EP3512651A1 - Verfahren zur additiven herstellung eines bauteils und computerlesbares medium - Google Patents

Verfahren zur additiven herstellung eines bauteils und computerlesbares medium

Info

Publication number
EP3512651A1
EP3512651A1 EP17794905.4A EP17794905A EP3512651A1 EP 3512651 A1 EP3512651 A1 EP 3512651A1 EP 17794905 A EP17794905 A EP 17794905A EP 3512651 A1 EP3512651 A1 EP 3512651A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
construction
geometry
platform
additive
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.)
Pending
Application number
EP17794905.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ole Geisen
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 EP3512651A1 publication Critical patent/EP3512651A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B22F10/47—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by structural features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/68—Cleaning or washing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/247—Removing material: carving, cleaning, grinding, hobbing, honing, lapping, polishing, milling, shaving, skiving, turning the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/15—Nickel or cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/009—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine components other than turbine blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/04—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine blades
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 process for additi ⁇ ven production of a component and a computer readable Medi ⁇ containing executable program instructions.
  • the method may be part of an additive production method or an auxiliary method or a prepared method for the additive production of the component .
  • additive manufacturing includes a powder bed process selective laser ⁇ melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM).
  • SLM powder bed process selective laser ⁇ melting
  • SLS laser sintering
  • EBM electron beam melting
  • the Laser Huawei ⁇ welding (LMD) belongs to the additive method.
  • Additive manufacturing processes (“additive manufacturing”) have proven to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree-designed components, for example labyrinth-like structures, cooling structures and / or lightweight structures chain of process steps advantageous because a manufacturing or production step ei ⁇ nes component can be carried out directly on the basis of a corresponding CAD file. Further, the additive manufacturing especially advantageous for the development or manufacture of prototypes, which for example for reasons of cost by means of conventional sub- tractive or machining process or casting technology can not or can not be efficiently produced.
  • a method for selective laser melting is known, for example, from EP 2 601 006 B1.
  • One aspect of the present invention relates to a method for additively manufacturing a component comprising He ⁇ grasp a component geometry of a first additive herzustel ⁇ lumbar region of the component. Alternatively - at the Production of a plurality of components - according to a plurality of component geometries are detected accordingly.
  • the method is preferably a powder bed-based method, preferably selective laser melting, selective laser sintering or electron beam melting. Common to the method mentioned is a single defined construction direction.
  • the first region preferably designates a region of the component of one or a few layers first constructed along the construction direction.
  • the first region may correspondingly designate a basic region of the component.
  • the method further comprises transmitting or transmitting a derived from the detected component geometry
  • Construction geometry in a processing area of a construction platform Construction geometry in a processing area of a construction platform.
  • the processing area is preferably an area of the platform, for example in the direction of the construction direction mentioned.
  • the processing area is preferably also an area in which the construction platform can be machined (machined) in a subsequent step.
  • the structure geometry is derived when Sprinttra ⁇ gene of the detected component geometry by changing the structure geometry is provided with a predetermined lateral or predetermined allowance.
  • the method further comprises the mechanical, in particular machining, machining, for example removal by milling, of the construction platform in the machining area or lateral sections thereof, such that the construction geometry is transferred into a structure of the construction platform; in such a way that a construction area for the construction ⁇ part is defined by the construction geometry .
  • the method further comprises the additive building of the component on the mounting surface. In this case, ⁇ build a subsequent heat treatment, for example to reduce mechanical stresses, which are generated during the construction of the additives include.
  • the advantage of the projection of the component geometry, at least in the lower part of the component and / or their transfer into the substrate allows, in cooperation with the mechanical loading work advantageously, instead of the expensive component materials, which moreover additively placed ⁇ builds in an expensive manner to be ( as described above) in order to carry out a separating cut for separating the component and / or a mechanical finishing in the material of the substrate or the structural panel form. Since the structure of the construction platform is present anyway and the material is moreover usually cheaper than the expensive materials to be built up additively, both the construction time for the entire assembly process can be effectively reduced and the "waste" of expensive base material for the processing area can be effectively avoided. As a further advantage, the material of the platform is often also easier to machine than the, in particular hardened, component materials, resulting in an advantage, at least for some separation processes.
  • the construction platform in particular due to the required heat treatment of the component alloys, anyway not or not always be used again, so that a mechanical Abtra ⁇ conditions of material from the building platform is acceptable or none Disadvantage means.
  • the detection of the component geometry and / or the transfer of the structural geometry computer Unters ⁇ tützt and / or carried out by a data processing program for example, a software.
  • the program and / or the software may be software of an op- a collection or scanning process, or design software.
  • design data such as CAD / CAM data
  • design data present frequently been divided into constituent layers within the additi ⁇ ven production before the actual construction process ( "slicing"
  • the projection of the derived build-up geometry by a data processing program or a software automatically or semiautomatically output to a tool for the subsequent mechanical processing of the build platform, for example, to a CNC milling machine or other appropriate tool.
  • the method described may be at least partially computer-implemented.
  • the mechanical processing is performed by milling or cutting.
  • the processing area represents an excess area on the surface of the construction platform, above or in which, after the construction of the component, a separation thereof, as well as a mechanical reworking for the component or the component can be performed.
  • an oversize material for the separation and the post-processing is already provided in the structure of the construction platform, and this is preferably detected and output automatically by a software or a machine control.
  • the method comprises separating the (built) component from the build platform in the processing area, in particular by at least one of the following methods: eroding, sawing, milling, grinding and knocking off.
  • a thickness of the processing area depends on a separation method (see above) for later separation of the component and automatically suggested a selection of values for the thickness. For example, the suggested values may then be selected by a user or an operator according to the specific requirements of the machining.
  • the thickness of the pillowsbe ⁇ Reich is preferably measured parallel to the assembly direction is between 3 and 10 mm, especially 5 mm. This embodiment normally allows sufficient scope to provide both a separating cut, as well as to perform a mechanical Nachbear ⁇ processing.
  • the additive structure is carried out by a powder bed-based method, in particular selective La ⁇ melt melt.
  • surface regions of the construction platform which have been exposed by the mechanical processing are coated with a powdery base material for the component without, as usual in conventional additive processes, the construction platform being lowered in layers.
  • the component is provided with a cavity during the additive construction.
  • the component is constructed in such a way that the cavity is opened only on one side facing the construction platform (in the interior).
  • the cavity is mechanically opened prior to later separation of the built-up component from the construction platform and before a heat treatment of the component, for example by drilling or sawing, that a pul ⁇ deformed base material for the component, which corresponds was accordingly turned ⁇ joined during the construction of the additive in the cavity can be removed by the build platform.
  • This embodiment permits, preferably before the heat treatment and prior to a separation step (separating the component of the build platform), to dispense with mechanical machining machining of the component ⁇ tung solid. Thereby can be prevented as ⁇ derum cracking in the component or even destruction, as it is most probably be charged for the additive built-up and a corresponding cooling strongly clamped or otherwise mechanically.
