EP3389898A1 - Vorrichtung für eine anlage zur additiven herstellung eines bauteils - Google Patents

Vorrichtung für eine anlage zur additiven herstellung eines bauteils

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EP3389898A1
EP3389898A1 EP17705322.0A EP17705322A EP3389898A1 EP 3389898 A1 EP3389898 A1 EP 3389898A1 EP 17705322 A EP17705322 A EP 17705322A EP 3389898 A1 EP3389898 A1 EP 3389898A1
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EP
European Patent Office
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component
wall
temperature
starting material
base material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17705322.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Ott
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3389898A1 publication Critical patent/EP3389898A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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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 device for a plant for the additive production of a component, as well as a corresponding system. Furthermore, a method for operating the plant is the subject of the present invention, as well as a manufactured according to the method component.
  • the component was preferably an additive or generatively manufactured or constructed component.
  • ⁇ sondere may be a workpiece or a component of a turbine such as a steam, preferably a Gasturbi ⁇ ne, act.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • SLM selective laser melting
  • SLS selective laser sintering
  • EBM electron beam melting
  • Internal stresses in the component can be achieved, for example, by preheating of, in particular pulverulent, starting material for the component, for example, be reduced to a temperature of at least 500 ° C.
  • the preheating ⁇ or preheating temperature must, therefore the temperature at which the construction part before and / or is heated or maintained during the additive structure below the melting point of the starting material.
  • the electron beam melting process is also known in the art. This is a generative process in which successively applied powder layers, and selectively using an electron beam umgeschmol ⁇ zen. For this purpose, electrons are accelerated by applying a voltage in the range of 150 kV to about 60% of the speed of light, which lead to the local remelting of the corresponding powder particles when hitting the powder layer. In order to prevent that the powder particles of the powder layer on impact of the electrons are not even removed from the powder bed, at least the umzuschmelzen- the portions of each powder layer applied can be presintered before the Umschmel ⁇ zen.
  • Powder bed a bad heat conductor.
  • the heating of the powder over the build platform is therefore becoming increasingly difficult with the progress of manufacture of the component, since the powder particle ⁇ the respective new locations of the powder bed are farther and farther away from the building board.
  • the (ho ⁇ nous) tempering or preheating the component is ⁇ table.
  • Another difficulty is the thermal loading of a wall or enclosure for the powder Bed or for the arranged under the powder bed Bauplatt ⁇ form.
  • SLM systems offer, for example, the option of heating the build platform via resistance heating. However, such systems only allow temperatures of the powder bed up to about 500 ° C for higher temperatures of the starting material must be resorted to other heat sources ⁇ back.
  • a preheating can also be achieved by means of an induction coil, so that the component is heated inductively.
  • the Einbrin ⁇ supply heat by induction depends on the geometry of the component. Uniform heating of the building ⁇ partly thus be Errei ⁇ chen only comparatively simple component geometries and compact design of the component. With more complex geometries, the formation of the eddy currents in the component being formed is disturbed, which leads to heterogeneous heating of the component.
  • the cooling rate in the component is decisive if certain structural states are to be achieved. In ⁇ game as it is temperature strength important in turbine components made from nickel- or ko ⁇ baltbas striv strivoys for the formation of high, that a high proportion of ⁇ ⁇ -
  • One aspect of the present invention relates to a device for a plant for additively manufacturing a component from a powder bed comprising a wall for holding or withholding of a particular powdered starting materials ⁇ rials for additive production of the component, that is, before or during the additive preparation.
  • the powder bed is preferably formed from the said boss.
  • the device represents the wall.
  • hold or "retain” is to be understood as meaning that the wall for the additive preparation is preferably in direct contact with the starting material. Accordingly spreader ⁇ accordingly the wall is for example at an appropriate preheating of the feedstock and / or during the additi ⁇ ven production inevitably heated ER on the starting material or the powder bed to the presently mentioned temperatures.
  • the wall can be a wall structure, a
  • Housing or housing act.
  • the wall serves preferably a delineation of the powder bed, for example, in a corresponding system for the additive production of the component.
  • the wall bounds the Twimate ⁇ material of the powder bed directly or directly.
  • Another aspect of the present invention relates to a system comprising the device, wherein the system is sobil ⁇ det, additively build or manufacture a component of the type described from a superalloy, for example, a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the wall is designed to be heat-resistant at a temperature, for example a preheating temperature, of or for the starting material of at least 500 ° C. and / or to withstand the said temperature.
  • the wall is designed to be heat-resistant at a temperature, for example a preheating temperature, of at least 600 ° C. or to withstand said temperature.
  • the wall is designed to be heat-resistant at a temperature, for example a preheating temperature, of at least 700 ° C. or to withstand said temperature.
  • the wall is designed to be heat-resistant at a temperature, for example a preheating temperature, of at least 800 ° C. or to withstand said temperature.
  • the wall is designed to be heat-resistant at a temperature, for example a preheating temperature, of at least 900 ° C. or to withstand said temperature.
