstruktur des entsprechenden Materials untersucht und eine Elementanalyse durchgeführt werden.
Merkmale, die sich vorliegend auf das Verfahren beziehen, können sich ebenfalls auf das Werkstück beziehungsweise das Bauteil beziehen, und umgekehrt. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks.
Figur 2 zeigt schematisch ein Werkstück, das mittels des in Figur 1 gezeigten Verfahrens hergestellt wurde.
Figur 3 zeigt schematisch die Einstellung eines Teils einer Vorrichtung zum Auftragschweißen gemäß dem beschriebenen Verfahren .
Figur 1 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks oder Bauteils (vergleiche Be¬ zugszeichen 100 in Figur 2), beispielsweise eines Bauteils für eine Strömungsmaschine, wie eine Gasturbine. Bei dem Werkstück 100 handelt sich vorzugsweise um ein im Zusammenhang mit einem Heißluftpfad einer Gasturbine angewendeten, hochtemperaturbeständigen Werkstück. Das Werkstück oder Bauteil besteht vorzugsweise aus einer nickel- oder kobaltba¬ sierten Superlegierung oder umfasst ein entsprechendes Mate- rial.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Substrats 1, welches in Figur 1 bzw. Figur 2 in einer Seiten- oder
Schnittansicht dargestellt ist. Das Substrat 1 umfasst eine vorbestimmte Oberflächenstruktur 2. Bei der vorbestimmten Oberflächenstruktur 2 handelt es sich vorzugsweise um eine Oberflächenstruktur mit Oberflächenstrukturelementen 10, wie in den Figuren 1 und 2 angedeutet. Die Oberflächenstrukturelementen 10 haben jeweils einen rechteckigen Querschnitt. Die Oberflächenstrukturelemente 10 sind vorzugsweise mikro¬ skopisch klein. Mit anderen Worten haben die Oberflächenstrukturelemente 10, vorzugsweise jedes einzelne oder mindes¬ tens eines von den Oberflächenstrukturelementen 10 eine äuße- re Abmessung oder Dimension im Mikrometerbereich, vorzugsweise kleiner als 100 ym, besonders bevorzugt kleiner als 80 ym oder noch kleiner (vergleiche Abmessung a weiter unten beschrieben) . Die Oberflächenstruktur 2 ist vorzugsweise für die Herstellung des Werkstücks vorbestimmt oder festgelegt. Mit anderen Worten ist die Topografie der Oberflächenstruktur festgelegt .
Obwohl dies nicht explizit in den Figuren dargestellt ist, können die Oberflächenstrukturelemente oder auch nur einige von ihnen unterschiedlich sein und/oder untereinander unterschiedliche Abmessungen haben.
Das Verfahren umfasst weiterhin das generative Herstellen eines Materials 5 für das Werkstück auf der Oberflächenstruktur 2, so dass die Oberflächenstruktur 2 eine Grundfläche 3 des herzustellenden Werkstücks definiert. Dies ist in Figur 1 da¬ durch angedeutet, dass die Oberflächenstruktur 2 ein Negativ und die Grundfläche 3 bzw. deren Oberflächenstruktur (nicht explizit gekennzeichnet) ein entsprechendes Positiv bildet. Mit anderen Worten ist die Oberflächenstruktur 2 des Substrates 1 formgebend für die Grundfläche des Werkstücks 100. Das abgeschiedene Material bzw. das fertige Werkstück (vergleiche Figur 2) weisen demgemäß die Grundfläche 3 auf.
In Figur 1 ist das Werkstück (vergleiche Bezugszeichen 100 in Figur) noch nicht fertig hergestellt. Im Folgenden kann daher das Material 5 synonym mit dem Werkstück 100 bezeichnet sein. Das Material kann insbesondere ein Ausgangsmaterial für das Werkstück sein.
Weiterhin kann das Verfahren zur Herstellung des Werkstücks eine oder mehrere Wärmebehandlungen, beispielsweise zur Einstellung von bestimmten Phasenausscheidungen umfassen. Dabei kann es sich insbesondere um zweckmäßige Phasen- Ausscheidungen oder Einstellungen der γ oder γλ -Phasen des jeweiligen herzustellenden Materials der Superlegierung handeln . Das generative Herstellen erfolgt vorzugsweise mittels
Auftragschweißen, beispielsweise Laserauftragschweißen (LMD) , insbesondere Laserpulverauftragschweißen. Die genannten Ver- fahren oder Techniken zum Auftragschweißen laufen vorzugsweise durch CAD- und/oder robotergestützt ab oder können entsprechend gesteuert werden. Eine entsprechende Laserauftrag¬ schweiß-Vorrichtung ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 6 angedeutet .