  • the reason why heat treatment is generally carried out before the component is separated is the stabilizing effect of the substrate plate.
  • The, preferably massive, substrate plate holds the built-up component.
  • the residual stresses that arise in the SLM process would lead to an irreversible deformation of the component shape during separation without a so-called “stress-relieving annealing", ie a stress-relieving heat treatment.
  • a mechanical processing of the usually softer substrate ⁇ or platform material is less risky.
  • the method presented laubt in the first place the distance-of powder from the described internal cavities of the component, 1/2 the risk of destruction by cracking ⁇ go without.
  • the construction platform comprises steel as the main component.
  • the component is produced from a superalloy and / or a nickel-based alloy.
  • the method comprises the parallel additive construction of a plurality of components, a plurality of component geometries being detected and correspondingly a plurality of derived assembly geometries being projected or transmitted into the processing region. Furthermore, the building platform according to the majority of
  • Another aspect of the present invention relates to a computer-readable medium comprising executable Programmanwei ⁇ solutions or commands which are suitable to cause a verar ⁇ beitungsenburg or a computer, the method described, but at least the detecting and transmitting described perform.
  • a further aspect of the present invention relates to a computer program product comprising executable program instructions or instructions which, when the program is executed by a computer or a data processing device, cause it to execute the described method, but at least the described capturing and transmission.
  • Embodiments, features and / or advantages relating in the present case to the method may also relate to the computer-readable medium or vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a component which is at least partly constructed on a construction platform.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of a dung OF INVENTION ⁇ according to a construction platform, at least partially constructed as ⁇ component.
  • Figure 3 shows a schematic plan view of a building panel ⁇ form, on which a plurality of components according to the invention has been at least partially constructed.
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram which indicates method steps of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a construction platform 1.
  • a component 10 is arranged on the construction platform 1.
  • the component 10 was at least partially built up on the construction platform 1 by means of an additive manufacturing method, preferably by means of a powder bed-based method, such as selective laser melting, or another method.
  • the component 10 is preferably intended for use in a turbomachine, preferably in the hot gas path of a gas turbine ⁇ bine.
  • the component is preferably made of a nickel-based or superalloy, in particular a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the alloy may be precipitation hardened or precipitation hardenable. Accordingly, a particular Basismateri al ⁇ be designed for the component 10 in powder form. The method described with reference to Figure 1 may be a method of the prior art.
  • the construction ⁇ part was composed of the individual layers 16 or layer by layer, or by layer-wise solidification of individual layers of applied powder.
  • the solidification takes place preference ⁇ a corresponding manner by a laser or electron beam, as described above.
  • the component 10 has a cavity 8 in the right section.
  • the cavity 8 is still filled with a powder-like base material 15 which has not been solidified in accordance with the geometry of the component.
  • the base material 15 for example by blowing, has subsequently been removed. Since the cavity 8 is only open to one side facing the build platform 1, or at least after separation there should have an opening, the powder 15 could not be removed from the cavity 8 who ⁇ .
  • the component 10 is shown in three lateral sections which are structurally unrelated. However, the component is preferably not shown completely assembled. Unlike shown, the component 10 can be constructed in the upper part such that the three sections of the building ⁇ part 10 are structurally combined.
  • the component further has a processing area 14.
  • the machining region 14 is a region of the component 10 which extends along a construction direction AR thereof.
  • the processing area 14 may be an oversize area.
  • the processing area 14 further comprises a post-processing area 12 and a separation area 13.
  • the component is preferably post-processed after separation from the build platform 1 by appropriate methods.
  • the post-processing can be a surface treatment or even further machining of the corresponding surface of the component.
  • a separating cut for separating the component 10 from the construction ⁇ platform 1 is recognized.
  • the component 10 can be separated from the build platform 1 by sawing, milling, grinding, eroding and / or subsequent knocking off.
  • the thickness D of the processing region 14 may, for example, be between 3 mm and 10 mm, in particular 5 mm, in order to offer sufficient clearance for the separating cut. With a nominal layer thickness of 40 ym, 125 coating and solidification processes would be required. With a duration of one minute per shift during additive production, this would take more than two hours to complete.
  • the whole processing section 14 has a base surface of the additive part 10 be constructed with construction ⁇ , although this is removed later, either by separating or reworking.
  • construction ⁇ are as usual layer thicknesses of default constructed by selec ⁇ tive laser melting components in the field see be- 20 ym and 40 ym, at least 150 layers of material must be solidified (without consideration of a welding shrinkage) complex of Pul ⁇ ver for a 5 mm thick editing area.
  • This complex material structure of material to be removed later is not only unfavorable due to time constraints. Characterized in that the component material often ⁇ is particularly strong and resilient times, a separating or reworking of material in the processing region 14 is further complicated by the material properties.
  • FIG. 2 shows, in contrast to FIG. 1, a situation in which a component 10 has been constructed without "wasting" valuable materials and assembly times, wherein a processing region 4 is already provided in the structure of the platform 1.
  • first egg ⁇ ne component geometry in particular a geometry of the component along the first to be solidified layer or a first additive manufactured region detected (see
  • the first additive manufactured region may for example, also only the first to be solidified Mate ⁇ rial für call for the component.
  • Design software or a corresponding computer implementation of the described method in a plant hardware for example, the manufacturing process can be prepared, ie comprising the orientation of the construction ⁇ parts and their positioning on the build platform .
  • This range is now data purposes, preferably automatically transmitted via a software or a data processing program on a derived structure geometry 7 to a machining ⁇ processing section of the build platform 1 or projected (see steps b) in Figure 4).
  • the projection of the build-up geometry 7 can also be output automatically by a data processing program to a tool for a subsequent mechanical processing step for the build platform 1.
  • the method then comprises the mechanical processing (cf. method steps c) in FIG. 4), in particular machining of the build platform 1 in lateral areas of the build platform into which the component geometry was not transferred.
  • the said coating can be performed from above, that is for example by filling powder of an above the build platform arranged powder reservoir, or by a standard coater, during which the build platform 1 is preferably not lowered because the on ⁇ structural geometry 7 (as described above) already exists.
  • the first 5 mm (with a corresponding thickness of the machining area 4 corresponding to the first layer of the component to be produced in an additive manner is transmitted as a desired geometry to the build platform 1.
  • the result is a build-up geometry 7 in the build platform
  • the processing area 4 initially comprises a housing along a construction direction AR
  • a post-processing area 2 in which a separation and / or a (me- chanical) post-processing of the construction platform 1 for the component 10 can be subsequently performed.
  • the method further comprises the additive construction of the component on the mounting surface AF (cf.
  • the component 10 was also constructed with a cavity 8, which should have an opening only downwards, ie on a side facing the build platform 1 side.