  • the wall is formed, at a temperature, for example, a preheating temperature, of min. least 1000 ° C to be heat resistant and said tempera ture ⁇ to withstand.
  • the wall is formed to be heat-resistant at a temperature, for example a preheating temperature, of at least 1100 ° C., preferably 1200 ° C. or more, or to withstand said temperature.
  • the wall is formed, as a starting material, a material for the additive production of the component from a precipitation-hardened or
  • the said precipitation hardening preferably relates to a ⁇ or ⁇ 'hardening or the corresponding precipitates in the finished manufactured component.
  • the wall has a base material.
  • the wall has a heat-resistant, preferably highly heat-resistant base material.
  • the Grundma ⁇ TERIAL may be for example, a highly heat-resistant steel and / or a superalloy, for example a Ni or ckel- act cobalt-based superalloy.
  • the wall at an inner side of the base material an oxidation protection layer, ⁇ example, a Allit michigan or diffusion coating on.
  • the inner surface preferably denotes a side of the base ⁇ materials, which is the starting material or the powder bed, in particular, directly facing, or is in (direct) contact with it. Due to this configuration, an oxide tion or temperature-induced deterioration of the material structure of the base material are advantageously prevented. Accordingly denotes an outer side of the base material, preferably a side of the base material, consisting ⁇ starting material or the powder bed (for Her ⁇ position) facing away from the, and preferably is not in contact with the starting material.
  • the base material has a thermal insulation ⁇ layer on the inside.
  • the oxidation protection layer is arranged between the thermal barrier coating and the base material.
  • the base material can be particularly advantageously protected from the temperatures to which the off ⁇ starting material must be heated for the production of the component.
  • the base material has a cooling structure on an outer side.
  • the base material whether it is already protected on its inside by a heat-insulating and / or oxidation-protection layer or not, can be suitably cooled from the outside.
  • the cooling structure is formed, for cooling the wall and / or the base material of the same, by a cooling fluid, such as air, water or nitrogen, to be flown through or.
  • a cooling fluid such as air, water or nitrogen
  • the wall forms a vertical boundary or enclosure for the starting material.
  • the vertical boundary may be a plant wall for an additive manufacturing plant.
  • the wall according to this embodiment can define a production space for the component.
  • the wall forms at least a part of a construction platform for the additive production of the component.
  • the device comprises a heat source, which is designed to heat the starting material for the additive production of the component to a temperature of at least 500 °.
  • the heat source comprises an infrared ⁇ lamp, a laser, in particular one or more infrared laser, and / or an inductive heating system.
  • a laser in particular one or more infrared laser
  • an inductive heating system in order to heat the starting material to suitably high temperatures, in particular to temperatures of at least 500 ° C., before or during the additive production of the component.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for operating the system comprising preheating the starting material for the (additively manufactured) component to a temperature of at least 500 ° C.
  • Another aspect of the present invention relates to a component made of a superalloy or those comprising wel ⁇ ches prepared by the process described and or can be produced.
  • Figure 1 shows parts of a schematic cut or sides ⁇ view of a device for a plant for producing a component additi ⁇ ven.
  • Figure 2 shows a schematic sectional or side view of the system comprising the device.
  • Figure 1 shows a device 100.
  • the device 100 is preferably a device for a system 200 for additi ⁇ ven producing a component 10 (see Figure 2), in particular of a powder bed.
  • the component 10 is preferably made of a superalloy, for example one, in particular precipitation- or ⁇ -hardened, nickel- or cobalt-based superalloy.
  • a superalloy may be, for example, the material "IN 625" or "Hastelloy X”.
  • the device 100 may be a powder limit or
  • The, preferably powdery, starting material 1 is just ⁇ if in Figure 1, which is to indicate a powder bed, which by the wall 30, preferably before or during operation of the device 100 - in an additive manufacturing of the component - limited or held becomes.
  • the device 100 comprises a wall 30 or a wall.
  • the wall 30 is preferably heat-resistant, preferably highly heat-resistant and / or high-temperature resistant.
  • the wall 30 is preferably designed to maintain a preheating and / or operating temperature of the starting material 1 of at least 500 ° or more.
  • the wall 30 is heat-resistant at a temperature of at least 600 °, in particular 700 ° C, more preferably 800 °, for example 1000 ° C or more.
  • the wall 30 may be formed, at even higher temperatures, for example a preheating and / or operating temperature of the starting material 1 of 1200 ° or more, at ⁇ play, 1500 ° C or even 2000 ° C or 3000 ° C to be heat resistant or to withstand these temperatures.
  • the wall 30 comprises a base material 31.
  • the base material 1 On an inner side of the wall 31 (left side in FIG. On a side of the base material 31 facing the starting material 1, the base material 1 comprises an oxidation protection layer 33, in particular for protecting the base material 31
  • the oxidation protection layer 33 may be a diffusion ⁇ protective layer or, for example, chromium or
  • MCrAlY alloy include.