Das Material 5 zur Herstellung des Werkstücks 100 wird gemäß dem beschriebenen Verfahren vorzugsweise durch
Laserpulverauftragschweißen gefertigt oder hergestellt. Dabei wird im Rahmen des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des Werkstücks, dieses vorzugsweise entsprechend den für die gewünschte (3D-) Struktur zweckmäßigen Materialeigenschaften gefertigt. Dabei können Prozessparameter wie die Laserleis¬ tung, die Belichtung oder Expositionszeit des Lasers oder weitere Parameter entsprechend der gewünschten Materialphase eingestellt werden. Weiterhin kann beispielsweise an schwer zugänglichen Stellen oder Kanten des herzustellenden Werkstücks eine längere Belichtungszeit erforderlich sein, als an anderen Stellen. Auch kann bei einer „Abrasterung" währen des Materialaufbaus ein Apparaturkopf der Auftragschweiß- Vorrichtung über oder mithilfe einer Rückkoppelungsschleife geführt werden.
Figur 2 zeigt unter anderem das fertig hergestellte Werkstück oder Bauteil 100, welches mittels des beschriebenen Verfah- rens hergestellt oder herstellbar ist. Das Werkstück 100 ist noch einstückig mit dem Substrat 1 verbunden. Dementsprechend stellt die Grundfläche 3 des Substrats einen Abdruck der Oberflächenstruktur 2 dar oder umfasst diesen. Vorteilhafterweise wird durch das beschriebene Verfahren durch die Vorgabe der Oberflächenstruktur auf dem Substrat, die Grundfläche des herzustellenden Werkstücks definiert, abgebildet oder abge¬ formt, um die Oberflächenstruktur auf das Werkstück zu übertragen und somit eine besonders hochauflösend und oder mikro- skopisch strukturierte Grundfläche des Werkstücks zu erzeu¬ gen .
Das Werkstück 100 in Figur 2 weist eine Kontur 4 auf, welche das Werkstück 100 einschließlich dessen Oberflächenstrukturelemente umschließt oder einhüllt. Die Kontur 4 ist durch die gestrichelte Linie in Figur 2 und im Zusammenhang mit dem Ma¬ terial 5 auch in Figur 1 dargestellt. Die Grundfläche 3 ist bezüglich der Kontur 4 des herzustellenden Werkstücks 100 ei- ne zumindest teilweise innen liegende Oberfläche des Werk¬ stücks 100.
Die in Figur 1 und 2 gezeigten Oberflächenstrukturelemente 10 oder zumindest eines von ihnen haben vorzugsweise eine Abmes- sung a von weniger als 100 ym. Die Abmessung bezieht sich vorzugsweise auf eine Breite (vergleiche horizontale Richtung in den Figuren 1 und 2) der jeweiligen Oberflächenstrukturelemente 10 und nicht auf eine entsprechende Tiefe oder Höhe. Die Breite kann demgemäß eine Richtung entlang der Kontur be- zeichnen.
Je kleiner also die Breite oder Abmessung a der Oberflächenstrukturelemente 10 des Substrats 1, desto kleiner, feiner oder filigraner wird auch die Grundfläche 3 des Werkstücks strukturiert.
Besonders bevorzugt kann mindestens eines der genannten Ober¬ flächenstrukturelemente 10 oder alle eine äußere Dimension oder Abmessung a von weniger als 80 ym, oder noch weniger ha- ben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 1 eine Keramik oder ein Gussbauteil oder umfasst beispielsweise eine Keramik zumindest an der Oberflächen- struktur 2. Das Substrat 1 kann beispielsweise durch Feinguss unter Zuhilfenahme von keramischen Gießkernen her- oder bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist oder wird die Oberflä¬ chenstruktur 2 durch einen keramischen Gießkern gebildet. Der Gießkern besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid, beispiels¬ weise AI2O3, oder Siliziumdioxid (S1O2) oder umfasst eines dieser Materialien. Mit anderen Worten kann das Bereitstellen gemäß dem beschriebenen Verfahren entsprechend durchgeführt werden.
Weiterhin weist der Gießkern vorzugsweise auf der Außenseite eine sehr feine Pulverkörnung auf, um zweckmäßigerweise eine feine, beispielsweise mikroskopisch kleine Oberflächenstruk- turen „auflösen" zu können. Mit zunehmendem Abstand von der Oberflächenstruktur kann das Material dieses Substrats (des Gießkerns) eine immer poröser oder gröber werdende Körnung oder Gradierung umfassen, um gleichzeitig noch eine ausreichende (thermische) Schockbeständigkeit zu haben. Ein derar- tig gradiertes Bauteil weist vorzugsweise eine besonders kleine und technologisch erwünschte Oberflächenrauheit von lediglich 50 ym oder weniger, beispielsweise 30 ym, auf. Bei der genannten Rauheit kann es sich um eine mittlere Rauheit, eine quadratische Rauheit oder einen Mittenrauwert handeln.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Substrat zumindest an der oder als Oberflächenstruktur 2 ein Refraktärmetall , beispielsweise Tantal, Zirkonium, Molybdän oder Wolfram oder ein anderes hochschmelzendes, beispielsweise unedles, Metall der vierten, fünften oder der sechsten Nebengruppe des Periodensystems. Gemäß dieser Ausgestaltung wird oder ist die Oberflächenstruktur vorzugsweise durch Elektronenstrahlschmelzen hergestellt . Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Oberflächenstruktur 2 durch selektives Laserschmelzen hergestellt. Vorzugs¬ weise weist die Oberflächenstruktur 2 des Substrats 1 gemäß dieser Ausgestaltung Kupfer oder Aluminium als Hauptbestandteil auf. Alternativ kann das Substrat 1 aus anderen Materia- lien bestehen oder diese Materialien umfassen.