  • FIG. 2 preferably corresponds to a point in time in the method according to the invention between steps d) and e) or dd) and e) (compare FIG. 4), ie before a subsequent separating step in which component 10 of FIG the substrate plate or construction platform 1 ge ⁇ separates (see above and process step e) in Figure 4).
  • a further process step (see method ⁇ step ddd) in Figure 4) include, in which the building platform 1, including the processing region 4 and a part of the component 10 from below, ie through the Construction platform mechanically opened, for example, was drilled or milled to remove the powder or base material 15 from the cavity 8.
  • Figure 3 shows a schematic plan view of the build platform 1. It is shown in particular that a plurality of construction parts ⁇ 10a, 10b and 10c are arranged on the building platform 1 and constructed.
  • 3 illustrates (this is aspect is not Darge ⁇ represents in Figure 2), that a structure geometry (see reference numeral 7a, 7b and 7c) differ from the component geometry, insbeson ⁇ particular may be derived therefrom.
  • This preferably means that the structural geometries 7a, 7b, 7c can differ from those of the actual component geometries by an additional oversize.
  • the excess is preferably called depending ⁇ wells taken into consideration in the mechanical processing of the build platform 1, to compensate, for example, possible positional deviations in the exposure or solidification during construction of the component or to provide a tolerance.
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram of the method steps of the method according to the invention. Dashed lines are not mandatory procedural steps indicated.
  • the frame around method steps a) and b) indicates schematically that these method steps can be performed automatically or semi-automatically by data processing device 50 (see above).
  • 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 combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils (10, 10a, 10b, 10c), umfassend das Erfassen einer Bauteilgeometrie eines ersten additiv herzustellenden Bereichs des Bauteils, das Übertragen einer von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleiteten Aufbaugeometrie (7, 7a, 7b, 7c) in einen Bearbeitungsbereich (4) einer Bauplattform (1), das mechanische Bearbeiten der Bauplattform (1) in dem Bearbeitungsbereich (4) derart, dass die Aufbaugeometrie (7) in die Struktur der Bauplattform (1) übertragen wird, sodass durch die Aufbaugeometrie (7) eine Aufbaufläche (AF) für das Bauteil (10) definiert wird, und das additive Aufbauen des Bauteils (10) auf der Aufbaufläche (AF). Es wird weiterhin ein computerlesbares Medium angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils und computerlesbares Medium
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additi¬ ven Herstellung eines Bauteils und ein computerlesbares Medi¬ um, enthaltend ausführbare Programmanweisungen. Bei dem Verfahren kann es sich um einen Teil eines additiven Herstel- lungsverfahrens handeln oder um ein Hilfsverfahren oder vorbereitetes Verfahren für die additive Herstellung des Bau¬ teils.
Generative oder additive Herstellungsverfahren umfassen bei- spielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laser¬ schmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Ebenso gehört das Laserauftrag¬ schweißen (LMD) zu den additiven Verfahren. Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufactu- ring") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Ferti- gung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt ei¬ nes Bauteils direkt auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann. Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen mittels konventioneller sub- traktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können.
Trotz der zunehmenden industriellen Bedeutung der additiven Fertigung bestehen Schwierigkeiten bei der Prozessökonomie, insbesondere der Aufbauzeiten . Dies gilt insbesondere für den Bereich hochtemperaturbelasteter Bauteile.
Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielswei- se bekannt aus EP 2 601 006 Bl .
Fertigungsbedingt ist man weiterhin an den additiven Aufbau eines gewissen Übermaßbereichs als Unterstützung oder Sub¬ strat für das eigentliche Bauteil gebunden, um für das späte- re Ablösen und/oder Nachbearbeiten des aufgebauten Bauteils Spielraum einerseits zum Abtrennen (vom Substrat) und ande¬ rerseits für eine mechanische Nachbearbeitung, welche bei fi¬ ligranen hochkomplexen Teilen üblicherweise immer erforderlich ist, zu haben. Der Aufbau eines massiven „Supports" oder Übermaßbereichs erfordert jedoch, dadurch dass dieser häufig vollflächig auf die Bauplattform oder den entsprechenden vorgesehenen Bereich, beispielsweise 5 mm, desselben aufgebaut werden muss, besonders viel Zeit und auch Kosten. Dies bedeu¬ tet insbesondere hohe Kosten, wenn die genannten Bauteile aus Hochleistungsmaterialien gefertigt sind. Insbesondere die
Kosten für Nickelbasis- und/oder Superlegierungen sind hoch.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen die genannten Nachteile überwunden werden können. Insbesondere wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem der additive Aufbau der genannten „Supports" zumin¬ dest teil- oder bereichsweise umgangen oder eingeschränkt werden und so in erheblicher Weise Kosten und Aufbauzeit eingespart werden kann.
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 ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils, umfassend das Er¬ fassen einer Bauteilgeometrie eines ersten additiv herzustel¬ lenden Bereichs des Bauteils. Alternativ dazu kann - bei der Herstellung einer Mehrzahl von Bauteilen - entsprechend auch eine Mehrzahl von Bauteilgeometrieen erfasst werden.
Das Verfahren ist vorzugsweise ein pulverbett-basiertes Ver- fahren, vorzugsweise selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern oder Elektronenstrahlschmelzen. Den genannten Verfahren gemein ist eine einzige definierte Aufbaurichtung .
Der erste Bereich bezeichnet vorzugsweise einen Bereich des Bauteils von einer oder wenigen zuerst aufgebauten Schichten entlang der Aufbaurichtung . Der erste Bereich kann entsprechend einen Grundbereich des Bauteils bezeichnen.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Übertragen oder Übertra- gen einer von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleiteten
Aufbaugeometrie in einen Bearbeitungsbereich einer Bauplattform.
Der Bearbeitungsbereich ist vorzugsweise ein Bereich der Bau- plattform, beispielweise in Richtung der genannten Aufbaurichtung. Der Bearbeitungsbereich ist vorzugsweise weiterhin ein Bereich in dem die Bauplattform in einem nachfolgenden Schritt mechanisch (spanend) bearbeitet werden kann. In einer Ausgestaltung wird die Aufbaugeometrie beim Übertra¬ gen von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleitet, indem die Aufbaugeometrie mit einem vorbestimmten oder vorbestimmten lateralen Aufmaß versehen wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das mechanische, insbesondere spanende, Bearbeiten, beispielsweise Abtragen durch Fräsen, der Bauplattform in dem Bearbeitungsbereich oder lateralen Abschnitten desselben, derart, dass die Aufbaugeometrie in eine Struktur der Bauplattform übertragen wird; und zwar so, dass durch die Aufbaugeometrie eine Aufbaufläche für das Bau¬ teil definiert wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das additive Aufbauen des Bauteils auf der Aufbaufläche. Dabei kann das additive Auf¬ bauen eine nachfolgende Wärmebehandlung, beispielsweise zum Abbau von mechanischen Spannungen, welche während des Aufbaus generiert wurden, umfassen.