  • the wall 30 further comprises - on the inside thereof - a thermal barrier coating 32.
  • the thermal barrier coating 32 is preferably - for the additive production of the component 10 - directly in contact with the starting material 1 or be ⁇ limits this.
  • the oxidation protection layer 33 is hereby refurbished insomniaßi ⁇ gish between the base material 31 and the thermal insulation layer 32 is disposed. By this arrangement, the base ⁇ material 31 of the wall 30 can be protected appropriately against high ther ⁇ mix charges arising from additive production.
  • the wall 30 also has a cooling structure 34. The cooling structure is at a the starting material dietaryswei ⁇ se facing away from the powder bed side of the base material 31 at ⁇ sorted (right side in Figure 1).
  • the cooling structure 34 is provided to cool the base material 31 and / or the wall 30 from the outside.
  • the cooling structure 34 may be provided with only a cooling surface or a structured surface in order to allow a cooling effect or an improved compared to a flat surface heat exchange.
  • the cooling structure 34 may comprise cooling channels 36, which may be closed or open, in order to flow through the cooling structure 34 through a cooling fluid and to actively cool it.
  • the cooling fluid may include, for example, air, water, nitrogen, or another fluid.
  • the cooling structure 34 to achieve a cooling effect, a lattice structure (not explicitly Darge ⁇ asserted).
  • the apparatus 100 further comprises a heat source 20 which is preferably configured to heat the starting material 1 held by the wall 30 to a temperature of Minim ⁇ least 500 ° C.
  • the warming can be both a
  • the heat source 20 is an infrared lamp, a laser, as in ⁇ game as an infrared laser or a multiple laser arrangement and / or an inductive heating system. Resistance heaters are not suitable for heating the entire powder space to the stated temperatures.
  • Figure 2 shows schematically a sectional or side view of a system 200 for the additive production of the component 10.
  • the system 200 is preferably designed to construct the component 10 additively out of a powder bed or produce.
  • the plant is preferably a plant for powder bed-based, additive production of the component 10, in particular for selective laser melting, for selective laser sintering or electron beam melting.
  • the system 200 comprises the apparatus 100 described above It can be seen in particular in Figure 2, that the Vorrich ⁇ tung 100 a plurality of transformations 30 comprises (as described above).
  • two verti- cal changes are exemplary 30 (side walls) showed that the starting material from ⁇ 1 and confine the powder bed side, to keep the starting material 1 or to include.
  • a building platform 35 is formed by a wall 30, as described above.
  • the embodiment shown has the advantage that the starting material 1, which for additive manufacturing the construction ⁇ is heated to particularly high temperatures member 10 preferably is held at each ⁇ the side, by a wall 30 which is suitably temperature resistant.
  • the device 100 may be a container for the starting material 1.
  • the device 100 is preferably in direct contact with the raw material 1.
  • the system 200 further comprises one or more further At ⁇ layer parts, such as a coating device or a solidification device; these are merely indicated by the reference numeral 40.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes, in particular, any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) für eine Anlage (200) zur additiven Herstellung eines Bauteils (10) aus einem Pulverbett umfassend eine Wandung (30) zum Halten eines Ausgangsmaterials (1) für die additive Herstellung des Bauteils (10), wobei die Wandung (30) ausgebildet ist, bei einer Temperatur von mindestens 600 °C warmfest zu sein. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur additiven Herstellung des Bauteils (10) in der Anlage (200) umfassend das Vorwärmen des Ausgangsmaterials (1) für das Bauteil (10) auf eine Temperatur von mindestens 600 °C.

Description

Beschreibung
Vorrichtung für eine Anlage zur additiven Herstellung eines Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Anlage zur additiven Herstellung eines Bauteils, sowie eine entsprechende Anlage. Weiterhin ist ein Verfahren zum Betrieb der Anlage Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ebenso wie ein gemäß dem Verfahren hergestelltes Bauteil.
Bei dem Bauteil handelte sich vorzugsweise um ein additiv oder generativ hergestelltes oder aufgebautes Bauteil. Insbe¬ sondere kann es sich um ein Werkstück oder eine Komponente einer Turbine, wie einer Dampf-, vorzugsweise einer Gasturbi¬ ne, handeln.
Bekannte schichtweise oder additive Herstellungsverfahren sind insbesondere das selektive Laserschmelzen (SLM: englisch für „selective laser melting") , selektive Lasersintern (SLS: englisch für „selective laser sintering") und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM: englisch für „electron beam melting") . Diese Verfahren werden insbesondere in der Herstellung dreidimensionaler Objekte durch iteratives Auf- oder Aneinander- fügen von Lagen, Schicht- oder Volumenelementen, beispielsweise aus einem Pulverbett auf einer Bauplattform eingesetzt. Typische Schichtdicken der einzelnen Lagen liegen zwischen 20 ym und 60 ym. Ein selektives Laserschmelzen-Verfahren ist beispielsweise bekannt aus EP 1 355 760 Bl .