Obwohl dies in den Figuren nicht explizit dargestellt ist um¬ fasst das Verfahren weiterhin das Ablösen des Substrats 1 nach dem generativen Herstellen. Das Ablösen des Substrats kann für alle beschriebenen Ausführungsformen selektiv auf chemischem Wege erfolgen. Beispielsweise kann, unabhängig davon, ob das Substrat oder die Oberflächenstruktur metallisch oder keramisch ist, das Werkstück chemisch abgelöst werden. Beispielsweise kann im Fall eines Substrats mit einer Alumi¬ niumoberflächenstruktur, das Ablösen mittels konzentrierter Salzsäure und bei Temperaturen zwischen 50°C und 80 °C erfol¬ gen .
Figur 3 zeigt schematisch die Einstellung eines Teils einer Vorrichtung zum Auftragschweißen gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens. Diese Ausgestaltung bezieht sich insbesondere auf das generative Herstellen mittels
Laserpulverauftragschweißen. Entsprechend ist eine
Laserauftragschweiß-Vorrichtung 6 angedeutet. Weiterhin ist gemäß dieser Ausgestaltung die Oberflächenstruktur 2 des Substrats 1, wie oben beschrieben, vorzugsweise aus einer Kera¬ mik oder mittels selektivem Laserschmelzen aus einem Metall, oder dieses umfassend, gebildet.
Es ist in Figur 3 insbesondere zu erkennen, dass die
Laserauftragschweiß-Vorrichtung 6 einen Pulverfokus 7 aufweist. Weiterhin weist die Laserauftragschweiß-Vorrichtung 6 einen Laserfokus 8 auf. Der Pulverfokus 7 ist/wurde in verti¬ kaler Richtung, beispielsweise entlang einer Aufbaurichtung AR des Werkstücks 100 zwischen dem Substrat 1 und einem La¬ serfokus 8 eingestellt. Dadurch kann vorteilhafterweise ver¬ mieden werden, dass durch den Einfluss des Laserstrahls die Oberflächenstruktur, welche gemäß dieser Ausgestaltung vorzugsweise durch eine Keramik oder ein nicht hochschmelzendes Metall gebildet ist, schmilzt oder verbrannt wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (100) umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer vorbestimmten Oberflächenstruktur (2),
generatives Herstellen eines Materials (5) für das Werk¬ stück (100) auf der Oberflächenstruktur (2), so dass die Oberflächenstruktur (2) eine Grundfläche (3) des herzustel- lenden Werkstücks (100) definiert, wobei das generative Her¬ stellen mittels Auftragschweißen durchgeführt wird und wobei die Grundfläche (3) eine bezüglich einer Kontur (4) des herzustellenden Werkstücks (100) zumindest teilweise innen lie¬ gende Oberfläche des Werkstückes (100) ist, und
- Ablösen des Substrats (1) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen derart erfolgt, dass die Oberflächenstruktur (2) zur Definition der Grundfläche (3) mindestens ein Oberflächenstrukturelement (10) mit einer Abmessung von weniger als 100 ym aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Material (5) eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung oder ein Aus¬ gangsstoff dafür ist.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (100) ein hochtemperaturbeständiges Bauteil ist.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen derart erfolgt, dass das Sub¬ strat (1) eine Keramik umfasst, welche die Oberflächenstruk¬ tur (2) bildet.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wo¬ bei das Bereitstellen derart erfolgt, dass die Oberflächen¬ struktur (2) als Hauptbestandteil ein Refraktärmetall um¬ fasst .
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Oberflächenstruktur (2) durch Elektronenstrahlschmelzen hergestellt wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wo¬ bei das Bereitstellen derart erfolgt, dass die Oberflächen¬ struktur (2) durch selektives Laserschmelzen hergestellt wird, beispielsweise mit Aluminium oder Kupfer als Hauptbe¬ standteil .
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das generative Herstellen mittels Laser- Pulverauftragschweißen durchgeführt wird und wobei während des generativen Herstellens ein Pulverfokus (7) zwischen der Oberflächenstruktur (2) und einem Laserfokus (8) eingestellt wird .
10. Werkstück (100), welches gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt oder herstellbar ist .
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