Der Vorteil der Projektion der Bauteilgeometrie, zumindest im unteren Teil des Bauteils und/oder deren Übertragung in das Substrat, erlaubt im Zusammenwirken mit dem mechanischen Be- arbeiten vorteilhafterweise, statt den teuren Bauteilwerkstoffen, welche überdies auf aufwendige Weise additiv aufge¬ baut werden müssen (wie oben beschrieben) , um einen Trennschnitt zum Abtrennen des Bauteils und/oder eine mechanische Nachbearbeitung im Material des Substrats oder der Bauplatt- form vorzunehmen. Da die Struktur der Bauplattform ohnehin vorhanden ist und das Material überdies meistens günstiger ist als die teuren additiv aufzubauenden Werkstoffe, kann effektiv sowohl die Aufbauzeit für den ganzen Aufbauvorgang entscheidend reduziert als auch die „Verschwendung" von teu- rem Basismaterial für den Bearbeitungsbereich vermieden werden. Als weiterer Vorteil ist der Werkstoff der Plattform häufig ebenfalls leichter mechanisch bearbeitbar als die, insbesondere gehärteten Bauteilmaterialien. Zumindest für einige Trennverfahren ergibt sich hierdurch ein Vorteil.
Insbesondere bei komplizierten und teuren Werkstoffen, beispielsweise für den Heißgasbereich von Gasturbinen, kann die Bauplattform, insbesondere aufgrund der erforderlichen Wärmebehandlung der Bauteillegierungen, ohnehin nicht oder nicht immer wieder verwendet werden, sodass ein mechanisches Abtra¬ gen von Material von der Bauplattform hinnehmbar ist oder keinen Nachteil bedeutet.
In einer Ausgestaltung wird das Erfassen der Bauteilgeometrie und/oder das Übertragen der Aufbaugeometrie rechnerunters¬ tützt und/oder durch ein Datenverarbeitungsprogramm, beispielsweise eine Software durchgeführt. Bei dem Programm und/oder der Software kann es sich um eine Software eines op- tischen Erfassungs- oder Scanverfahrens handeln, oder um eine Konstruktionssoftware. Dabei kann auf Konstruktionsdaten (beispielsweise CAD/CAM Daten), welche im Rahmen der additi¬ ven Fertigung häufig vor dem eigentlichen Bauprozess bereits in Aufbauschichten aufgeteilt („slicing") vorliegen, zurückgegriffen werden.
In einer Ausgestaltung wird die Projektion der abgeleiteten Aufbaugeometrie durch ein Datenverarbeitungsprogramm oder ei- ne Software automatisch oder semiautomatisch an ein Werkzeug für das anschließende mechanische Bearbeiten der Bauplattform ausgegeben, beispielsweise an eine CNC-Fräse oder ein anderes entsprechendes Werkzeug. Dementsprechend kann das beschriebene Verfahren zumindest teilweise computerimplementiert sein.
In einer Ausgestaltung wird das mechanische Bearbeiten durch Fräsen oder Schneiden durchgeführt.
In einer Ausgestaltung stellt der Bearbeitungsbereich einen Übermaßbereich an der Oberfläche der Bauplattform dar, über oder in welchem nach dem Aufbau des Bauteils eine Trennung desselben, als auch eine mechanische Nacharbeit für das Bau- teil oder des Bauteils durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten wird ein Übermaßmaterial für die Trennung und die Nachbearbeitung bereits in der Struktur der Bauplattform vorgesehen, und dies vorzugsweise automatisch durch eine Soft¬ ware oder eine Maschinensteuerung erfasst und ausgegeben.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren - nach dem additiven Aufbau - das Abtrennen des (aufgebauten) Bauteils von der Bauplattform in dem Bearbeitungsbereich, insbesondere durch mindestens eines der folgenden Verfahren: Erodieren, Sägen, Fräsen, Schleifen und Abschlagen.
In einer Ausgestaltung wird bei dem Übertragen, eine Dicke des Bearbeitungsbereichs abhängig von einem Trennverfahren (siehe oben) zum späteren Abtrennen des Bauteils gewählt und für die Dicke automatisch eine Auswahl von Werten vorgeschlagen. Die vorgeschlagenen Werte können beispielsweise anschließend von einem Anwender oder einer Bedienperson ent- sprechend der spezifischen Anforderungen der Bearbeitung ausgewählt werden.
In einer Ausgestaltung beträgt die Dicke des Bearbeitungsbe¬ reichs, vorzugsweise parallel zu der Aufbaurichtung gemessen, zwischen 3 und 10 mm, insbesondere 5 mm. Diese Ausgestaltung ermöglicht normalerweise genügend Spielraum, um sowohl einen Trennschnitt vorzusehen, als auch eine mechanische Nachbear¬ beitung durchführen zu können. In einer Ausgestaltung erfolgt der additive Aufbau durch ein pulverbett-basiertes Verfahren, insbesondere selektives La¬ serschmelzen .
In einer Ausgestaltung werden Oberflächenbereiche der Bau- plattform, welche durch das mechanische Bearbeiten freigelegt wurden, mit einem pulverförmigen Basismaterial für das Bauteil beschichtet ohne dass, wie bei konventionellen additiven Verfahren üblich, die Bauplattform schichtweise abgesenkt wird .
In einer Ausgestaltung wird das Bauteil während des additiven Aufbaus mit einem Hohlraum versehen.
In einer Ausgestaltung wird das Bauteil derart aufgebaut, dass der Hohlraum lediglich an einer der Bauplattform zugewandten Seite (im Innenraum) geöffnet ist.
In einer Ausgestaltung wird der Hohlraum vor einem späteren Abtrennen des aufgebauten Bauteils von der Bauplattform und vor einer Wärmebehandlung des Bauteils derart mechanisch geöffnet, beispielsweise durch Bohren oder Sägen, dass ein pul¬ verförmiges Basismaterial für das Bauteil, welches entspre- chend während des additiven Aufbaus in dem Hohlraum einge¬ schlossen wurde, durch die Bauplattform entfernt werden kann.
Diese Ausgestaltung erlaubt, vorzugsweise vor der Wärmebe- handlung und vor einem Trennschritt (Abtrennen des Bauteils von der Bauplattform) , auf eine mechanische spanende Bearbei¬ tung des Bauteilfestkörpers zu verzichten. Dadurch kann wie¬ derum einer Rissbildung im Bauteil oder sogar einer Zerstörung vorgebeugt werden, da diese nach dem additiven Aufbau und einem entsprechenden Abkühlen höchstwahrscheinlich stark verspannt oder anderweitig mechanisch belastet ist.