Ein solches Verfahren ebenso wie das Elektronenstrahlschmel¬ zen sind insbesondere dazu geeignet, hochschmelzende Werk- Stoffe zu verarbeiten oder aufzubauen. Dabei besteht die
Schwierigkeit, die entsprechenden Bauteile mit einem zweckmä¬ ßig geringen Maß an Eigenspannungen aufzubauen. Eigenspannungen im Bauteil können beispielsweise durch eine Vorheizung des, insbesondere pulverförmigen, Ausgangsmaterials für das Bauteil, beispielsweise auf eine Temperatur von mindestens 500 °C vermindert werden. Zweckmäßigerweise muss die Vorwärm¬ oder Vorheiz-Temperatur, also die Temperatur bei der das Bau- teil vor und/oder während des additiven Aufbaus erwärmt oder gehalten wird unter dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials liegen .
Auch das Elektronenstrahlschmelzverfahren ist im Stand der Technik bekannt. Hierbei handelt es sich um ein generatives Verfahren, bei dem nacheinander Pulverlagen aufgetragen und selektiv unter Verwendung eines Elektronenstrahls umgeschmol¬ zen werden. Hierzu werden Elektronen durch Anlegen einer Spannung im Bereich von 150 kV auf ca. 60% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, die beim Auftreffen auf die Pulverlage zum lokalen Umschmelzen der entsprechenden Pulverpartikel führen. Um zu verhindern, dass die Pulverpartikel der Pulverlage beim Auftreffen der Elektronen nicht selbst aus dem Pulverbett entfernt werden, können zumindest die umzuschmelzen- den Bereiche jeder aufgetragenen Pulverlage vor dem Umschmel¬ zen vorgesintert werden.
Jedenfalls mittels des SLM-Verfahrens konnte bereits eine zu¬ mindest riss- oder spannungsarme Herstellung von Bauteile aus einer γ' gehärteten, nickelbasierten Superlegierung demonstriert werden. Dieser sehr heißrissanfällige Werkstoff musste jedoch über die Bauplattform auf eine Temperatur von mindestens 500 °C vorgewärmt werden, um Eigenspannungen des Bauteils auf einem vertretbaren Maß zu halten (siehe oben) . Im Ver- gleich zu dem in Herstellung befindlichen Bauteil ist das
Pulverbett ein schlechter Wärmeleiter. Die Beheizung des Pulvers über die Bauplattform wird daher bei fortschreitender Herstellung des Bauteils zunehmend erschwert, da die Pulver¬ partikel der jeweils neuen Lagen des Pulverbettes immer wei- ter von der Bauplatte entfernt sind. Damit ist auch die (ho¬ mogene) Temperierung oder Vorwärmung des Bauteils problema¬ tisch. Eine weitere Schwierigkeit besteht in der thermischen Belastung einer Wandung oder einer Einhausung für das Pulver- bett bzw. für die unter dem Pulverbett angeordnete Bauplatt¬ form.
Handelsübliche SLM-Anlagen bieten Beispielsweise die Möglich- keit, die Bauplattform über eine Widerstandsheizung zu erwärmen. Solche Systeme erlauben jedoch lediglich Temperaturen des Pulverbettes bis zu ca. 500 °C für höhere Temperaturen des Ausgangsmaterials muss auf andere Wärmequellen zurückge¬ griffen werden.
Gemäß der DE 10 2012 206 122 AI wird vorgeschlagen, dass eine Vorwärmung auch mittels einer Induktionsspule erreicht werden kann, so dass das Bauteil induktiv erwärmt wird. Die Einbrin¬ gung von Wärme durch Induktion ist jedoch von der Geometrie des Bauteils abhängig. Eine gleichmäßige Erwärmung des Bau¬ teils lässt sich somit nur bei vergleichsweise einfachen Bauteilgeometrien und kompakter Bauweise des Bauteils errei¬ chen. Bei komplexeren Geometrien wird die Ausbildung der Wirbelströme im in Entstehung befindlichen Bauteil gestört, wes- wegen es zu einer heterogenen Erwärmung des Bauteils kommt. Zudem ist die Abkühlgeschwindigkeit im Bauteil maßgeblich, wenn bestimmte Gefügezustände erreicht werden sollen. Bei¬ spielsweise ist es bei Turbinenbauteilen aus nickel- oder ko¬ baltbasierten Superlegierungen für die Ausbildung der Hoch- temperaturfestigkeit wichtig, dass ein hoher Anteil von γλ-
Ausscheidungen im Gefüge vorhanden ist. Diese bilden sich jedoch nur aus, wenn das Bauteil unterhalb der Yx-Solidus- temperatur von ca. 1150°C langsamer als etwa l°C/s abgekühlt wird. Bei der Herstellung von Bauteilen aus einer Nickelba- sis-Superlegierung ist es daher wünschenswert, eine Abkühlung des Bauteils in der Nähe des Schmelzbades auf eine entspre¬ chende Temperatur zu begrenzen, bzw. vor oder während der additiven Herstellung das Ausgangsmaterial auf möglichst hohe Temperaturen zu erwärmen. Dazu müssen natürlich auch die das Pulverbett und/oder das Ausgangsmaterial umgebenden Anlagen¬ komponenten entsprechend ausgelegt werden. Dies stellt insbe¬ sondere hohe Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen ein additiver Herstellungsprozess für aus Superlegierungen herzustellende Bauteile verbessert wer¬ den kann. Insbesondere soll eine verbesserte Erwärmung eines Ausgangsmaterials für ein additiv herzustellendes Bauteil, insbesondere vor oder während der additiven Herstellung erreicht werden, sodass die Struktureigenschaften des fertigen Bauteils, insbesondere hinsichtlich der γ X-Ausscheidungen im Material des Bauteils verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge¬ genstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Anlage zur additiven Herstellung eines Bauteils aus einem Pulverbett umfassend eine Wandung zum Halten oder Einbehalten eines, insbesondere pulverförmigen, Ausgangsmate¬ rials für die additive Herstellung des Bauteils, d.h. vor oder während, der additiven Herstellung.
Das genannte Pulverbett ist vorzugsweise aus dem Ausgangsma¬ terial gebildet. In einer Ausgestaltung stellt die Vorrichtung die Wandung dar .
Der Ausdruck „Halten" oder „Einbehalten" ist so zu verstehen, dass die Wandung für die additive Herstellung vorzugsweise in direktem Kontakt mit dem Ausgangsmaterial steht. Dementspre¬ chend wird die Wandung beispielsweise bei einem zweckmäßigen Vorheizen des Ausgangsmaterials und/oder während der additi¬ ven Herstellung zwangsläufig von dem Ausgangsmaterial bzw. dem Pulverbett auf die vorliegend genannten Temperaturen er- wärmt.
Bei der Wandung kann es sich um eine Wandstruktur, eine
Einhausung oder ein Gehäuse handeln. Die Wandung dient vor- zugsweise einer Abgrenzung des Pulverbettes, beispielsweise in einer entsprechenden Anlage zur additiven Herstellung des Bauteils. Vorzugsweise begrenzt die Wandung das Ausgangsmate¬ rial des Pulverbettes direkt oder unmittelbar.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage umfassend die Vorrichtung, wobei die Anlage ausgebil¬ det ist, ein Bauteil der beschriebenen Art aus einer Superle- gierung, beispielsweise aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung, additiv aufzubauen oder herzustellen.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, bei einer Temperatur, beispielsweise einer Vorwärmtemperatur, des oder für das Ausgangsmaterials von mindestens 500 °C warmfest zu sein und/oder der genannten Temperatur Stand zu halten.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, bei einer Temperatur, beispielsweise einer Vorwärmtemperatur, von min- destens 600 °C warmfest zu sein bzw. der genannten Temperatur stand zu halten.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, bei einer Temperatur, beispielsweise einer Vorwärmtemperatur, von min- destens 700 °C warmfest zu sein bzw. der genannten Temperatur stand zu halten.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, bei einer Temperatur, beispielsweise einer Vorwärmtemperatur, von min- destens 800 °C warmfest zu sein bzw. der genannten Temperatur stand zu halten.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, bei einer Temperatur, beispielsweise einer Vorwärmtemperatur, von min- destens 900 °C warmfest zu sein bzw. der genannten Temperatur stand zu halten.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, bei einer Temperatur, beispielsweise einer Vorwärmtemperatur, von min- destens 1000 °C warmfest zu sein bzw. der genannten Tempera¬ tur stand zu halten.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, bei einer Temperatur, beispielsweise einer Vorwärmtemperatur, von mindestens 1100 °C, vorzugsweise 1200°C oder mehr, warmfest zu sein bzw. der genannten Temperatur stand zu halten.
In einer Ausgestaltung ist die Wandung ausgebildet, als Aus- gangsmaterial ein Material für die additive Herstellung des Bauteils aus einer ausscheidungsgehärteten oder
ausscheidungshärtbaren Superlegierung zu halten. Die genannte Ausscheidungshärtung betrifft vorzugsweise eine γ oder γ' - Härtung bzw. die entsprechenden Ausscheidungen im fertig hergestellten Bauteil.
Die Wandung weist ein Grundmaterial auf.
In einer Ausgestaltung weist die Wandung ein warmfestes, vor- zugsweise hochwarmfestes Grundmaterial auf. Bei dem Grundma¬ terial kann es sich beispielsweise um einen hochwarmfesten Stahl und/oder eine Superlegierung, beispielsweise eine ni- ckel- oder kobaltbasierte Superlegierung handeln. Durch diese Ausgestaltung kann die Wandung, welche zweckmäßigerweise für die additive Herstellung in direktem Kontakt mit dem Aus¬ gangsmaterial steht, denjenigen Temperaturen widerstehen, auf welche das Ausgangsmaterial vorteilhafter Weise für die addi¬ tive Herstellung oder eine vorgeschaltete Vorwärmung erwärmt wird .