Der Grund, weshalb man generell vor der Trennung des Bauteils wärmebehandelt, ist die stabilisierende Wirkung der Substrat- platte. Die, vorzugsweise massive, Substratplatte hält das aufgebaute Bauteil. Die Eigenspannungen, die im SLM-Prozess entstehen, würden beim Trennen ohne ein sogenanntes „Spannungsarmglühen", also einer spannungsrelaxierenden Wärmebehandlung, zu einer irreversiblen Verformung der Bauteilform führen.
Eine mechanische Bearbeitung des meistens weicheren Substrat¬ oder Plattformmaterials ist dabei weniger riskant. Somit er¬ laubt das vorgestellte Verfahren überhaupt erst die Entfer- nung von Pulver aus den beschriebenen inneren Hohlräumen des Bauteils, ohne das Risiko einer Zerstörung durch Risse einzu¬ gehen .
Bei einer Wärmebehandlung würden sich zwar die während des Aufbaus entstandenen Spannungen wieder abbauen, jedoch würde dann auch das Pulver sintern, wodurch es womöglich auch nicht mehr aus dem Hohlraum entfernt werden kann.
In einer Ausgestaltung umfasst die Bauplattform als Hauptbe- standteil Stahl.
In einer Ausgestaltung wird das Bauteil aus einer Superlegie- rung und oder einer Nickelbasislegierung hergestellt. In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren den parallelen additiven Aufbau einer Mehrzahl von Bauteilen, wobei eine Mehrzahl von Bauteilgeometrieen erfasst und entsprechend eine Mehrzahl von abgeleiteten Aufbaugeometrieen in den Bearbeitungsbereich projiziert oder übertragen werden. Weiterhin wird die Bauplattform gemäß der Mehrzahl der
Aufbaugeometrieen mechanisch bearbeitet und die Mehrzahl der Bauteile auf den entsprechenden Aufbauflächen additiv aufgebaut (wie oben anhand eines Bauteils beschrieben) .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, umfassend ausführbare Programmanwei¬ sungen oder Befehle, welche geeignet sind, eine Datenverar¬ beitungseinrichtung oder einen Computer zu veranlassen, das beschriebene Verfahren, mindestens jedoch das beschriebene Erfassen und Übertragen, durchzuführen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt umfassend ausführbare Programmanwei¬ sungen oder Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer oder eine Datenverarbeitungseinrichtung diesen bzw. diese veranlassen, das beschriebene Verfahren, mindestens jedoch das beschriebene Erfassen und Übertragen, aus zuführen .
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren beziehen, können ferner das computerlesbare Medium betreffen oder umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines auf einer Bauplattform zumindest teilweise aufgebauten Bauteils . Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfin¬ dungsgemäß auf einer Bauplattform zumindest teil¬ weise aufgebauten Bauteils. Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Bauplatt¬ form, auf der eine Mehrzahl von Bauteilen erfindungsgemäß zumindest teilweise aufgebaut wurde.
Figur 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, welches Ver- fahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens andeutet .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei- chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Figur 1 zeigt eine Bauplattform 1. Auf der Bauplattform 1 ist ein Bauteil 10 angeordnet. Das Bauteil 10 wurde mittels eines additiven Herstellungsverfahrens zumindest teilweise auf der Bauplattform 1 aufgebaut vorzugsweise mittels eines pulver- bettbasierten Verfahrens, wie selektivem Laserschmelzen, oder einem anderen Verfahren.
Das Bauteil 10 ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gastur¬ bine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Nickelbasis- oder Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein. Dement- sprechend kann ein, insbesondere pulverförmiges , Basismateri¬ al für das Bauteil 10 beschaffen sein. Das anhand von Figur 1 beschriebene Verfahren kann ein Verfahren des Standes der Technik sein.
Anhand der gestrichelten horizontalen Linien im oberen Be- reich des Bauteils 10 soll angedeutet werden, dass das Bau¬ teil aus einzelnen Schichten 16 oder schichtweise, bzw. durch schichtweise Verfestigung einzelner aufgetragener Pulverschichten aufgebaut wurde. Der Verfestigung erfolgt vorzugs¬ weise entsprechend durch einen Laser- oder Elektronenstrahl, wie oben beschrieben.
Das Bauteil 10 weist in dem rechten Abschnitt einen Hohlraum 8 auf. Der Hohlraum 8 ist beispielweise noch mit einem pul- verförmigen Basismaterial 15, welches gemäß der Geometrie des Bauteils nicht verfestigt wurde, gefüllt. In den Bereichen 20 ist das Basismaterial 15, beispielsweise durch Ausblasen, nachträglich entfernt worden. Da der Hohlraum 8 lediglich zu einer der Bauplattform 1 zugewandten Seite geöffnet ist oder zumindest nach dem Trennen dort eine Öffnung haben soll, konnte das Pulver 15 nicht aus dem Hohlraum 8 entfernt wer¬ den .
Das Bauteil 10 ist in drei lateralen Abschnitten dargestellt, welche strukturell nicht zusammenhängen. Das Bauteil ist je- doch vorzugsweise nicht vollständig aufgebaut dargestellt. Anders als dargestellt, kann das Bauteil 10 im oberen Teil derart aufgebaut werden, dass die drei Abschnitte des Bau¬ teils 10 strukturell zusammengeführt werden. Das Bauteil weist weiterhin einen Bearbeitungsbereich 14 auf. Der Bear- beitungsbereich 14 ist ein Bereich des Bauteils 10, welcher sich entlang einer Aufbaurichtung AR desselben erstreckt.
Der Bearbeitungsbereich 14 kann ein Übermaßbereich sein. Der Bearbeitungsbereich 14 umfasst weiterhin einen Nachbearbei- tungsbereich 12 und einen Trennbereich 13. In dem Nachbearbeitungsbereich 12 wird das Bauteil vorzugsweise nach dem Trennen von der Bauplattform 1 durch zweckmäßige Verfahren nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung kann eine Oberflächenbe- handlung oder sogar eine weitere spanende Bearbeitung der entsprechenden Oberfläche des Bauteils bezeichnen.
In dem Trennbereich 13 wird im Gegensatz dazu vorzugsweise ein Trennschnitt zum Abtrennen des Bauteils 10 von der Bau¬ plattform 1 angesetzt. Insbesondere kann das Bauteil 10 durch Sägen, Fräsen, Schleifen, Erodieren und/oder ein anschließendes Abschlagen von der Bauplattform 1 getrennt werden. Die Dicke D des Bearbeitungsbereichs 14 kann beispielsweise zwischen 3 mm und 10 mm, insbesondere 5 mm betragen, um genügend Spielraum für den Trennschnitt anzubieten. Bei einer nominellen Schichtdicke von 40 ym, wären also 125 Beschich- tungs- und Verfestigungsvorgänge erforderlich. Bei einer Dau- er von einer Minute pro Schicht während der additiven Herstellung würde dies einen Zeitaufwand von über zwei Stunden bedeuten .