In einer Ausgestaltung weist die Wandung an einer Innenseite des Grundmaterials eine Oxidationsschutzschicht , beispiels¬ weise eine Allitierung oder Diffusionsbeschichtung, auf. Die Innenseite bezeichnet vorzugsweise eine Seite des Grund¬ materials, welche dem Ausgangsmaterial bzw. dem Pulverbett, insbesondere direkt, zugewandt ist oder in (direktem) Kontakt mit diesem steht. Durch diese Ausgestaltung kann einer Oxida- tion oder temperaturbedingter Verschlechterung der Materialstruktur des Grundmaterials vorteilhafterweise vorgebeugt werden . Entsprechend bezeichnet eine Außenseite des Grundmaterials, vorzugsweise eine Seite des Grundmaterials, welche dem Aus¬ gangsmaterial beziehungsweise dem Pulverbett (für die Her¬ stellung) abgewandt ist und vorzugsweise nicht in Kontakt mit dem Ausgangsmaterial steht.
Das Grundmaterial weist an der Innenseite eine Wärmedämm¬ schicht auf.
In einer Ausgestaltung ist die Oxidationsschutzschicht zwi- sehen der Wärmedämmschicht und dem Grundmaterial angeordnet. Auf diese Weise kann das Grundmaterial besonders vorteilhaft vor den Temperaturen geschützt werden, auf welche das Aus¬ gangsmaterial für die Herstellung des Bauteils erwärmt werden muss .
In einer Ausgestaltung weist das Grundmaterial an einer Außenseite eine Kühlstruktur auf. Durch diese Ausgestaltung kann das Grundmaterial, sei es auf seiner Innenseite bereits durch eine Wärmedämm- und/oder Oxidationsschutzschicht ge- schützt oder nicht, von außen zweckmäßig gekühlt werden.
In einer Ausgestaltung ist die Kühlstruktur ausgebildet, zur Kühlung der Wandung und/oder des Grundmaterials derselben, von einem Kühlfluid, beispielsweise Luft, Wasser oder Stick- Stoff, durch- oder angeströmt zu werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders zweckmäßige Kühlung.
In einer Ausgestaltung bildet die Wandung eine vertikale Begrenzung oder Einhausung für das Ausgangsmaterial. Mit der vertikalen Begrenzung kann eine Anlagenwand für eine Anlage zur additiven Herstellung gemeint sein. Weiterhin kann die Wandung gemäß dieser Ausgestaltung einen Herstellungsraum für das Bauteil definieren. In einer Ausgestaltung bildet die Wandung zumindest einen Teil einer Bauplattform für die additive Herstellung des Bauteils. Durch diese Ausgestaltung kann besonders zweckmäßig eine Bauteilplattform bereitgestellt werden, welche die er¬ findungsgemäßen Vorteile bietet.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Wärmequelle, die ausgebildet ist, das Ausgangsmaterial für die ad- ditive Herstellung des Bauteils auf eine Temperatur von mindestens 500° zu erwärmen.
In einer Ausgestaltung umfasst die Wärmequelle eine Infrarot¬ lampe, einen Laser, insbesondere einen oder mehrere Infrarot- Laser, und/oder ein induktives Heizsystem. Diese sind besonders zweckmäßige Ausgestaltungen, um das Ausgangsmaterial vor oder während der additiven Herstellung des Bauteils auf zweckmäßig hohe Temperaturen, insbesondere auf Temperaturen von mindestens 500 °C, zu erwärmen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb der Anlage umfassend das Vorwärmen des Ausgangsmaterials für das (additiv herzustellende) Bauteil auf eine Temperatur von mindestens 500 °C.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil aus einer Superlegierung oder diese umfassend, wel¬ ches mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt und oder herstellbar ist.
Das beschriebene Verfahren und/oder das beschriebene Bauteil lösen ebenfalls die erfinderischen Aufgaben, wie oben beschrieben . Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie¬ gend auf die Vorrichtung und/oder die Anlage beziehen, können sich ferner auf das Verfahren und/oder das Bauteil beziehen, und umgekehrt. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Figur 1 zeigt Teile einer schematische Schnitt- oder Seiten¬ ansicht einer Vorrichtung für eine Anlage zur additi¬ ven Herstellung eines Bauteils.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht der Anlage umfassend die Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 ist vorzugsweise eine Vorrichtung für eine Anlage 200 zur additi¬ ven Herstellung eines Bauteils 10 (siehe Figur 2), insbeson- dere aus einem Pulverbett.
Das Bauteil 10 ist vorzugsweise aus einer Superlegierung, beispielsweise einer, insbesondere ausscheidungs- oder γ- gehärteten, nickel- oder kobaltbasierten, Superlegierung her- zustellen. Eine solche Superlegierung kann beispielsweise das Material „IN 625" oder „Hastelloy X" sein.