Gemäß dem anhand von Figur 1 beschriebenen Verfahren muss der ganze Bearbeitungsbereich 14 für eine Grundfläche des Bau¬ teils 10 additiv mit aufgebaut werden, obwohl dieser später entweder durch Trennen oder Nachbearbeiten wieder entfernt wird. Da übliche Schichtdicken von standardmäßig durch selek¬ tives Laserschmelzen aufgebauten Bauteilen im Bereich zwi- sehen 20 ym und 40 ym liegen, müssen für einen 5 mm dicken Bearbeitungsbereich mindestens 150 Materialschichten (ohne Berücksichtigung eines Schweißschrumpfes) aufwendig aus Pul¬ ver verfestigt werden. Dieser aufwändige Materialaufbau von später wieder zu entfernendem Material ist nicht nur aus Zeitgründen ungünstig. Dadurch, dass das Bauteilmaterial oft¬ mals besonders fest und belastbar ist, wird ein Abtrennen oder auch ein Nachbearbeiten von Material in dem Bearbeitungsbereich 14 weiterhin durch die Materialeigenschaften erschwert .
Eine erfindungsgemäße Lösung des Problems ist anhand der fol¬ genden Figuren beschrieben. Insbesondere zeigt Figur 2 im Gegensatz zur Figur 1 eine Situation, in der ein Bauteil 10, ohne wertvolle Materialien und Aufbauzeiten zu „verschwenden", aufgebaut wurde, wobei ein Bearbeitungsbereich 4 bereits in der Struktur der Bau- plattform 1 vorgesehen ist.
Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens wird also zunächst ei¬ ne Bauteilgeometrie, insbesondere eine Geometrie des Bauteils entlang der ersten zu verfestigenden Schicht oder eines ers- ten additiv herzustellenden Bereichs, erfasst (vergleiche
Verfahrensschritte a) in Figur 4) . Dies kann durch ein opti¬ sches Scan-Verfahren und/oder softwaretechnisch umgesetzt werden, wobei auch einfach CAD-Daten (Computer-Aided-Design) und/oder CAM-Daten (Computer-Aided-Manufacturing) herangezo- gen werden können. Der erste additiv herzustellende Bereich kann beispielsweise auch nur die erste zu verfestigende Mate¬ rialschicht für das Bauteil bezeichnen.
Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen, die gesamte Funktionalität des beschriebenen in eine entspre¬ chende Steuerungssoftware für eine entsprechende Herstel¬ lungsanlage einzubinden. In der Steuerungs- und/oder
Konstruktionsssoftware oder einer entsprechenden Computerimplementierung des beschriebenen Verfahrens in eine Anlagen- hardware kann beispielsweise auch der Herstellungsprozess vorbereitet werden, d.h. umfassend die Orientierung der Bau¬ teile und deren Positionierung auf der Bauplattform.
Dieser Bereich wird nun datentechnisch, vorzugsweise automa- tisch über eine Software oder ein Datenverarbeitungsprogramm über eine abgeleitete Aufbaugeometrie 7 auf einen Bearbei¬ tungsbereich der Bauplattform 1 übertragen oder projiziert (vergleiche Verfahrensschritte b) in Figur 4) . Die Projektion der Aufbaugeometrie 7 kann auch durch ein Datenverarbeitungsprogramm automatisch an ein Werkzeug für einen nachfolgenden mechanischen Bearbeitungsschritt für die Bauplattform 1 ausgegeben werden. Das Verfahren umfasst anschließend das mechanische Bearbeiten (vergleiche Verfahrensschritte c) in Figur 4), insbesondere spanende Bearbeiten der Bauplattform 1 in lateralen Bereichen der Bauplattform in die die Bauteilgeometrie nicht übertragen wurde. Dadurch werden in dem Bearbeitungsbereich 4 Oberflächenbereiche 5 der Bauplattform 1 freigelegt, welche für den additiven Aufbau des Bauteils, insbesondere vor dem Verfesti¬ gen der ersten Bauteilschicht mit dem Basismaterial 15 befüllt oder beschichtet werden müssen (die Situation ist in Figur 2 nicht explizit dargestellt) .
Die genannte Beschichtung kann jedoch von oben, das heißt beispielsweise durch Einfüllen von Pulver aus einem oberhalb der Bauplattform angeordneten Pulverreservoir oder aber durch einen standardmäßigen Beschichter erfolgen, währenddessen die Bauplattform 1 vorzugsweise nicht abgesenkt wird, da die Auf¬ baugeometrie 7 (wie oben beschrieben) bereits besteht. Mit anderen Worten werden beispielsweise die ersten 5 mm (bei entsprechender Dicke des Bearbeitungsbereichs 4 entsprechend der ersten additiv herzustellenden Schicht des Bauteils als Sollgeometrie auf die Bauplattform 1 übertragen. Das Resultat ist eine Aufbaugeometrie 7 in der Bauplattform
1, welche eine Aufbaufläche AF als Herstellungsfläche für das nachfolgend additiv aufzubauende Bauteil 10 bereitstellt. Da¬ bei kann jedoch mit Vorteil - im Gegensatz zur Situation der Figur 1 - das Substratmaterial zum Bereitstellen des Bearbei- tungsbereichs genutzt werden. Dementsprechend ist die Struk¬ tur des Bauteils 10 unmittelbar auf der Plattformstruktur des Bearbeitungsbereichs 4 in Figur 2 dargestellt.
Analog zur Beschreibung der Figur 1 umfasst der Bearbeitungs- bereich 4 entlang einer Aufbaurichtung AR zunächst einen
Trennbereich 3 und oberhalb von diesem, einen Nachbearbeitungsbereich 2, in welchem eine Trennung und/oder eine (me- chanische) Nachbearbeitung der Bauplattform 1 für das Bauteil 10 nachträglich durchgeführt werden kann.
Entsprechend umfasst das Verfahren weiterhin das additive Aufbauen des Bauteils auf der Aufbaufläche AF (vergleiche
Verfahrensschritte d) in Figur 4) . Dies kann auch eine Wärme¬ behandlung (vergleiche Verfahrensschritte dd) in Figur 4) um¬ fassen, welche insbesondere bei der Bearbeitung von Bauteilen aus Superlegierungen unvermeidlich ist, um die während des Aufbaus entstandenen Spannungen, welche durch die hohen Beteiligten Temperaturen und Temperaturgradienten entstehen, abzubauen .
Wie in Figur 1 gezeigt, wurde das Bauteil 10 ebenfalls mit einem Hohlraum 8 aufgebaut, welcher lediglich nach unten, also an einer zur Bauplattform 1 gewandten Seite, eine Öffnung aufweisen soll.