Die Vorrichtung 100 kann eine Pulverbegrenzung oder
Einhausung für ein Ausgangsmaterial 1 für das Bauteil 10 bil- den.
Das, vorzugsweise pulverförmige, Ausgangsmaterial 1 ist eben¬ falls in Figur 1 dargestellt, womit ein Pulverbett angedeutet werden soll, welches durch die Wandung 30, vorzugsweise vor oder während eines Betriebs der Vorrichtung 100 - im Rahmen einer additiven Herstellung des Bauteils - begrenzt oder gehalten wird.
Die Vorrichtung 100 umfasst eine Wandung 30 oder eine Wand. Die Wandung 30 ist vorzugsweise warmfest, vorzugsweise hoch- warmfest und/oder hochtemperaturbeständig ausgebildet. Die Wandung 30 ist vorzugsweise ausgebildet, einer Vorwärm- und/oder Betriebstemperatur des Ausgangsmaterials 1 von mindestens 500° oder mehr Stand zu halten. Vorzugsweise ist die Wandung 30 warmfest bei einer Temperatur von mindestens 600°, insbesondere 700°C, besonders bevorzugt 800°, beispielsweise 1000°C oder mehr.
Die Wandung 30 kann ausgebildet sein, bei noch höheren Temperaturen, beispielsweise einer Vorwärm- und/oder Betriebstem- peratur des Ausgangsmaterials 1 von 1200° oder mehr, bei¬ spielsweise 1500 °C oder sogar 2000°C oder 3000 °C warmfest zu sein bzw. diesen Temperaturen Stand zu halten.
Die Wandung 30 umfasst ein Grundmaterial 31. An einer Innen- seite der Wandung 31 (linke Seite in Figur 1) d.h. an einer dem Ausgangsmaterial 1 zugewandten Seite des Grundmaterials 31, umfasst das Grundmaterial 1 eine Oxidationsschutzschicht 33, insbesondere zum Schutz des Grundmaterials 31 vor
oxidativen oder weiteren thermisch bedingten schädlichen Ein- flüssen. Die Oxidationsschutzschicht 33 kann eine Diffusions¬ schutzschicht sein oder beispielsweise Chrom oder eine
MCrAlY-Legierung umfassen.
Die Wandung 30 umfasst weiterhin - an der Innenseite dersel- ben - eine Wärmedämmschicht 32. Die Wärmedämmschicht 32 steht vorzugsweise - für die additive Herstellung des Bauteils 10 - unmittelbar mit dem Ausgangsmaterial 1 in Kontakt oder be¬ grenzt dieses. Die Oxidationsschutzschicht 33 ist zweckmäßi¬ gerweise zwischen dem Grundmaterial 31 und der Wärmedämm- schicht 32 angeordnet. Durch diese Anordnung kann das Grund¬ material 31 der Wandung 30 zweckmäßigerweise vor hohen ther¬ mischen Belastungen im Rahmen der additiven Herstellung geschützt werden. Die Wandung 30 weist weiterhin eine Kühlstruktur 34 auf. Die Kühlstruktur ist an einer dem Ausgangsmaterial beziehungswei¬ se dem Pulverbett abgewandten Seite des Grundmaterials 31 an¬ geordnet (rechte Seite in Figur 1) . Die Kühlstruktur 34 ist vorgesehen, um das Grundmaterial 31 und/oder die Wandung 30 von außen zu kühlen. Dafür kann die Kühlstruktur 34 lediglich mit einer Kühloberfläche oder einer strukturierten Oberfläche versehen sein, um einen Kühleffekt bzw. einen im Vergleich zu einer flachen Oberfläche verbesserten Wärmeaustausch zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlstruktur 34 Kühlkanäle 36 aufweisen, welche geschlossen oder offen sein können, um die Kühlstruktur 34 durch ein Kühlfluid zu durchströmen und aktiv damit zu kühlen. Das Kühlfluid kann beispielsweise Luft, Wasser, Stickstoff, oder ein anderes Fluid umfassen. Auch kann die Kühlstruktur 34 zu Erzielung eines Kühleffektes eine Gitterstruktur (nicht explizit darge¬ stellt) aufweisen. Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Wärmequelle 20 auf, welche vorzugsweise ausgebildet ist, das von der Wandung 30 gehaltene Ausgangsmaterial 1 auf eine Temperatur von mindes¬ tens 500 °C zu erwärmen. Die Erwärmung kann sowohl eine
Vorwärmung als auch eine Prozesserwärmung, während der addi- tiven Herstellung, sein. Zweckmäßigerweise ist oder umfasst die Wärmequelle 20 eine Infrarotlampe, einen Laser, wie bei¬ spielsweise ein Infrarotlaser oder eine Mehrfach- Laseranordnung und/oder ein induktives Heizsystem. Widerstandsheizungen sind zur Beheizung des gesamten Pulverraums auf die genannten Temperaturen nicht geeignet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, das additiv herzustellende Bauteil 10 vor der additiven Herstellung desselben und/oder währenddessen auf eine Temperatur von min- destens 500° zu erwärmen, um die erfinderischen Vorteile zu nutzen .
Figur 2 zeigt schematisch eine Schnitt- oder Seitenansicht einer Anlage 200 zur additiven Herstellung des Bauteils 10. Die Anlage 200 ist vorzugsweise ausgebildet, das Bauteil 10 aus einem Pulverbett heraus additiv aufzubauen oder herzustellen . Die Anlage ist vorzugsweise eine Anlage zur pulverbett- basierten, additiven Herstellung des Bauteils 10, insbesondere zum selektiven Laserschmelzen, zum selektiven Lasersintern oder zum Elektronenstrahlschmelzen.
Die Anlage 200 umfasst die oben beschriebene Vorrichtung 100. Es ist insbesondere in Figur 2 zu erkennen, dass die Vorrich¬ tung 100 eine Mehrzahl von Wandlungen 30 (wie oben beschrieben) aufweist. In der Abbildung sind beispielhaft zwei verti- kale Wandlungen 30 (Seitenwände) gezeigt, welche das Aus¬ gangsmaterial 1 bzw. das Pulverbett seitlich begrenzen, um das Ausgangsmaterial 1 zu halten oder zu beinhalten. Weiterhin ist zu erkennen, dass eine Bauplattform 35 durch eine Wandung 30, wie oben beschrieben, gebildet ist. Die gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Ausgangsmaterial 1, welches vorzugsweise für die additive Herstellung des Bau¬ teils 10 auf besonders hohe Temperaturen erwärmt wird, an je¬ der Seite, von einer Wandung 30 gehalten wird, welche entsprechend temperaturbeständig ist.
Die Vorrichtung 100 kann ein Behälter für das Ausgangsmaterial 1 sein. Die Vorrichtung 100 steht dabei vorzugsweise in unmittelbarem Kontakt mit dem Ausgangsmaterial 1. Die Anlage 200 umfasst weiterhin ein oder mehrere weitere An¬ lagenteile, wie eine Beschichtungseinrichtung oder eine Verfestigungseinrichtung; diese sind mit dem Bezugszeichen 40 lediglich angedeutet. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombi- nation selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100) für eine Anlage (200) zur additiven Herstellung eines Bauteils (10) aus einem Pulverbett umfas- send eine Wandung (30) zum Halten eines Ausgangsmaterials (1) für die additive Herstellung des Bauteils (10), wobei die Wandung (30) ein Grundmaterial (31) aufweist und, an einer Innenseite des Grundmaterials (31), eine Wärmedämmschicht (32) und wobei die Wandung (30) ausgebildet ist, bei einer Temperatur von mindestens 600 °C warmfest zu sein.
2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Wandung (30) ausgebildet ist, als Ausgangsmaterial (1) ein Material für die additive Herstellung des Bauteils (10) aus einer aus- scheidungsgehärteten oder ausscheidungshärtbaren Superlegie- rung zu halten.
3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wandung ein warmfestes Grundmaterial (31), beispielsweise ei- nen hochwarmfesten Stahl und/oder einer Superlegierung , aufweist.
4. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (30) ein Grundmaterial (31) aufweist und, an einer Innenseite des Grundmaterials (31), eine Oxida- tionsschutzschicht (33) .
5. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (30) ein Grundmaterial (31) aufweist und, an einer Außenseite des Grundmaterials (31) , eine Kühl¬ struktur ( 34 ) .
6. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Kühlstruktur (34) ausgebildet ist, zur Kühlung der Wandung (30) für die additive Herstellung von einem Kühlfluid, beispielsweise Luft, Wasser oder Stickstoff, durch- oder angeströmt zu wer¬ den .
7. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (30) eine vertikale Begrenzung für das Ausgangsmaterial (1) bildet.
8. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (30) zumindest einen Teil einer Bau¬ plattform (35) für die additive Herstellung des Bauteils (10) bildet .
9. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Wärmequelle (20), welche ausgebildet ist, das Ausgangsmaterial (1) für die additive Herstellung des Bauteils (10) auf eine Temperatur von mindestens 600 °C zu erwärmen .
10. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Wärmequelle (20) eine Infrarotlampe, einen Laser und/oder ein induktives Heizsystem umfasst.
11. Anlage (200) umfassend die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausgebildet ist, Bautei¬ le (10) aus einer Superlegierung, beispielsweise einer ni- ckel- oder kobaltbasierten Superlegierung, additiv herzustellen .
12. Verfahren zum Betrieb einer Anlage (200) gemäß Anspruch
11, umfassend das Vorwärmen eines Ausgangsmaterials (1) für das Bauteil (10) auf eine Temperatur von mindestens 600 °C.
13. Bauteil (10) aus einer Superlegierung, welches mit dem
Verfahren gemäß Anspruch 12 hergestellt und/oder herstellbar ist .
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