Die in Figur 2 gezeigte Situation entspricht vorzugsweise ei- nem Zeitpunkt in dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen den Schritten d) und e) bzw. dd) und e) (vergleiche Figur 4), d.h. vor einem sich anschließenden Trennschritt, in dem das Bauteil 10 von der Substratplatte oder Bauplattform 1 ge¬ trennt wird (siehe oben sowie Verfahrensschritt e) in Figur 4) .
Das beschriebene Verfahren kann, wie in Figur 2 angedeutet, einen weiteren Verfahrensschritt (vergleiche Verfahrens¬ schritt ddd) in Figur 4) umfassen, in dem die Bauplattform 1 einschließlich des Bearbeitungsbereichs 4 als auch ein Teil des Bauteils 10, von unten, d.h. durch die Bauplattform mechanisch geöffnet, beispielsweise gebohrt oder gefräst wurde, um das Pulver oder Basismaterial 15 aus dem Hohlraum 8 zu entfernen. Wie oben beschrieben, ist dies durch das erfin- dungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise möglich, ohne dass das Material des Bauteils 10 selbst einer mechanischen Bear¬ beitung unterzogen werden muss. Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Bauplattform 1. Es ist insbesondere gezeigt, dass eine Mehrzahl von Bau¬ teilen 10a, 10b und 10c auf der Bauplattform 1 angeordnet und aufgebaut sind. Diese können abweichend von den gezeigten Geometrien jede andere Form oder Kontur haben. Figur 3 verdeutlicht (dieser ist Aspekt ist in Figur 2 nicht darge¬ stellt) , dass eine Aufbaugeometrie (vergleiche Bezugszeichen 7a, 7b und 7c) von der Bauteilgeometrie abweichen, insbeson¬ dere davon abgeleitet sein kann. Dies bedeutet vorzugsweise, dass sich die Aufbaugeometrieen 7a, 7b, 7c von denen der eigentlichen Bauteilgeometrieen um ein zusätzliches Übermaß unterscheiden kann. Das genannte Übermaß wird vorzugsweise je¬ weils bei der mechanischen Bearbeitung der Bauplattform 1 berücksichtigt, beispielsweise um mögliche Lageabweichungen bei der Belichtung oder Verfestigung während des Aufbaus des Bauteils auszugleichen oder eine Toleranz zu bieten.
In Figur 4 ein schematisches Flussdiagramm der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gestrichelt sind nicht obligatorische Verfahrensschritte angedeutet. Der Rah¬ men um die Verfahrensschritte a) und b) deutet schematisch an, dass diese Verfahrensschritte durch Datenverarbeitungs¬ einrichtung 50 automatisch oder semi-automatisch durchgeführt werden können (vergleiche oben) .
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 Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils (10, 10a, 10b, 10c) umfassend die folgenden Schritte:
- a) Erfassen einer Bauteilgeometrie eines ersten additiv herzustellenden Bereichs des Bauteils (10),
- b) Übertragen einer von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleiteten Aufbaugeometrie (7, 7a, 7b, 7c) in einen Bearbeitungsbereich (4) einer Bauplattform (1),
- c) mechanisches Bearbeiten der Bauplattform (1) in dem Bearbeitungsbereich (4) derart, dass die Aufbaugeometrie (7) in die Struktur der Bauplattform (1) übertragen wird, sodass durch die Aufbaugeometrie (7) eine Aufbaufläche (AF) für das Bauteil (10) definiert wird, und
- d) additives Aufbauen des Bauteils (10) auf der Aufbauflä¬ che (AF) .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das Erfassen der Bauteilgeometrie und/oder das Übertragen der Aufbaugeometrie (7) rechnerunterstützt oder durch ein Datenverarbeitungsprogramm durchgeführt werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Projektion der Aufbaugeometrie (7), durch ein Datenverarbeitungsprogramm automatisch an ein Werkzeug für das mechanische Bearbeiten der Bauplattform (1) ausgegeben wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsbereich (4) einen Übermaßbereich an der Oberfläche der Bauplattform (1) darstellt, über welchen nach dem Aufbau eine Trennung des Bauteils (10) als auch eine me¬ chanische Nacharbeit für das Bauteil (10) durchgeführt werden kann .
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufbaugeometrie (7) beim Übertragen von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleitet wird, in dem die Aufbaugeometrie mit einem vorbestimmten lateralen Aufmaß (7a, 7b, 7c) versehen wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, um- fassend - nach dem additiven Aufbauen - das Abtrennen e) des Bauteils (10) von der Bauplattform (1) in dem Bearbeitungsbe¬ reich, insbesondere durch mindestens eines der folgenden Ver¬ fahren: Erodieren, Sägen, Fräsen, Schleifen und Abschlagen.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Übertragen, eine Dicke (D) des Bearbeitungsbe¬ reichs (4) abhängig von einem Trennverfahren zum späteren Abtrennen des Bauteils (10) gewählt wird und für die Dicke (D) automatisch eine Auswahl von Werten vorgeschlagen wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke (D) des Bearbeitungsbereichs (4) zwischen 3 und 10 mm, insbesondere 5 mm beträgt.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der additive Aufbau durch ein pulverbett-basiertes Ver¬ fahren erfolgt.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei Oberflächenbereiche (5) der Bauplattform (1), welche durch das mechanische Bear¬ beiten freigelegt wurden, mit einem pulverförmigen Basismaterial (15) für das Bauteil (10) beschichtet werden, ohne dass die Bauplattform (1) abgesenkt wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Bauteil (10) während des additiven Aufbaus mit einem Hohlraum (8) versehen wird, welcher lediglich an einer der Bauplattform zugewandten Seite geöffnet ist, und wobei der Hohlraum (8) über die Bauplattform (1) vor einem späteren Abtrennen des aufgebauten Bauteils (10) von der Bauplattform (1) und vor einer Wärmebehandlung (dd) des Bauteils (10) derart mecha¬ nisch geöffnet wird, dass ein pulverförmiges Basismaterial (15) für das Bauteil (10), welches entsprechend während des additiven Aufbaus dem Hohlraum (8) des Bauteils (10) einge¬ schlossen wurde, durch die Bauplattform (1) entfernt werden kann .
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei die Bauplattform (1) Stahl als Hauptbestandteil umfasst und wobei das Bauteil (10) aus einem hochtemperaturbeständi- gen Material, insbesondere ein :r Superlegierung und/oder einer Nickelbasislegierung, herg nteilt wird.
13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den parallelen additiven Aufbau einer Mehrzahl von Bauteilen (10a, 10b, 10c), wobei eine Mehrzahl von Bauteil¬ geometrien der Bauteile erfasst und entsprechend eine Mehr¬ zahl von abgeleiteten Aufbaugeometrien (7a, 7b, 7c) in den Bearbeitungsbereich übertragen werden, wobei die Bauplattform gemäß der Mehrzahl der Aufbaugeometrien mechanisch bearbeitet und die Mehrzahl der Bauteile auf den entsprechenden Aufbauflächen additiv aufgebaut wird.
14. Computerlesbares Medium, umfassend ausführbare Programm¬ anweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungs¬ einrichtung (50) die folgenden Schritte durchführen zu lassen :
- Erfassen einer Bauteilgeometrie eines ersten additiv herzu¬ stellenden Bereichs des Bauteils (10) und
- Übertragen einer von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleiteten Aufbaugeometrie (7) in einen Bearbeitungsbereich einer Bauplattform (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche .
15. Computerprogrammprodukt umfassend ausführbare Programm¬ anweisungen, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinrichtung (50) diese veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, mindestens je¬ doch das Erfassen und Übertragen, auszuführen.
EP17794905.4A 2016-11-16 2017-10-18 Verfahren zur additiven herstellung eines bauteils und computerlesbares medium Pending EP3512651A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016222555.3A DE102016222555A1 (de) 2016-11-16 2016-11-16 Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils und computerlesbares Medium
PCT/EP2017/076538 WO2018091216A1 (de) 2016-11-16 2017-10-18 Verfahren zur additiven herstellung eines bauteils und computerlesbares medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3512651A1 true EP3512651A1 (de) 2019-07-24

Family

ID=60269799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17794905.4A Pending EP3512651A1 (de) 2016-11-16 2017-10-18 Verfahren zur additiven herstellung eines bauteils und computerlesbares medium

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190321886A1 (de)
EP (1) EP3512651A1 (de)
CN (1) CN109996627B (de)
DE (1) DE102016222555A1 (de)
WO (1) WO2018091216A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3081375B1 (fr) * 2018-05-25 2021-12-24 Addup Methode de preparation de la surface superieure d'un plateau de fabrication additive par depot de lit de poudre
EP3782802B1 (de) * 2019-08-19 2022-01-05 DENTSPLY SIRONA Inc. Auferlegung von qualitätsanforderungen für 3d-modelle mit stützstrukturen

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4927992A (en) * 1987-03-04 1990-05-22 Westinghouse Electric Corp. Energy beam casting of metal articles
DE19511772C2 (de) * 1995-03-30 1997-09-04 Eos Electro Optical Syst Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes
JP3446733B2 (ja) * 2000-10-05 2003-09-16 松下電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法及びその装置
JP2003305778A (ja) * 2003-03-31 2003-10-28 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物の製造方法
DE10315563A1 (de) * 2003-04-05 2004-10-28 Bego Medical Ag Verfahren zur Herstellung von Implantataufbauten für Dentalimplantate sowie Implantataufbau für Dentalimplantat
DE102008031925B4 (de) * 2008-07-08 2018-01-18 Bego Medical Gmbh Duales Herstellungsverfahren für Kleinserienprodukte
EP2415552A1 (de) 2010-08-05 2012-02-08 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch selektives Laserschmelzen
US20130101746A1 (en) * 2011-10-21 2013-04-25 John J. Keremes Additive manufacturing management of large part build mass
GB2500412A (en) * 2012-03-21 2013-09-25 Eads Uk Ltd Build Plate for an additive manufacturing process
DE102012011217A1 (de) * 2012-06-06 2013-12-12 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen
DE102012106141B4 (de) * 2012-07-09 2018-04-26 Exone Gmbh Verfahren und vorrichtung zum entpacken eines bauteils
DE102013221385A1 (de) * 2013-10-22 2015-04-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines geometrisch dreidimensional strukturierten Werkstücks und Werkstück
GB201322647D0 (en) * 2013-12-20 2014-02-05 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
SG11201609612YA (en) * 2014-05-16 2016-12-29 Nanosteel Co Inc Layered construction of metallic materials
US20160074940A1 (en) * 2014-09-11 2016-03-17 Pratt & Whitney Canada Corp. Method of cleaning a part
DE102014219656A1 (de) * 2014-09-29 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von Komponenten für Gasturbinen, sowie deren Produkte
CN104493163B (zh) * 2014-12-30 2017-05-31 无锡银邦防务科技有限公司 一种便于清粉处理的注塑模具整体模仁的3d打印加工方法
CN205128922U (zh) * 2015-11-20 2016-04-06 北京易加三维科技有限公司 用于激光选区烧结设备的快速取样基板
GB201608637D0 (en) * 2016-05-17 2016-06-29 Rolls Royce Plc Additive layer manufacturing base plate

Also Published As

Publication number Publication date
CN109996627A (zh) 2019-07-09
DE102016222555A1 (de) 2018-05-17
WO2018091216A1 (de) 2018-05-24
CN109996627B (zh) 2022-08-19
US20190321886A1 (en) 2019-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008031925B4 (de) Duales Herstellungsverfahren für Kleinserienprodukte
EP3183083B1 (de) Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP1620225B1 (de) Verfahren zur reparatur und/oder modifikation von bauteilen einer gasturbine
WO2019179690A1 (de) Verfahren zum selektiven bestrahlen einer materialschicht, verfahren zum bereitstellen eines datensatzes, vorrichtung und computerprogramprodukt
EP3423218B1 (de) Verfahren zur modularen additiven herstellung eines bauteils und bauteil
EP3807030B1 (de) Bestrahlungsverfahren für die additive herstellung mit vorbestimmter trajektorie
EP3621758B1 (de) Verfahren für ein additiv herzustellendes bauteil mit vorbestimmter oberflächenstruktur
DE102016224060A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils mit Stützstruktur und reduzierter Energiedichte
EP3338918A1 (de) Schichtbauvorrichtung und schichtbauverfahren zum additiven herstellen zumindest eines bauteilbereichs eines bauteils
DE102017210909A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils mittels Hilfsstruktur
WO2017194274A1 (de) Vorrichtung mit schleuse für die additive herstellung
DE102017201084A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung und Beschichtungsvorrichtung
EP3658315A1 (de) Verfahren zum bestrahlen einer pulverschicht in der additiven herstellung mit kontinuierlich definierten herstellungsparametern
EP3512651A1 (de) Verfahren zur additiven herstellung eines bauteils und computerlesbares medium
DE102016211068A1 (de) Verfahren zum Herstellen mindestens eines Bauteils
WO2018091217A1 (de) Verfahren zur additiven herstellung mit selektivem entfernen von basismaterial
WO2020001849A1 (de) Verfahren zur additiven herstellung einer struktur mit kühlmittelführung, bauteil und vorrichtung
EP3616806B1 (de) Verfahren zur herstellung eines modellformkernrohlings, eines modellformkerns und einer feingussform sowie ein giessverfahren zur herstellung eines gussteils mit einer hohlraumstruktur
WO2017194275A1 (de) Bauplattform für die additive herstellung und verfahren
DE102019209020A1 (de) Stützstruktur, Computerprogrammprodukt und Verfahren zum Entfernen der Stützstruktur
DE102020215305A1 (de) Schichtbauverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190418

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20210422

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS