EP3558567A1 - Verfahren zur schichtweisen fertigung eines bauteils aus pulverförmigem werkstoff - Google Patents

Verfahren zur schichtweisen fertigung eines bauteils aus pulverförmigem werkstoff

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EP3558567A1
EP3558567A1 EP17804575.3A EP17804575A EP3558567A1 EP 3558567 A1 EP3558567 A1 EP 3558567A1 EP 17804575 A EP17804575 A EP 17804575A EP 3558567 A1 EP3558567 A1 EP 3558567A1
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EP
European Patent Office
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component
cross
areas
insert elements
cavities
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17804575.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maria Zivcec
Robert Spring
Roland Schneider
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.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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

Definitions

  • the present invention relates to a method for the layered production of a component made of powdery material according to the preamble of claim 1.
  • Abrasive machining tools such as drill bits, saw blades, cutting wheels or grinding wheels, comprise machining segments which are fastened to a tubular or disk-shaped base body.
  • the machining segments are referred to as drilling segments, saw segments, separating segments or abrasive segments and summarized under the term "machining segments".
  • the machining segments are made of powdery material and cutting elements in the form of hard particles.
  • machining segments with randomly distributed hard material particles and machining segments with defined hard material particles.
  • the powdery material and the hard particles are mixed and filled into a suitable mold and first formed by cold pressing into a green compact.
  • the green body In processing segments with defined arranged hard material particles, the green body is built up layer by layer of powdery material, in which the hard material particles are placed at defined positions. In the case of randomly distributed hard material particles and defined arranged hard material particles, the green compacts are compacted by hot pressing and / or sintering into usable processing segments.
  • Machining segments with randomly distributed hard material particles have several disadvantages: Since the hard material particles are also on the surface of the green compacts, the tool molds required for cold-pressing the green compacts are subject to high wear. In addition, the distribution of the hard material particles in the green body does not correspond to the application-optimal distribution.
  • the disadvantages of machining segments with randomly distributed hard material particles mean that, despite high-quality machining tools the higher costs are mainly used machining segments with defined arranged hard particles.
  • EP 0 452 618 A1 describes a known method for the layered production of a green compact of powdered material with hard material particles, which are arranged at defined positions in the powdery material.
  • the known method is based on three-dimensional data of the green body and has the following method steps:
  • the green compact is divided into N, N> 2 successive cylindrical cross-sectional areas in an assembly direction, each cross-sectional area being formed from a two-dimensional cross-sectional area perpendicular to the construction direction and a layer thickness parallel to the construction direction,
  • N On a build-up plane, which is arranged perpendicular to the mounting direction, N, N> 2 powder layers of the powdery material are applied and
  • the hard material particles are arranged at the defined positions in the powdery material.
  • the hard material particles are picked up by means of a suction plate and positioned over the layer structure.
  • the suction force By reducing the suction force or by a short burst of compressed air, the hard particles are released from the suction plate and placed in the upper powder layer of the layer structure.
  • the blast of compressed air may only be so great that the pulp-shaped material is not displaced and the hard material particles are arranged at the intended defined positions of the distribution.
  • Another disadvantage is that the hard material particles are arranged only loosely on or in the upper powder layer.
  • ⁇ the component> 2 consecutive cylindrical cross-sectional areas is divided into a build direction in N, N, where each cross-sectional region is formed from a two-dimensional cross-sectional area perpendicular to the assembly direction and a thickness parallel to the assembly direction, ⁇ on a plane perpendicular to the building structure towards a first powder layer of the powdery material is applied,
  • the object of the present invention is to improve the integration of inserts into components manufactured in layers.
  • the integration of the insert elements should be largely automated during the layered production of the component and the insert elements are to be integrated with high accuracy in the component.
  • This object is achieved according to the invention in the method for the layered production of a component of powdery material according to the invention by the features of independent claim 1.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims.
  • the method for the layered production of a component made of powdery material according to the invention is characterized in that during the layered production of the component loose powder particles, which are arranged within a cross-sectional area or within a plurality of successive cross-sectional areas in the construction direction, at least partially removed from the component.
  • the removal of loose powder particles from the component can be done for example by suction or blowing. Because loose powder particles are at least partially removed from the component during the layered production of the component, cavities or support structures can be produced in the component, into which insert elements can be inserted. The insert elements are integrated into the component during the layered production of the component.
  • Components which are produced in layers by means of the method according to the invention consist of several successive cylindrical cross-sectional areas with a two-dimensional cross-sectional area perpendicular to the construction direction and a layer thickness parallel to the construction direction, wherein the cross-sectional areas are formed as a straight cylinder with an arbitrary cross-sectional area.
  • the outer surface of the cylindrical cross-sectional areas separates the area "within the component” from the area "outside of the component” from.
  • Loose powder particles, which are arranged during the layered production of the component within the outer lateral surface of a cross-sectional area or within the outer lateral surfaces of a plurality of cross-sectional areas, are at least partially removed from the component during the layered production.
  • powdery materials which are also referred to as material powders.
  • material powders include all materials that are solid in the initial state and consist of loose, ie not connected, powder particles. Powdered materials may consist of a material powder or be composed as a mixture of different material powders.
  • setting areas for insert elements are defined in the component, and loose powder particles of the powdery material surrounding the setting areas are connected to one another.
  • the powder particles of the powdery material, which surround the setting areas, are connected to one another and delimit the setting areas for the insert elements from the rest of the component.
  • setting volumes are defined for the insert elements, which, like the component, are broken down into a setting region or into a plurality of successive setting regions.
  • the settling volumes are delimited from the surrounding component by cavities or closed supporting structures.
  • the interconnected powder particles of the powdery material form cavities or closed support structures and allow at least a partial removal of the powdery material.
  • the cavities or closed support structures reduce the risk that the insert elements are displaced when applying a further powder particles of the powdery material and make it possible to integrate the insert elements with high accuracy in the component.
  • insert elements summarizes all elements that can be integrated into a component. These include, inter alia, cutting elements, sensor elements, material fillings and placeholder elements.
  • cutting elements summarizes all cutting tools for abrasive machining tools. These include above all individual hard material particles (particles of hard materials), composite parts of several hard material particles and coated or encapsulated hard material particles. Hard materials are characterized by a special hardness. Hard materials can be subdivided into natural and synthetic hard materials and metallic and non-metallic hard materials.
  • the natural hard materials include, among others, natural diamonds, corundum and other hard minerals and the synthetic hard materials include, among others, synthetic di- amides, high-melting carbides, borides, nitrides and silicides.
  • the metallic hard materials include, among others, the refractory carbides, borides, nitrides and silicides of the transition metals of the fourth to sixth group of the periodic table and the non-metallic hard materials include diamond, corundum, other hard minerals, silicon carbide and boron carbide.
  • cavities for the insert elements are built up in layers in the component, and the insert elements are arranged within the cavities during the layered production.
  • the insert elements are placed in the cavities, which prevent the insert elements from being displaced when applying a further powder layer of the pulverulent material, so that the defined positions of the insert elements can be maintained with high accuracy during the layer construction.
  • the cross-sectional areas of the component that comprise the setting areas it is particularly preferable to define material areas in addition to the setting areas and for the cross-sectional areas of the component that do not include setting areas, material areas are defined, with the loose powder particles of the pulverulent material being connected to one another in the material areas and the material areas bound the cavities for the insert elements. Due to the fact that the powder particles of the pulverulent material are connected to one another in the material regions, the setting regions for the insert elements are limited by the cylindrical lateral surfaces of the material regions and the loose powder particles in the setting regions can be removed from the component. The cylindrical lateral surfaces of the material regions form the cavities and surround the setting regions for the insert elements. In each cavity of the component, which has the required operating height, at least one insert element is arranged. In this case, an insert element, a plurality of identical insert elements or different insert elements can be arranged in a cavity.
  • the construction of cavities in the context of the first variant of the method has the advantage that the powder particles of the powdery material outside the cavities are connected to each other and thus accidental removal of powdered material from the material areas is not possible.
  • the complete connection of the powder particles in the material areas requires a high manufacturing outlay and increases the proportion of unwanted additional components, for example in the form of an adhesive or binder, in the component.
  • Undesirable additional components in a component formed as a green component must be removed by hot pressing and / or sintering in a subsequent compacting process. If the additional components can not be completely removed, the quality of the compacted component may suffer.
  • loose powder particles of the pulverulent material are at least partially removed from a cavity when the cavity has an insertion height required for arranging the insert elements.
  • the required operating height of the cavities depends, among other things, on the type and size of the insert elements.
  • the required application height of the cavities for identical insert elements within the component may differ and depend on the spatial placement of the insert elements in the component.
  • each cavity, which has the required deployment height at least one insert element is arranged. In this case, an insert element, a plurality of identical insert elements or different insert elements can be arranged in a cavity.
  • the cavity can be filled with a special material or an adhesive.
  • a special material lends itself when the layered component for densification is subjected to subsequent processing by hot pressing and / or sintering and the insert elements are damaged during hot pressing and / or sintering by the powdery material.
  • the use of an adhesive is useful when insert elements have an orientation and should be arranged in the correct orientation in the cavity.
  • closed support structures for the insert elements are built up in layers in the component and the insert elements are arranged within the support structures during the layered production.
  • a support structure is referred to as closed when the support structure in the construction plane of the component has a closed circumference and the setting area is completely surrounded by the support structure.
  • the insert elements are placed in the support structures, which prevent the insert elements from being displaced when applying a further powder layer of the powdery material, so that the defined positions of the insert elements can be maintained with high accuracy during the layer construction.
  • the construction of closed support structures in the context of the second variant of the method has the advantage over the first variant of the method that the manufacturing effort when creating the support structures and the proportion of unwanted additional components, for example in the form of an adhesive or binder, is reduced compared to cavities in material areas ,
  • the cross-sectional areas of the component which include the setting areas, defined support rings, wherein the support rings surround the setting areas.
  • the support rings form the closed support structures for the insert elements, wherein the support structures of a support ring or more consecutive in the body direction
  • Support rings are formed.
  • cross-sectional shapes for the support rings are all closed cross-sectional shapes, wherein the cross-sectional shape is particularly adapted to the geometry of the insert elements.
  • the cross-sectional areas of the component comprise at least one outer cylindrical lateral surface, which is also referred to as outer lateral surface.
  • the cross-sectional areas additionally comprise one or more inner cylindrical lateral surfaces, which are also referred to as inner circumferential surfaces.
  • inner circumferential surfaces For the outer and inner circumferential surfaces of the component boundary rings are defined, wherein the boundary rings of the outer circumferential surfaces are referred to as outer boundary rings or outer rings and the boundary rings of the inner circumferential surfaces as inner boundary rings or inner rings.
  • boundary ring encompasses both “outer boundary rings” and “inner boundary rings”.
  • the outer boundary rings have outer geometries that correspond to the outer circumferential surfaces of the cross-sectional areas, and the inner boundary rings have internal geometries corresponding to the inner circumferential surfaces of the cross-sectional areas.
  • loose powder particles of the powdery material are at least partially removed from a support structure when the support structure has a deployment height required for arranging the insert elements.
  • the required application height of the support structures depends, among other things, on the type and size of the insert elements.
  • the required deployment height of the support structures may be different for the same insert elements within the component and depend on the spatial placement of the insert elements in the component.
  • each support structure, which has the required deployment height at least one insert element is arranged. In this case, an insert element, a plurality of identical insert elements or different insert elements can be arranged in a support structure.
  • the support structure can be filled with a special material or an adhesive.
  • a special material lends itself when the layered component for densification is subjected to subsequent processing by hot pressing and / or sintering and the insert elements are damaged during hot pressing and / or sintering by the powdery material.
  • the use of an adhesive is useful when insert elements have an orientation and should be arranged in the correct orientation in the support structure. embodiments
  • FIG. 1 a first component, which with the aid of the method according to the invention for
  • layered production is made of five in a construction direction superimposed cylindrical cross-sectional areas
  • FIGS. 2A-E illustrate the five cross-sectional areas of the first component of FIG. 1, which consists of a two-dimensional cross-sectional area perpendicular to the body direction and a
  • FIGS. 3A, B show first and second cross sections through the first component of FIG. 1 parallel to the mounting direction along the cutting planes A-A in the FIGN. 2A-E (FIG 3A) and along the cutting planes B-B in the FIGN. 2A-E (FIG. 3B);
  • FIGS. 4A-T show the sequential method steps of the method according to the invention for the layered production of the first component of FIG. 1 with defined arranged hard material particles;
  • FIGS. FIGS. 5A-E show five cylindrical cross-sectional areas of a second component which is built up on a substrate by means of the method according to the invention for producing a component in layers;
  • FIGS. 6A, B show a first and second cross section through the second component parallel to
  • FIG.6A Assembly direction along the cutting planes AA in the figures. 5A-E (FIG.6A) and along the cutting planes BB in the FIGs. 5A-E (FIG.6B); and FIGS. 7A-M, the successive process steps of the method according to the invention for the layered production of the second component with defined arranged hard material particles.
  • FIG. 1 shows a component 10 embodied as a cuboid, which is produced by means of the method according to the invention for the layered production of a component made of pulverulent material with defined insert elements and is referred to below as the first component 10.
  • the first component 10 is produced in a layer structure of five superimposed cylindrical cross-sectional areas 11, 12, 13, 14, 15, which are stacked on one another in a construction direction 16.
  • FIG. 2A shows the first cross-sectional area 11, FIG. 2B, the second cross-sectional area 12, FIG. 2C, the third cross-sectional area 13, FIG. 2D shows the fourth cross-sectional area 14 and FIG. 2E, the fifth cross-sectional area 15.
  • Each cross-sectional area 11 -15 of the first component 10 comprises one or more material areas made of powdered material and may have one or more seating areas.
  • the setting areas form cavities for insert elements which are to be arranged in the first component 10.
  • the cavities can consist of a setting region or a plurality of successive setting regions 16 in the construction direction.
  • the material areas of the i-th cross-sectional area become the ith material areas and the setting areas of the i-th
  • the first cross-sectional area 1 1 comprises a first material area 17, the second cross-sectional area 12 comprises a second material area 18 and five second setting areas 19, the third cross-sectional area 13 comprises a third material area 21 and nine third setting areas 22, the fourth cross-sectional area 14 comprises a fourth material area 23 and four fourth setting regions 24 and the fifth cross-sectional region 15 include a fifth material region 25.
  • FIGS. 3A, B show first and second cross sections through the first component 10 of FIG. 1 parallel to the mounting direction 16 along the cutting planes AA in the figures. 2A-E (FIG 3A) and along the sectional planes BB in the figures. 2A-E (FIG. 3B).
  • the five transverse Sectional areas 1 1 -15 of the first component 10 are arranged one above the other in the construction direction 16.
  • FIG. 3A shows two first cavities 26 and a second cavity 27
  • FIG. 3B shows a first cavity 26 and two second cavities 27.
  • the first and second cavities 26, 27 have the same cross-sectional shape and the same insertion height.
  • the first cavities 26 may have a first cross-sectional shape and a first insert height
  • the second cavities 27 may have a second cross-sectional shape and a second insert height, which are different from each other.
  • Different cross-sectional shapes and / or different insert heights for the first and second cavities are useful when different first and second insert elements are arranged in the first and second cavities.
  • FIGS. 4A-T show the successive process steps of the method according to the invention for the layered production of the first component 10 of FIG. 1 of pulverulent material 41 with defined arranged insert elements 42.
  • the first component 10 is formed as a green compact and is compressed in a subsequent compression process, for example by hot pressing and / or sintering to a machining segment for an abrasive machining tool.
  • the first component 10 is produced from the powdery material 41 and insert elements in the form of cutting elements, which are formed as individual hard material particles 42.
  • the hard material particles 42 originate from a mixture of hard material particles which are characterized by a minimum diameter D min and a maximum diameter D max , wherein 95% of the hard material particles are larger than the minimum diameter D min and smaller than the maximum diameter D max .
  • the first component 10 is produced in layers by means of a device which comprises a height-adjustable construction plane 43, a powder feed and a print head. With the aid of the powder feed, a first powder layer 44 of the powdery material 41 having the first layer thickness di is applied (FIG. 4A). In the first material region 17, the print head applies a first adhesive layer, which connects the loose powder particles of the first powder layer 44 in the first material region 17 (FIG. 4B).
  • the assembly plane 43 is offset in an adjustment direction 45 parallel to the construction direction 16 by the second layer thickness d 2 . 4C) and a second powder layer 46 of the powdery material 41 is applied by means of the powder feed (FIG. 4D).
  • the print head applies a second adhesive layer which connects the loose powder particles of the second powder layer 46 in the second material region 18, the powder particles not being connected in the second set regions 19 (FIG. 4E).
  • the build-up plane 43 is lowered in the adjustment direction 45 by the third layer thickness d 3 (FIG. 4F), and a third powder layer 47 of the powdery material 41 is applied by means of the powder feed (FIG. 4G).
  • the print head applies a third adhesive layer in the third material region 21, which connects the loose powder particles of the third powder layer 47 in the third material region 21, wherein the powder particles are not connected in the third setting regions 22 (FIG. 4H).
  • the application height of the first cavities 26 is achieved after the application of the third powder and adhesive layers and the hard material particles 42 can be arranged in the first cavities 26.
  • the deployment height of the first cavities 26 is referred to below as the first deployment height hi.
  • the first application height h- ⁇ is greater than the maximum diameter D max of the hard material particles 42.
  • a first application height h-1 which is greater than the maximum diameter D max of the hard material particles 42, has the advantage that the placed hard material particles 42 are arranged almost completely in the first cavities 26 and the risk that hard material particles 42 are displaced when applying a further powder layer is greatly reduced.
  • the hard material particles 42 may be surrounded by a special material that is different from the powdery material 41.
  • the hard material particles 42 can be protected from damage by chemical reactions with the powdery material 41 in a subsequent compacting process, for example by hot pressing or sintering.
  • special materials for hard material particles 42 in the form of diamond particles are, for example, cobalt powder or bronze powder.
  • the hard material particles 42 are surrounded by a special material 48.
  • the loose powder particles of the powdery material 41 in the region of the first cavities 26 are extracted by means of a suction device 49 (FIG. 41).
  • a first template 50A is placed on the layer structure, which releases the first cavities 26, and the loose powder particles of the powdery material 41 are removed from the first cavities 26, for example by suction.
  • the first cavities 26 are partially filled with the special material 48 (FIG. 4J)
  • the hard material particles 42 are placed in the first cavities 26 (FIG. 4K) and the first cavities 26 are then completely filled with the special material 48 filled (FIG 4L).
  • This variant has the advantage that the hard material particles 42 are completely surrounded by the special material 48 and the Danger that the hard material particles 42 are damaged during hot pressing and / or sintering by a chemical compound with the powdery material 41, is reduced as much as possible.
  • the layer structure of the first component 10 is continued.
  • the build-up plane 43 is lowered in the adjustment direction 45 by the fourth layer thickness d 4, and a fourth powder layer 51 of the powdery material 41 is applied by means of the powder feed (FIG. 4M).
  • the print head applies a fourth adhesive layer in the fourth material region 23, which connects the loose powder particles of the fourth powder layer 51 in the fourth material region 23, wherein the powder particles are not connected in the fourth set regions 24 (FIG. 4N).
  • the insert height of the second cavities 27 is reached after the application of the fourth powder and adhesive layer and the cutting elements 42 can be arranged in the second cavities 27.
  • the deployment height of the second cavities 27 is referred to below as the second deployment height h 2 , wherein the second deployment height h 2 is greater than the maximum diameter D max of the hard material particles 42.
  • the hard material particles 42 of the second cavities 27 are embedded in the special material 48 like the hard material particles 42 of the first cavities 26.
  • the filling of the second cavities 27 with the hard material particles 42 and the special material 48 can analogously to that in FIGS. 4J, K, L, two partial filling processes of the first cavities 26 take place, in which a first part of the special material 48 is filled prior to arranging the hard material particles 42 and a second part of the special material 48 after arranging the hard material particles 42.
  • the two-part filling process of the first and second cavities 26, 27 with the special material 48 can be simplified.
  • the alternative provides that the hard material particles 42 are placed in the cavities 26, 27 after the suction of the loose powder particles and the cavities 26, 27 are filled with the special material 48 after arranging the hard material particles 42.
  • the example of the second cavities 27 describes the alternative, which is referred to as a one-piece filling method.
  • the one-piece or two-part filling process for the special material 48 is generally used.
  • the one-piece filling method is described using the example of the second cavities 27, but can also be used when filling the first cavities 26 with special material 48.
  • an adhesive 52 may be used that fixes the hard material particles 42.
  • the use of the adhesive 52 has the advantage that the orientations and positions of the hard material particles 42 are not changed when applying a further material layer or a special material.
  • the properties of the adhesive 52 used are adapted to the powdery material 41, the hard material particles 42 and / or the special material 48.
  • the second cavities 27 are filled with the adhesive 52, the hard material particles 42 are placed in the adhesive 52 (FIG.
  • the layer structure of the first component 10 is continued.
  • the build-up plane 43 is lowered in the adjustment direction 45 by the fifth layer thickness d 5 (FIG. 4R), and a fifth powder layer 53 of the powdery material 41 is applied to the build-up plane 43 by means of the powder feed (FIG.
  • the print head applies a fifth adhesive layer which connects the loose powder particles of the fifth powder layer 53 in the fifth material region 25 (FIG. 4T).
  • the layer structure of the first component 10 is completed.
  • the first component 10 is compressed in a subsequent compression process, for example by hot pressing and / or sintering, to form a machining segment for an abrasive machining tool.
  • the first component 10 is produced in layers from five material regions 17, 18, 21, 23, 25 with the same powdery material 41.
  • the material regions of the first component 10 may be made of different powdered materials 41.
  • a first pulverulent material can be used for the first material region and a second pulverulent material for the further material regions, the properties of the first pulverulent material with regard to the connection of the machining segments with the main body and the Properties of the second powdery material with respect to the mechanical connection of the cutting elements 42 are selected.
  • a weldable first powdered material is selected.
  • the insert elements 42 are embedded in the special material 48, wherein the filling of the first and second cavities 26, 27 takes place in a one-part or two-part filling process.
  • the insert elements 42 need not be embedded in the special material 48.
  • the insert elements 42 in the first and second cavities 26, 27 can be placed in the powdery material 41, wherein the pulverulent material 41 is only partially removed from the first and second cavities 26, 27 in this case.
  • the use of a special material 48 lends itself when the first component 10 for compaction is subjected to a subsequent processing by hot pressing and / or sintering and the insert elements 42 are damaged during hot pressing and / or sintering by the powdery material 41 used.
  • the special material 48 is selected so that it forms a chemical bond with the powdery material 41 and mechanically bonds the insert elements 42.
  • FIGS. 5A-E show a further component 60 which is formed as a cuboid and is constructed in a build-up direction 66 with the aid of the method according to the invention for the layered production of a component comprising five superimposed cylindrical cross-sectional areas 61, 62, 63, 64, 65.
  • FIG. 5A the first cross-sectional area 61
  • FIG. 5B shows the second cross-sectional area 62
  • FIG. 5C shows the third cross-sectional area 63
  • FIG. 5D illustrates the fourth cross-sectional area 64 and FIG. 5E the fifth cross-sectional area 65.
  • the component 60 is produced from a pulverulent material 67 and insert elements in the form of cutting elements, which are formed as individual hard material particles 42, and is referred to below as the second component 60.
  • the insert elements 42 are arranged at defined positions in the second component 60, wherein the distribution of the insert elements 42 for the first and second component 10, 60 match.
  • the first cross-sectional area 1 1 forms the underside of the first component 10
  • the second component 60 is constructed on a substrate 68 as a base.
  • the substrate 68 is, for example, a thin metal plate, which is connected in a subsequent machining process with the main body of an abrasive machining tool.
  • the first cross-sectional region 61 comprises a first outer ring 69 with a first outer circumferential surface 70 and first support rings 71, which surround the first setting regions 72.
  • the second cross-sectional region 62 comprises a second outer ring 73 with a second outer circumferential surface 74 and second support rings 75 surrounding the second setting regions 76.
  • the third cross Section 63 includes a third outer ring 77 with a third outer circumferential surface 78 and third support rings 79, the third set areas 80 surrounded.
  • the fourth cross-sectional area 64 comprises a fourth outer ring 81 with a fourth outer circumferential surface 82 and fourth support rings 83, which surround fourth setting areas 84.
  • the fifth cross-sectional area 65 includes a fifth outer ring 85 with a fifth outer circumferential surface 86.
  • the outer rings 69, 73, 77, 81, 85 of the cross-sectional areas 61 - 65 are constructed in the form of a rectangular cylinder and delimit the second component 60 from the surrounding powdery material 67.
  • the setting areas 72, 76, 80, 84 are square and surrounded by square support rings 71, 75, 79, 83.
  • the closed square support rings 71, 75, 79, 83 other closed cross-sectional shapes may be used for the support rings.
  • FIGS. 6A, B show first and second cross sections through the second component 60 parallel to the assembly direction 66 along the cutting planes A-A in the FIGS. 5A-E (FIG.6A) and along the cutting planes B-B in the FIGs. 5A-E (FIG.6B).
  • the five cross-sectional areas 61 - 65 of the second component 60 are arranged one above the other in the direction of construction 66.
  • an outer geometry is generated which prevents the escape of powdery material 67 from the second component 60.
  • the outer geometry of the second component 60 is formed by the substrate 68 and the outer rings 69, 73, 77, 81, 85.
  • the substrate 68 is connected to the first outer ring 69
  • the first outer ring 69 is connected to the second outer ring 73
  • the second outer ring 73 is connected to the third outer ring 77
  • the third outer ring 77 is connected to the fourth outer ring 81
  • the fourth outer ring 81 is connected to the fifth outer ring 85.
  • the second component 60 has five first support structures 87 and four second support structures 88.
  • the first support structures 87 are constructed by the first, second and third support rings 71, 75, 79 and have a first insertion height hi.
  • the second support structures 88 are constructed by the first, second, third and fourth support rings 71, 75, 79, 83 and have a second insertion height h 2 .
  • the first and second support structures 87, 88 are connected to the substrate 68 and thereby securely fixed in the second component 60.
  • the first support rings 71 are connected to the substrate 68
  • the second support rings 75 are connected to the first support rings 71
  • the third support rings 79 are connected to the second support rings 75.
  • the first support rings 71 are connected to the substrate 68, the second support rings 75 are connected to the first support rings 71, the third support rings 71 are connected to the first support rings 71. Rings 79 are connected to the second support rings 75 and the fourth support rings 83 are connected to the third support rings 79.
  • FIGS. 7A-M show the successive process steps of the method according to the invention for the layered production of the second component 60 made of powdered material 67 with defined arranged insert elements, which are designed as individual hard material particles 42.
  • the second component 60 is compacted in a subsequent compacting process, for example by hot pressing and / or sintering to form a machining segment for an abrasive machining tool.
  • the second component 60 is produced in layers by means of a device which comprises a build-up plane 91, a powder feed and a print head. With the aid of the powder feed, a first powder layer 92 of the powdery material 67 with the first layer thickness di is applied (FIG. 7A). The print head applies adhesive in the area of the first outer ring 69 and the first support rings 71, which connects the loose powder particles of the powdered material 67 to the first outer ring 69 and the first support rings 71 (FIG. 7B).
  • a second powder layer 93 of the powdery material 67 with the second layer thickness d 2 is applied (FIG. 7C).
  • the print head applies adhesive in the area of the second outer ring 73 and the second support rings 75, which connects the loose powder particles of the powdery material 67 to the second outer ring 73 and the second support rings 75 (FIG. 7D).
  • a third powder layer 94 of the powdery material 67 having the third layer thickness d 3 is applied (FIG. 7E).
  • the print head applies adhesive in the region of the third outer ring 77 and the third support rings 79, which connects loose powder particles of the powdery material 67 to the third outer ring 77 and the third support rings 79 (FIG.
  • the first application height h-1 of the first support structures 87 is achieved after the third cross-sectional area 63 has been finished, and the hard material particles 42 can be arranged in the first support structures 87.
  • the loose powder particles of the pulverulent material 67 in the region of the first support structures 87 are extracted by means of the suction device 49 (FIG. 7G).
  • a first template 95A is placed on the layer structure which releases the first support structures 87, and the loose powder particles of the powdery material 67 are removed from the first support structures 87 by means of the suction device 49. About the suction of the suction device 49, the suction height can be adjusted.
  • the first support structures 87 are filled with the special material 48, the hard material particles 42 are arranged inside the first support structures 87 and a fourth powder layer 96 of the powdered material 67 with the fourth layer thickness d 4 is applied by means of the powder feed (FIG. 7H).
  • the print head applies adhesive in the area of the fourth outer ring 81 and the fourth support rings 83, which connects loose powder particles of the powdered material 67 to the fourth outer ring 81 and the fourth support rings 83 (FIG. 71).
  • the second application height h 2 of the second support structures 88 is achieved after the fourth cross-sectional area 64 has been finished, and the hard material particles 42 can be arranged in the second support structures 88.
  • the loose powder particles of the pulverulent material 67 in the region of the second support structures 88 are extracted by means of the suction device 49 (FIG. 7J).
  • a second template 95B is placed on the layer structure, which releases the second support structures 88, and the loose powder particles of the powdery material 67 are partially removed from the second support structures 88 by means of the suction device 49.
  • the suction height can be adjusted.
  • the powdery material 67 is sucked off over half the second application height h 2 and about 50% of the powdery material 67 remain in the second support structures 88.
  • FIG. 7K shows the second component 60 produced in layers from the powdery material 67 with a plurality of defined insert elements 42.
  • the second component 60 is produced in layers from the five powder layers 92, 93, 94, 96, 97 with the same powdery material 67.
  • the five powder layers 92, 93, 94, 96, 97 of the second member 60 may be made of different powdered materials 67.
  • a first powdery material can be used for the first powder layer 92 and a second powdered material for the further powder layers 93, 94, 96, 97
  • the properties of the first powdery material Material with regard to the connection of the processing segments with the main body and the properties of the second powdered Stoffs with regard to the mechanical connection of the insert elements 42 are selected.
  • a weldable first powdered material is selected.
  • the outer geometry of the second component 60 is designed to be open at the top in the fifth cross-sectional area 65, so that the second component 60 must be transported upright for a subsequent compacting process.
  • the fifth cross-sectional area 65 may alternatively form a cover element which is connected to the fourth outer ring 81.
  • the print head in the fifth cross-sectional area 65 carries an adhesive layer which connects the loose powder particles of the powdery material 67 to the cover element.
  • the first and second support structures 87, 88 have closed cross-sectional shapes, but are open at the bottom. In order to prevent the suction device 49 from sucking off too much pulverulent material 67 from the first and second support structures 87, 88, the suction force of the suction device 49 is adjusted accordingly.
  • the first and second support structures 87, 88 may have on their underside a bottom surface which defines the first and second support structures 87, 88 from the surrounding powdery material 67.

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Abstract

Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils (10) aus pulverförmigemWerkstoff mit losen Pulverpartikeln basierend auf dreidimensionalen Daten des Bauteils (10), mit den Verfahrensschritten: • das Bauteil (10) wird in einer Aufbaurichtung (16) in N, N ≥ 2 aufeinanderfolgende zylinderförmige Querschnittsbereiche (11, 12, 13, 14, 15) aus einer zweidimensionalen Querschnittsfläche und einer Schichtdicke zerlegt, • auf eine Aufbauebene senkrecht zur Aufbaurichtung (16) werden N Pulverschichten des pulverförmigen Werkstoffs aufgebracht, • die losen Pulverpartikel in den Querschnittsbereichen (11, 12, 13, 14, 15) des Bauteils (10) werden zumindest teilweise miteinander und mit dem darunter liegenden Querschnittsbereich verbunden und • während der schichtweisen Fertigung des Bauteils (10) werden lose Pulverpartikel, die innerhalb eines Querschnittsbereichs oder innerhalb mehrerer in Aufbaurichtung (16) aufeinanderfolgender Querschnittsbereiche angeordnet sind, zumindest teilweise aus dem Bauteil (10) entfernt.

Description

HILTI Aktiengesellschaft in Schaan Fürstentum Liechtenstein
Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils aus pulverförmigem Werkstoff Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils aus pulverförmigem Werkstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Abrasive Bearbeitungswerkzeuge, wie Bohrkronen, Sägeblätter, Trennscheiben oder Schleifscheiben, umfassen Bearbeitungssegmente, die an einem rohr- oder scheibenförmigen Grundkörper befestigt werden. Abhängig vom Bearbeitungsverfahren des abrasiven Bearbeitungswerkzeugs werden die Bearbeitungssegmente als Bohrsegmente, Sägesegmente, Trennsegmente oder Schleifsegmente bezeichnet und unter dem Begriff "Bearbeitungssegmente" zusammengefasst. Die Bearbeitungssegmente werden aus pulverförmigem Werk- stoff und Schneidelementen in Form von Hartstoffpartikeln aufgebaut. Dabei wird zwischen Bearbeitungssegmenten mit statistisch verteilten Hartstoffpartikeln und Bearbeitungssegmenten mit definiert angeordneten Hartstoffpartikeln unterschieden. Bei Bearbeitungssegmenten mit statistisch verteilten Hartstoffpartikeln werden der pulverförmige Werkstoff und die Hartstoffpartikel gemischt und in eine passende Werkzeugform eingefüllt und zunächst durch Kaltpressen zu einem Grünling geformt. Bei Bearbeitungssegmenten mit definiert angeordneten Hartstoffpartikeln wird der Grünling schichtweise aus pulverförmigem Werkstoff aufgebaut, in den die Hartstoffpartikel an definierten Positionen platziert werden. Die Grünlinge werden bei statistisch verteilten Hartstoffpartikeln und definiert angeordneten Hartstoffpartikeln durch Heißpressen und/oder Sintern zu einsatzfähigen Bearbeitungssegmenten verdichtet.
Bearbeitungssegmente mit statistisch verteilten Hartstoffpartikeln weisen mehrere Nachteile auf: Da sich die Hartstoffpartikel auch an der Oberfläche der Grünlinge befinden, weisen die zum Kaltpressen der Grünlinge notwendigen Werkzeugformen einen hohen Verschleiß auf. Außerdem entspricht die Verteilung der Hartstoffpartikel im Grünling nicht der anwendungs- technisch optimalen Verteilung. Die Nachteile von Bearbeitungssegmenten mit statistisch verteilten Hartstoffpartikeln führen dazu, dass für hochwertige Bearbeitungswerkzeuge trotz der höheren Kosten überwiegend Bearbeitungssegmente mit definiert angeordneten Hartstoffpartikeln eingesetzt werden.
EP 0 452 618 A1 beschreibt ein bekanntes Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Grünlings aus pulverförmigem Werkstoff mit Hartstoffpartikeln, die an definierten Positionen im pulverförmigen Werkstoff angeordnet werden. Das bekannte Verfahren basiert auf dreidimensionalen Daten des Grünlings und weist folgende Verfahrensschritte auf:
■ der Grünling wird in einer Aufbaurichtung in N, N > 2 aufeinanderfolgende zylinderförmige Querschnittsbereiche zerlegt, wobei jeder Querschnittsbereich aus einer zweidimensionalen Querschnittsfläche senkrecht zur Aufbaurichtung und einer Schichtdicke parallel zur Aufbaurichtung gebildet wird,
■ auf eine Aufbauebene, die senkrecht zur Aufbaurichtung angeordnet ist, werden N, N > 2 Pulverschichten des pulverförmigen Werkstoffs aufgebracht und
■ die Hartstoffpartikel werden an den definierten Positionen im pulverförmigen Werkstoff angeordnet.
Die Hartstoffpartikel werden mittels einer Saugplatte aufgenommen und über dem Schichtaufbau positioniert. Durch eine Reduzierung der Ansaugkraft oder durch einen kurzen Druckluftstoß lösen sich die Hartstoffpartikel aus der Saugplatte und werden in die obere Pulverschicht des Schichtaufbaus platziert. Der Druckluftstoß darf nur so groß sein, dass der pul- verförmige Werkstoff nicht verschoben wird und die Hartstoffpartikel an den vorgesehenen definierten Positionen der Verteilung angeordnet werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Hartstoffpartikel nur lose auf oder in der oberen Pulverschicht angeordnet sind. Beim Auftragen und Verteilen der nächsten Pulverschicht des pulverförmigen Werkstoffs mit Hilfe eines Auftragswerkzeugs in Form einer Rolle, eines Rakels oder einer Bürste können die Hartstoffpartikel vom Auftragswerkzeug aus ihren definierten Positionen verschoben werden und somit die Genauigkeit reduziert werden.
Neben der schichtweisen Fertigung von Grünlingen für Bearbeitungssegmente sind Verfahren zur schichtweisen Fertigung von Bauteilen aus pulverförmigem Werkstoff bekannt. Die bekannten Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils aus pulverförmigem Werkstoff mit losen Pulverpartikeln basieren auf dreidimensionalen Daten des Bauteils und weisen folgende Verfahrensschritte auf:
■ das Bauteil wird in einer Aufbaurichtung in N, N > 2 aufeinanderfolgende zylinderförmige Querschnittsbereiche zerlegt, wobei jeder Querschnittsbereich aus einer zweidimensionalen Querschnittsfläche senkrecht zur Aufbaurichtung und einer Schichtdicke parallel zur Aufbaurichtung gebildet wird, ■ auf eine Aufbauebene senkrecht zur Aufbaurichtung wird eine erste Pulverschicht des pulverförmigen Werkstoffs aufgebracht,
■ die losen Pulverpartikel der ersten Pulverschicht werden im ersten Querschnittsbereich des Bauteils zumindest teilweise miteinander verbunden,
■ auf die Aufbauebene werden in Aufbaurichtung des Bauteils nacheinander weitere Pulverschichten des pulverförmigen Werkstoffs aufgebracht und
■ in jeder weiteren Pulverschicht werden die losen Pulverpartikel im jeweiligen Querschnittsbereich des Bauteils zumindest teilweise miteinander und mit dem darunter liegenden Querschnittsbereich des Bauteils verbunden. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Integration von Einsatzelementen in schichtweise gefertigte Bauteile zu verbessern. Dabei soll die Integration der Einsatzelemente weitgehend automatisiert während der schichtweisen Fertigung des Bauteils erfolgen und die Einsatzelemente sollen mit einer hohen Genauigkeit in das Bauteil integriert werden. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils aus pulverförmigem Werkstoff erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils aus pulverförmigem Werkstoff ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass während der schichtweisen Fertigung des Bauteils lose Pulverpartikel, die innerhalb eines Querschnittsbereichs oder innerhalb mehrerer in Aufbaurichtung aufeinanderfolgender Querschnittsbereiche angeordnet sind, zumindest teilweise aus dem Bauteil entfernt werden. Das Entfernen der losen Pulverpartikel aus dem Bauteil kann beispielsweise durch Absaugen oder Ausblasen erfolgen. Dadurch, dass während der schichtweisen Fertigung des Bauteils lose Pulverpartikel zumindest teilweise aus dem Bauteil entfernt werden, können im Bauteil Kavitäten oder Stützstrukturen erzeugt werden, in die Einsatzelemente eingesetzt werden können. Die Einsatzelemente werden während der schichtweisen Fertigung des Bauteils in das Bauteil integriert.
Bauteile, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens schichtweise gefertigt werden, be- stehen aus mehreren aufeinanderfolgenden zylinderförmigen Querschnittsbereichen mit einer zweidimensionalen Querschnittsfläche senkrecht zur Aufbaurichtung und einer Schichtdicke parallel zur Aufbaurichtung, wobei die Querschnittsbereiche als gerade Zylinder mit einer beliebigen Querschnittsfläche ausgebildet sind. Die äußere Mantelfläche der zylinderförmigen Querschnittsbereiche trennt den Bereich "innerhalb des Bauteils" von dem Bereich "außerhalb des Bauteils" ab. Lose Pulverpartikel, die während der schichtweisen Fertigung des Bauteils innerhalb der äußeren Mantelfläche eines Querschnittsbereichs oder innerhalb der äußeren Mantelflächen mehrerer Querschnittsbereiche angeordnet sind, werden während der schichtweisen Fertigung zumindest teilweise aus dem Bauteil entfernt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils ist für pulver- förmige Werkstoffe, die auch als Werkstoffpulver bezeichnet werden, geeignet. Unter dem Begriff "pulverförmige Werkstoffe" werden sämtliche Werkstoffe zusammengefasst, die im Ausgangszustand fest sind und aus losen, d.h. nicht verbundenen, Pulverpartikeln bestehen. Pulverförmige Werkstoffe können aus einem Werkstoff pulver bestehen oder als Gemisch aus verschiedenen Werkstoffpulvern zusammengesetzt sein.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens werden im Bauteil Setzbereiche für Einsatzelemente definiert und lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs, die die Setzbereiche umgeben, werden miteinander verbunden. Die Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs, die die Setzbereiche umgeben, werden miteinander verbunden und grenzen die Setzbereiche für die Einsatzelemente vom übrigen Bauteil ab. Um Einsatzelemente in ein schichtweise gefertigtes Bauteil zu integrieren, werden für die Einsatzelemente Setzvolumina definiert, die wie das Bauteil in einen Setzbereich oder in mehrere aufeinander folgende Setzbereiche zerlegt werden. Um nur die losen Pulverpartikel im Bereich der Setzvolumina entfernen zu können, werden die Setzvolumina durch Kavitäten oder geschlossene Stütz- strukturen vom umgebenden Bauteil abgegrenzt. Die miteinander verbundenen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs bilden Kavitäten oder geschlossene Stützstrukturen und ermöglichen zumindest ein teilweises Entfernen des pulverförmigen Werkstoffs. Die Kavitäten oder geschlossenen Stützstrukturen reduzieren das Risiko, dass die Einsatzelemente beim Auftragen einer weiteren Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs verschoben werden und ermöglichen es, die Einsatzelemente mit einer hohen Genauigkeit in das Bauteil zu integrieren.
Unter dem Begriff "Einsatzelemente" werden sämtliche Elemente zusammengefasst, die in ein Bauteil integriert werden können. Dazu gehören u.a. Schneidelemente, Sensorelemente, Werkstofffüllungen und Platzhalteelemente. Unter dem Begriff "Schneidelemente" werden sämtliche Schneidmittel für abrasive Bearbeitungswerkzeuge zusammengefasst. Dazu gehören vor allem einzelne Hartstoffpartikel (Partikel von Hartstoffen), Verbundteile aus mehreren Hartstoffpartikeln und beschichtete oder gekapselte Hartstoffpartikel. Hartstoffe zeichnen sich durch eine besondere Härte aus. Dabei lassen sich Hartstoffe zum einen in natürliche und synthetische Hartstoffe und zum anderen in metallische und nichtmetallische Hartstoffe unterteilen. Zu den natürlichen Hartstoffen gehören u.a. natürliche Diamanten, Korund und andere harte Mineralien und zu den synthetischen Hartstoffen gehören u.a. synthetische Di- amanten, hochschmelzende Karbide, Boride, Nitride und Silizide. Zu den metallischen Hartstoffen gehören u.a. die hochschmelzenden Karbide, Boride, Nitride und Silizide der Übergangsmetalle der vierten bis sechsten Gruppe des Periodensystems und zu den nichtmetallischen Hartstoffen gehören u.a. Diamant, Korund, andere harte Mineralien, Siliziumkarbid und Borkarbid.
In einer ersten Variante des Verfahrens werden im Bauteil Kavitäten für die Einsatzelemente schichtweise aufgebaut und die Einsatzelemente werden während der schichtweisen Fertigung innerhalb der Kavitäten angeordnet. Die Einsatzelemente werden in den Kavitäten platziert, die verhindern, dass die Einsatzelemente beim Auftragen einer weiteren Pulver- schicht des pulverförmigen Werkstoffs verschoben werden, so dass die definierten Positionen der Einsatzelemente mit einer hohen Genauigkeit während des Schichtaufbaus eingehalten werden können.
Besonders bevorzugt werden für die Querschnittsbereiche des Bauteils, die die Setzbereiche umfassen, neben den Setzbereichen Werkstoffbereiche definiert und für die Querschnittsbe- reiche des Bauteils, die keine Setzbereiche umfassen, werden Werkstoffbereiche definiert, wobei die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs in den Werkstoffbereichen miteinander verbunden werden und die Werkstoffbereiche die Kavitäten für die Einsatzelemente begrenzen. Dadurch, dass die Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs in den Werkstoffbereichen miteinander verbunden sind, sind die Setzbereiche für die Einsatzelemente durch die zylinderförmigen Mantelflächen der Werkstoffbereiche begrenzt und die losen Pulverpartikel in den Setzbereichen können aus dem Bauteil entfernt werden. Die zylinderförmigen Mantelflächen der Werkstoffbereiche bilden die Kavitäten und umgeben die Setzbereiche für die Einsatzelemente. In jede Kavität des Bauteils, die die erforderliche Einsatzhöhe aufweist, wird mindestens ein Einsatzelement angeordnet. Dabei können in eine Kavität ein Einsatzelement, mehrere gleiche Einsatzelemente oder verschiedene Einsatzelemente angeordnet werden.
Der Aufbau von Kavitäten im Rahmen der ersten Variante des Verfahrens hat den Vorteil, dass die Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs außerhalb der Kavitäten miteinander verbunden sind und somit ein versehentliches Entfernen von pulverförmigem Werkstoff aus den Werkstoffbereichen nicht möglich ist. Allerdings erfordert das vollständige Verbinden der Pulverpartikel in den Werkstoffbereichen einen hohen Fertigungsaufwand und erhöht den Anteil an unerwünschten Zusatzkomponenten, beispielsweise in Form eines Klebemittels oder Bindemittels, im Bauteil. Unerwünschte Zusatzkomponenten in einem als Grünling ausgebildeten Bauteil müssen bei einem nachfolgenden Verdichtungsprozess durch Heißpres- sen und/oder Sintern entfernt werden. Können die Zusatzkomponenten nicht vollständig entfernt werden, kann die Qualität des verdichteten Bauteils leiden. Besonders bevorzugt werden lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs zumindest teilweise aus einer Kavität entfernt, wenn die Kavität eine zum Anordnen der Einsatzelemente erforderliche Einsatzhöhe aufweist. Die erforderliche Einsatzhöhe der Kavitäten ist unter anderem vom Typ und der Größe der Einsatzelemente abhängig. Außerdem kann die erfor- derliche Einsatzhöhe der Kavitäten für gleiche Einsatzelemente innerhalb des Bauteils verschieden sein und von der räumlichen Platzierung der Einsatzelemente im Bauteil abhängen. In jede Kavität, die die erforderliche Einsatzhöhe aufweist, wird mindestens ein Einsatzelement angeordnet. Dabei können in eine Kavität ein Einsatzelement, mehrere gleiche Einsatzelemente oder verschiedene Einsatzelemente angeordnet werden.
Nachdem der pulverförmige Werkstoff zumindest teilweise aus einer Kavität entfernt wurde, kann die Kavität mit einem Spezialwerkstoff oder einem Klebemittel befüllt werden. Die Verwendung eines Spezialwerkstoffs bietet sich an, wenn das schichtweise gefertigte Bauteil zur Verdichtung einer nachfolgenden Bearbeitung durch Heißpressen und/oder Sintern unterzogen wird und die Einsatzelemente beim Heißpressen und/oder Sintern durch den pulverförmigen Werkstoff beschädigt werden. Die Verwendung eines Klebemittels bietet sich an, wenn Einsatzelemente eine Orientierung aufweisen und in der richtigen Orientierung in der Kavität angeordnet sein sollen.
In einer zweiten Variante des Verfahrens werden im Bauteil geschlossene Stützstrukturen für die Einsatzelemente schichtweise aufgebaut und die Einsatzelemente werden während der schichtweisen Fertigung innerhalb der Stützstrukturen angeordnet. Eine Stützstruktur wird als geschlossen bezeichnet, wenn die Stützstruktur in der Aufbauebene des Bauteils einen geschlossenen Umfang aufweist und der Setzbereich vollumfänglich von der Stützstruktur umgeben ist. Die Einsatzelemente werden in die Stützstrukturen platziert, die verhindern, dass die Einsatzelemente beim Auftragen einer weiteren Pulverschicht des pulverförmigen Werkstoffs verschoben werden, so dass die definierten Positionen der Einsatzelemente mit einer hohen Genauigkeit während des Schichtaufbaus eingehalten werden können. Der Aufbau von geschlossenen Stützstrukturen im Rahmen der zweiten Variante des Verfahrens hat gegenüber der ersten Variante des Verfahrens den Vorteil, dass der Fertigungsaufwand beim Erstellen der Stützstrukturen und der Anteil an unerwünschten Zusatzkomponenten, beispielsweise in Form eines Klebemittels oder Bindemittels, gegenüber Kavitäten in Werkstoffbereichen reduziert ist.
Besonders bevorzugt werden für die Querschnittsbereiche des Bauteils, die die Setzbereiche umfassen, Stützringe definiert, wobei die Stützringe die Setzbereiche umgeben. Die Stützringe bilden die geschlossenen Stützstrukturen für die Einsatzelemente, wobei die Stütz- strukturen aus einem Stützring oder mehreren in Aufbaurichtung aufeinanderfolgenden
Stützringen gebildet werden. Als Querschnittsformen für die Stützringe eignen sich sämtliche geschlossene Querschnittsformen, wobei die Querschnittsform insbesondere an die Geometrie der Einsatzelemente angepasst wird.
Schichtweise gefertigte Bauteile mit geschlossenen Stützstrukturen für die Einsatzelemente müssen nach dem Schichtaufbau aus der Anlage entnommen werden. Daher muss die Au- ßengeometrie des Bauteils zumindest an der Unterseite und den Seiten abgeschlossen werden, um ein Austreten des pulverförmigen Werkstoffs zu verhindern. Die Querschnittsbereiche des Bauteils umfassen mindestens eine äußere zylinderförmige Mantelfläche, die auch als Außenmantelfläche bezeichnet wird. Bei Bauteilen mit innenliegenden Aussparungen umfassen die Querschnittsbereiche zusätzlich eine oder mehrere innere zylinderförmige Mantelflächen, die auch als Innenmantelflächen bezeichnet werden. Für die Außen- und Innenmantelflächen des Bauteils werden Grenzringe definiert, wobei die Grenzringe der Außenmantelflächen als äußere Grenzringe oder Außenringe und die Grenzringe der Innenmantelflächen als innere Grenzringe oder Innenringe bezeichnet werden. Unter dem Begriff "Grenzring" werden sowohl "äußere Grenzringe" als auch "innere Grenzringe" zusammenge- fasst. Die äußeren Grenzringe weisen Außengeometrien auf, die den Außenmantelflächen der Querschnittsbereiche entsprechen, und die inneren Grenzringe weisen Innengeometrien auf, die den Innenmantelflächen der Querschnittsbereiche entsprechen.
Besonders bevorzugt werden lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs zumindest teilweise aus einer Stützstruktur entfernt, wenn die Stützstruktur eine zum Anordnen der Einsatzelemente erforderliche Einsatzhöhe aufweist. Die erforderliche Einsatzhöhe der Stützstrukturen ist unter anderem vom Typ und der Größe der Einsatzelemente abhängig. Außerdem kann die erforderliche Einsatzhöhe der Stützstrukturen für gleiche Einsatzelemente innerhalb des Bauteils verschieden sein und von der räumlichen Platzierung der Einsatzelemente im Bauteil abhängen. In jede Stützstruktur, die die erforderliche Einsatzhöhe aufweist, wird mindestens ein Einsatzelement angeordnet. Dabei können in eine Stützstruktur ein Einsatzelement, mehrere gleiche Einsatzelemente oder verschiedene Einsatzelemente angeordnet werden.
Nachdem der pulverförmige Werkstoff zumindest teilweise aus einer Stützstruktur entfernt wurde, kann die Stützstruktur mit einem Spezialwerkstoff oder einem Klebemittel befüllt werden. Die Verwendung eines Spezialwerkstoffs bietet sich an, wenn das schichtweise gefertigte Bauteil zur Verdichtung einer nachfolgenden Bearbeitung durch Heißpressen und/oder Sintern unterzogen wird und die Einsatzelemente beim Heißpressen und/oder Sintern durch den pulverförmigen Werkstoff beschädigt werden. Die Verwendung eines Klebemittels bietet sich an, wenn Einsatzelemente eine Orientierung aufweisen und in der richtigen Orientierung in der Stützstruktur angeordnet sein sollen. Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematischer und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei gegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
FIG. 1 ein erstes Bauteil, das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
schichtweisen Fertigung aus fünf in einer Aufbaurichtung übereinander liegenden zylinderförmigen Querschnittsbereichen hergestellt wird;
FIGN. 2A-E die fünf Querschnittsbereiche des ersten Bauteils der FIG. 1 , die aus einer zweidimensionalen Querschnittsfläche senkrecht zur Aufbaurichtung und einer
Schichtdicke parallel zur Aufbaurichtung bestehen;
FIGN. 3A, B einen ersten und zweiten Querschnitt durch das erste Bauteil der FIG. 1 parallel zur Aufbaurichtung entlang der Schnittebenen A-A in den FIGN. 2A-E (FIG. 3A) und entlang der Schnittebenen B-B in den FIGN. 2A-E (FIG. 3B); FIGN. 4A-T die aufeinander folgenden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtweisen Fertigung des ersten Bauteils der FIG. 1 mit definiert angeordneten Hartstoffpartikeln;
FIGN. 5A-E fünf zylinderförmige Querschnittsbereiche eines zweiten Bauteils, das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils auf einem Substrat aufgebaut wird;
FIGN. 6A, B einen ersten und zweiten Querschnitt durch das zweite Bauteil parallel zur
Aufbaurichtung entlang der Schnittebenen A-A in den FIGN. 5A-E (FIG. 6A) und entlang der Schnittebenen B-B in den FIGN. 5A-E (FIG. 6B); und FIGN. 7A-M die aufeinander folgenden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtweisen Fertigung des zweiten Bauteils mit definiert angeordneten Hartstoffpartikeln.
FIG. 1 zeigt ein als Quader ausgebildetes Bauteil 10, das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils aus pulverförmigem Werkstoff mit definiert angeordneten Einsatzelementen hergestellt wird und im Folgenden als erstes Bauteil 10 bezeichnet wird. Das erste Bauteil 10 wird in einem Schichtaufbau aus fünf übereinander liegenden zylinderförmigen Querschnittsbereichen 11 , 12, 13, 14, 15 hergestellt, die in einer Aufbaurichtung 16 aufeinander gestapelt werden. Die zylinderförmigen Querschnittsbereiche 1 1 -15 weisen parallel zur Aufbaurichtung 16 eine Schichtdicke d,, i = 1 bis 5 und senkrecht zur Aufbaurichtung 16 eine zweidimensionale Querschnittsfläche auf. Die Schichtdicken d,, i = 1 bis 5 können einheitlich sein oder die einzelnen Querschnittsbereiche 1 1 -15 weisen unterschiedliche Schichtdicken auf.
Um das erste Bauteil 10 im Schichtaufbau herstellen zu können, wird der Quader 10 in Aufbaurichtung 16 in die fünf zylinderförmigen Querschnittsbereiche 1 1 -15 zerlegt, die in den FIGN. 2A-E dargestellt sind. Dabei zeigt FIG. 2A den ersten Querschnittsbereich 1 1 , FIG. 2B den zweiten Querschnittsbereich 12, FIG. 2C den dritten Querschnittsbereich 13, FIG. 2D den vierten Querschnittsbereich 14 und FIG. 2E den fünften Querschnittsbereich 15. Jeder Querschnittsbereich 1 1 -15 des ersten Bauteils 10 umfasst einen oder mehrere Werkstoffbereiche, die aus pulverförmigem Werkstoff hergestellt werden, und kann einen oder mehrere Setzbereiche aufweisen. Die Setzbereiche bilden Kavitäten für Einsatzelemente, die im ersten Bauteil 10 angeordnet werden sollen. Die Kavitäten können aus einem Setzbereich oder mehreren in Aufbaurichtung 16 aufeinander folgenden Setzbereichen bestehen.
Zur Unterscheidung der Werkstoffbereiche und Setzbereiche werden die Werkstoffbereiche des i-ten Querschnittsbereichs als i-te Werkstoffbereiche und die Setzbereiche des i-ten
Querschnittsbereichs als i-te Setzbereiche bezeichnet. Der erste Querschnittsbereich 1 1 umfasst einen ersten Werkstoffbereich 17, der zweite Querschnittsbereich 12 umfasst einen zweiten Werkstoffbereich 18 und fünf zweite Setzbereiche 19, der dritte Querschnittsbereich 13 umfasst einen dritten Werkstoffbereich 21 und neun dritte Setzbereiche 22, der vierte Querschnittsbereich 14 umfasst einen vierten Werkstoffbereich 23 und vier vierte Setzbereiche 24 und der fünfte Querschnittsbereich 15 umfasst einen fünften Werkstoffbereich 25.
FIGN. 3A, B zeigen einen ersten und zweiten Querschnitt durch das erste Bauteil 10 der FIG. 1 parallel zur Aufbaurichtung 16 entlang der Schnittebenen A-A in den FIGN. 2A-E (FIG. 3A) und entlang der Schnittebenen B-B in den FIGN. 2A-E (FIG. 3B). Die fünf Quer- schnittsbereiche 1 1 -15 des ersten Bauteils 10 sind in Aufbaurichtung 16 übereinander angeordnet.
Beim Schichtaufbau des ersten Bauteils 10 werden neun Kavitaten aufgebaut, in die Einsatzelemente angeordnet werden. Die neun Kavitaten lassen sich in eine erste Gruppe von fünf ersten Kavitaten 26 und eine zweite Gruppe von vier zweiten Kavitaten 27 unterteilen. Die ersten Kavitaten 26 befindet sich im zweiten und dritten Querschnittsbereich 12, 13 und werden von den zweiten und dritten Setzbereichen 19, 22 gebildet, die zweiten Kavitaten 27 befindet sich im dritten und vierten Querschnittsbereich 13, 14 und werden von den dritten und vierten Setzbereichen 22, 24 gebildet. FIG. 3A zeigt zwei erste Kavitaten 26 und eine zweite Kavität 27 und FIG. 3B zeigt eine erste Kavität 26 und zwei zweite Kavitaten 27.
Im Ausführungsbeispiel des ersten Bauteils 10 weisen die ersten und zweiten Kavitaten 26, 27 die gleiche Querschnittsform und die gleiche Einsatzhöhe auf. Alternativ können die ersten Kavitaten 26 eine erste Querschnittsform und eine erste Einsatzhöhe und die zweiten Kavitaten 27 eine zweite Querschnittsform und eine zweite Einsatzhöhe aufweisen, die von- einander verschieden sind. Unterschiedliche Querschnittsformen und/oder unterschiedliche Einsatzhöhen für die ersten und zweiten Kavitaten bieten sich an, wenn unterschiedliche erste und zweite Einsatzelemente in den ersten und zweiten Kavitaten angeordnet werden.
FIGN. 4A-T zeigen die aufeinander folgenden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtweisen Fertigung des ersten Bauteils 10 der FIG. 1 aus pulverförmi- gem Werkstoff 41 mit definiert angeordneten Einsatzelementen 42. Das erste Bauteil 10 ist als Grünling ausgebildet und wird in einem nachfolgenden Verdichtungsprozess beispielsweise durch Heißpressen und/oder Sintern zu einem Bearbeitungssegment für ein abrasives Bearbeitungswerkzeug verdichtet. Das erste Bauteil 10 wird aus dem pulverförmigen Werkstoff 41 und Einsatzelementen in Form von Schneidelementen hergestellt, die als einzelne Hartstoffpartikel 42 ausgebildet sind. Die Hartstoffpartikel 42 entstammen einer Mischung von Hartstoffpartikeln, die durch einen minimalen Durchmesser Dmin und einen maximalen Durchmesser Dmax charakterisiert sind, wobei 95 % der Hartstoffpartikel grösser als der minimale Durchmesser Dmin und kleiner als der maximale Durchmesser Dmax sind.
Das erste Bauteil 10 wird schichtweise mit Hilfe einer Vorrichtung hergestellt, die eine höhenverstellbare Aufbauebene 43, eine Pulverzuführung und einen Druckkopf umfasst. Mit Hilfe der Pulverzuführung wird eine erste Pulverschicht 44 des pulverförmigen Werkstoffs 41 mit der ersten Schichtdicke di aufgetragen (FIG. 4A). Der Druckkopf trägt im ersten Werkstoffbereich 17 eine erste Klebeschicht auf, die die losen Pulverpartikel der ersten Pulverschicht 44 im ersten Werkstoffbereich 17 verbindet (FIG. 4B). Die Aufbauebene 43 wird in einer Verstellrichtung 45 parallel zur Aufbaurichtung 16 um die zweite Schichtdicke d2 abge- senkt (FIG. 4C) und eine zweite Pulverschicht 46 des pulverförmigen Werkstoffs 41 wird mit Hilfe der Pulverzuführung aufgetragen (FIG. 4D). Der Druckkopf trägt im zweiten Werkstoffbereich 18 eine zweite Klebeschicht auf, die die losen Pulverpartikel der zweiten Pulverschicht 46 im zweiten Werkstoffbereich 18 verbindet, wobei die Pulverpartikel in den zweiten Setzbereichen 19 nicht verbunden werden (FIG. 4E). Die Aufbauebene 43 wird in der Verstellrichtung 45 um die dritte Schichtdicke d3 abgesenkt (FIG. 4F) und eine dritte Pulverschicht 47 des pulverförmigen Werkstoffs 41 wird mit Hilfe der Pulverzuführung aufgetragen (FIG. 4G). Der Druckkopf trägt im dritten Werkstoffbereich 21 eine dritte Klebeschicht auf, die die losen Pulverpartikel der dritten Pulverschicht 47 im dritten Werkstoffbereich 21 verbindet, wobei die Pulverpartikel in den dritten Setzbereichen 22 nicht verbunden werden (FIG. 4H).
Die Einsatzhöhe der ersten Kavitäten 26 ist nach dem Auftragen der dritten Pulver- und Klebeschichten erreicht und die Hartstoffpartikel 42 können in den ersten Kavitäten 26 angeordnet werden. Die Einsatzhöhe der ersten Kavitäten 26 wird im Folgenden als erste Einsatzhöhe hi bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel ist die erste Einsatzhöhe h-ι grösser als der maxi- male Durchmesser Dmax der Hartstoffpartikel 42. Eine erste Einsatzhöhe h-ι, die grösser als der maximale Durchmesser Dmax der Hartstoffpartikel 42 ist, hat den Vorteil, dass die platzierten Hartstoffpartikel 42 nahezu vollständig in den ersten Kavitäten 26 angeordnet sind und die Gefahr, dass Hartstoffpartikel 42 beim Auftragen einer weiteren Pulverschicht verschoben werden, stark reduziert ist. Außerdem können die Hartstoffpartikel 42 von einem Spezi- alwerkstoff, der von dem pulverförmigen Werkstoff 41 verschieden ist, umgeben werden. Durch den Spezialwerkstoff können die Hartstoffpartikel 42 in einem folgenden Verdich- tungsprozess beispielsweise durch Heißpressen oder Sintern vor Beschädigungen durch chemische Reaktionen mit dem pulverförmigen Werkstoff 41 geschützt werden. Als Spezial- werkstoffe für Hartstoffpartikel 42 in Form von Diamantpartikeln eignen sich beispielsweise Kobaltpulver oder Bronzepulver.
Bei der gezeigten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Hartstoffpartikel 42 von einem Spezialwerkstoff 48 umgeben. Zunächst werden die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffes 41 im Bereich der ersten Kavitäten 26 mit Hilfe einer Absaugeinrichtung 49 abgesaugt (FIG. 41). Dazu wird eine erste Schablone 50A auf dem Schichtaufbau platziert, die die ersten Kavitäten 26 freigibt, und die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 41 werden aus den ersten Kavitäten 26 beispielsweise durch Absaugen entfernt. Nach dem Absaugen des pulverförmigen Werkstoffs 41 werden die ersten Kavitäten 26 teilweise mit dem Spezialwerkstoff 48 befüllt (FIG. 4J), die Hartstoffpartikel 42 werden in die ersten Kavitäten 26 platziert (FIG. 4K) und die ersten Kavitäten 26 werden anschließend vollständig mit dem Spezialwerkstoff 48 befüllt (FIG. 4L). Diese Variante hat den Vorteil, dass die Hartstoffpartikel 42 vollständig von dem Spezialwerkstoff 48 umgeben sind und die Gefahr, dass die Hartstoffpartikel 42 beim Heißpressen und/oder Sintern durch eine chemische Verbindung mit den pulverförmigen Werkstoff 41 beschädigt werden, so weit wie möglich reduziert ist.
Nachdem die ersten Kavitäten 26 vollständig mit dem Spezialwerkstoff 48 befüllt sind, wird der Schichtaufbau des ersten Bauteils 10 fortgesetzt. Die Aufbauebene 43 wird in Verstellrichtung 45 um die vierte Schichtdicke d4 abgesenkt und eine vierte Pulverschicht 51 des pulverförmigen Werkstoffs 41 wird mit Hilfe der Pulverzuführung aufgetragen (FIG. 4M). Der Druckkopf trägt im vierten Werkstoffbereich 23 eine vierte Klebeschicht auf, die die losen Pulverpartikel der vierten Pulverschicht 51 im vierten Werkstoffbereich 23 verbindet, wobei die Pulverpartikel in den vierten Setzbereichen 24 nicht verbunden werden (FIG. 4N).
Die Einsatzhöhe der zweiten Kavitäten 27 ist nach dem Auftragen der vierten Pulver- und Klebeschicht erreicht und die Schneidelemente 42 können in den zweiten Kavitäten 27 angeordnet werden. Die Einsatzhöhe der zweiten Kavitäten 27 wird im Folgenden als zweite Einsatzhöhe h2 bezeichnet, wobei die zweite Einsatzhöhe h2 grösser als der maximale Durchmesser Dmax der Hartstoffpartikel 42 ist. Um die Hartstoffpartikel 42, die in den zweiten Kavitäten 27 angeordnet werden, vor Beschädigungen durch chemische Reaktionen mit dem pulverförmigen Werkstoff 41 zu schützen, werden die Hartstoffpartikel 42 der zweiten Kavitäten 27 wie die Hartstoffpartikel 42 der ersten Kavitäten 26 in den Spezialwerkstoff 48 eingebettet. Das Befüllen der zweiten Kavitäten 27 mit den Hartstoffpartikeln 42 und dem Spezial- Werkstoff 48 kann analog zu dem in den FIGN. 4J, K, L gezeigten zweiteiligen Füllverfahren der ersten Kavitäten 26 erfolgen, bei dem ein erster Teil des Spezialwerkstoffs 48 vor dem Anordnen der Hartstoffpartikel 42 und ein zweiter Teil des Spezialwerkstoffs 48 nach dem Anordnen der Hartstoffpartikel 42 eingefüllt wird.
Um den Aufwand bei der schichtweisen Fertigung des ersten Bauteils 10 zu reduzieren, kann das zweiteilige Füllverfahren der ersten und zweiten Kavitäten 26, 27 mit dem Spezialwerkstoff 48 vereinfacht werden. Die Alternative sieht vor, dass die Hartstoffpartikel 42 nach dem Absaugen der losen Pulverpartikel in den Kavitäten 26, 27 platziert werden und die Kavitäten 26, 27 nach dem Anordnen der Hartstoffpartikel 42 mit dem Spezialwerkstoff 48 befüllt werden. Am Beispiel der zweiten Kavitäten 27 wird die Alternative, die als einteiliges Füllverfahren bezeichnet wird, beschrieben. Bei der Herstellung von Bauteilen wird in der Regel das einteilige oder zweiteilige Füllverfahren für den Spezialwerkstoff 48 eingesetzt. Das einteilige Füllverfahren wird am Beispiel der zweiten Kavitäten 27 beschrieben, kann aber ebenso beim Befüllen der ersten Kavitäten 26 mit Spezialwerkstoff 48 angewendet werden. Die losen Pulverpartikel werden im Bereich der zweiten Kavitäten 27 mit Hilfe der Absaugeinrichtung 49 und einer zweiten Schablone 50B, die die zweiten Kavitäten 27 freigibt, abgesaugt (FIG. 40). Um die Orientierung der Hartstoffpartikel 42 in den zweiten Kavitäten 27 zu gewährleisten, kann ein Klebemittel 52 verwendet werden, dass die Hartstoffpartikel 42 befestigt. Die Verwendung des Klebemittels 52 hat den Vorteil, dass die Orientierungen und Positionen der Hartstoffpartikel 42 beim Auftragen einer weiteren Werkstoffschicht oder eines Spezialwerkstoffs nicht verändert werden. Die Eigenschaften des verwendeten Klebemittels 52 werden an den pulverförmigen Werkstoff 41 , die Hartstoffpartikel 42 und/oder den Spezialwerkstoff 48 angepasst. Die zweiten Kavitäten 27 werden mit dem Klebemittel 52 be- füllt, die Hartstoffpartikel 42 werden in das Klebemittel 52 platziert (FIG. 4Q), solange das Klebemittel 52 noch nicht ausgehärtet ist, und die zweiten Kavitäten 27 werden nach dem Aushärten des Klebemittels 52 mit dem Spezialwerkstoff 48 befüllt (FIG. 4R). Beim beschriebenen einteiligen Füllverfahren werden zunächst die Einsatzelemente 42 in den zweiten Kavitäten 27 angeordnet und die zweiten Kavitäten 27 werden anschließend mit Spezialwerk- stoff 48 befüllt. Alternativ kann beim einteiligen Füllverfahren zunächst der Spezialwerkstoff 48 in die zweiten Kavitäten 27 eingefüllt werden und anschließend werden die Einsatzelemente 42 in den Spezialwerkstoff 48 platziert.
Nachdem die zweiten Kavitäten 27 mit dem Spezialwerkstoff 48 befüllt sind, wird der Schichtaufbau des ersten Bauteils 10 fortgesetzt. Die Aufbauebene 43 wird in Verstellrich- tung 45 um die fünfte Schichtdicke d5 abgesenkt (FIG. 4R) und eine fünfte Pulverschicht 53 des pulverförmigen Werkstoffs 41 wird mit Hilfe der Pulverzuführung auf die Aufbauebene 43 aufgetragen (FIG. 4S). Der Druckkopf trägt im fünften Werkstoffbereich 25 eine fünfte Klebeschicht auf, die die losen Pulverpartikel der fünften Pulverschicht 53 im fünften Werkstoffbereich 25 verbindet (FIG. 4T). Nach dem Verbinden der losen Pulverpartikel im fünften Werk- stoffbereich 25 ist der Schichtaufbau des ersten Bauteils 10 abgeschlossen. Das erste Bauteil 10 wird in einem nachfolgenden Verdichtungsprozess, beispielsweise durch Heißpressen und/oder Sintern, zu einem Bearbeitungssegment für ein abrasives Bearbeitungswerkzeug verdichtet.
Das erste Bauteil 10 wird schichtweise aus fünf Werkstoffbereichen 17, 18, 21 , 23, 25 mit dem gleichen pulverförmigen Werkstoff 41 hergestellt. Alternativ können die Werkstoffbereiche des ersten Bauteils 10 aus unterschiedlichen pulverförmigen Werkstoffen 41 hergestellt werden. Bei Bauteilen, die zu Bearbeitungssegmenten für abrasive Bearbeitungswerkzeuge weiterverarbeitet werden, kann beispielsweise für den ersten Werkstoffbereich ein erster pul- verförmiger Werkstoff und für die weiteren Werkstoffbereiche ein zweiter pulverförmiger Werkstoff verwendet werden, wobei die Eigenschaften des ersten pulverförmigen Werkstoffes im Hinblick auf die Verbindung der Bearbeitungssegmente mit dem Grundkörper und die Eigenschaften des zweiten pulverförmigen Werkstoffes im Hinblick auf die mechanische An- bindung der Schneidelemente 42 ausgewählt werden. Wenn die Bearbeitungssegmente und der Grundkörper verschweißt werden sollen, wird ein schweißbarer erster pulverförmiger Werkstoff ausgewählt. Beim ersten Bauteil 10 werden die Einsatzelemente 42 in den Spezialwerkstoff 48 eingebettet, wobei das Befüllen der ersten und zweiten Kavitäten 26, 27 in einem einteiligen oder zweiteiligen Füllverfahren erfolgt. Die Einsatzelemente 42 müssen nicht in den Spezialwerkstoff 48 eingebettet werden. Alternativ können die Einsatzelemente 42 in den ersten und zweiten Kavitäten 26, 27 in den pulverförmigen Werkstoff 41 platziert werden, wobei der pul- verförmige Werkstoff 41 in diesem Fall nur teilweise aus den ersten und zweiten Kavitäten 26, 27 entfernt wird. Die Verwendung eines Spezialwerkstoffs 48 bietet sich an, wenn das erste Bauteil 10 zur Verdichtung einer nachfolgenden Bearbeitung durch Heißpressen und/oder Sintern unterzogen wird und die Einsatzelemente 42 beim Heißpressen und/oder Sintern durch den verwendeten pulverförmigen Werkstoff 41 beschädigt werden. Der Spezi- alwerkstoff 48 ist so ausgewählt, dass er eine chemische Verbindung mit dem pulverförmigen Werkstoff 41 bildet und die Einsatzelemente 42 mechanisch bindet.
FIGN. 5A-E zeigen ein weiteres Bauteil 60, das als Quader ausgebildet ist und mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils aus fünf übereinander liegenden zylinderförmigen Querschnittsbereichen 61 , 62, 63, 64, 65 in einer Aufbau- richtung 66 aufgebaut wird. Dabei zeigt FIG. 5A den ersten Querschnittsbereich 61 , FIG. 5B den zweiten Querschnittsbereich 62, FIG. 5C den dritten Querschnittsbereich 63, FIG. 5D den vierten Querschnittsbereich 64 und FIG. 5E den fünften Querschnittsbereich 65.
Das Bauteil 60 wird aus einem pulverförmigen Werkstoff 67 und Einsatzelementen in Form von Schneidelementen hergestellt, die als einzelne Hartstoffpartikel 42 ausgebildet sind, und wird im Folgenden als zweites Bauteil 60 bezeichnet. Die Einsatzelemente 42 sind an definierten Positionen im zweiten Bauteil 60 angeordnet, wobei die Verteilung der Einsatzelemente 42 für das erste und zweite Bauteil 10, 60 übereinstimmen. Während der erste Querschnittsbereich 1 1 beim ersten Bauteil 10 die Unterseite bildet, wird das zweite Bauteil 60 auf einem Substrat 68 als Unterlage aufgebaut. Das Substrat 68 ist beispielsweise eine dünne Metall platte, die in einem nachfolgenden Bearbeitungsprozess mit dem Grundkörper eines abrasiven Bearbeitungswerkzeuges verbunden wird.
Der erste Querschnittsbereich 61 umfasst einen ersten Außenring 69 mit einer ersten Außenmantelfläche 70 und erste Stützringe 71 , die erste Setzbereiche 72 umgeben. Der zweite Querschnittsbereich 62 umfasst einen zweiten Außenring 73 mit einer zweiten Außenmantel- fläche 74 und zweite Stützringe 75, die zweite Setzbereiche 76 umgeben. Der dritte Quer- schnittsbereich 63 umfasst einen dritten Außenring 77 mit einer dritten Außenmantelfläche 78 und dritte Stützringe 79, die dritte Setzbereiche 80 umgeben. Der vierte Querschnittsbereich 64 umfasst einen vierten Außenring 81 mit einer vierten Außenmantelfläche 82 und vierte Stützringe 83, die vierte Setzbereiche 84 umgeben. Der fünfte Querschnittsbereich 65 umfasst einen fünften Außenring 85 mit einer fünften Außenmantelfläche 86.
Die Außenringe 69, 73, 77, 81 , 85 der Querschnittsbereiche 61 -65 sind in Form eines Rechteckzylinders aufgebaut und grenzen das zweite Bauteil 60 von dem umgebenden pulverför- migen Werkstoff 67 ab. Im Ausführungsbeispiel sind die Setzbereiche 72, 76, 80, 84 quadratisch ausgebildet und von quadratischen Stützringen 71 , 75, 79, 83 umgeben. Anstelle der geschlossenen quadratischen Stützringe 71 , 75, 79, 83 können andere geschlossene Querschnittsformen für die Stützringe verwendet werden.
FIGN. 6A, B zeigen einen ersten und zweiten Querschnitt durch das zweite Bauteil 60 parallel zur Aufbaurichtung 66 entlang der Schnittebenen A-A in den FIGN. 5A-E (FIG. 6A) und entlang der Schnittebenen B-B in den FIGN. 5A-E (FIG. 6B). Die fünf Querschnittsbereiche 61 -65 des zweiten Bauteils 60 sind in Aufbaurichtung 66 übereinander angeordnet.
Beim Schichtaufbau des zweiten Bauteils 60 wird eine Außengeometrie erzeugt, die ein Austreten von pulverförmigem Werkstoff 67 aus dem zweiten Bauteil 60 verhindert. Die Außengeometrie des zweiten Bauteils 60 wird von dem Substrat 68 und den Außenringen 69, 73, 77, 81 , 85 gebildet. Das Substrat 68 wird mit dem ersten Außenring 69 verbunden, der erste Außenring 69 wird mit dem zweiten Außenring 73 verbunden, der zweite Außenring 73 wird mit dem dritten Außenring 77 verbunden, der dritte Außenring 77 wird mit dem vierten Außenring 81 verbunden und der vierte Außenring 81 wird mit dem fünften Außenring 85 verbunden.
Das zweite Bauteil 60 weist fünf erste Stützstrukturen 87 und vier zweite Stützstrukturen 88 auf. Die ersten Stützstrukturen 87 werden von den ersten, zweiten und dritten Stützringen 71 , 75, 79 aufgebaut und weisen eine erste Einsatzhöhe hi auf. Die zweiten Stützstrukturen 88 werden von den ersten, zweiten, dritten und vierten Stützringen 71 , 75, 79, 83 aufgebaut und weisen eine zweite Einsatzhöhe h2 auf. Die ersten und zweiten Stützstrukturen 87, 88 sind mit dem Substrat 68 verbunden und dadurch sicher im zweiten Bauteil 60 fixiert. Zum Aufbau der ersten Stützstrukturen 87 werden die ersten Stützringe 71 mit dem Substrat 68 verbunden, die zweiten Stützringe 75 werden mit den ersten Stützringen 71 verbunden und die dritten Stützringe 79 werden mit den zweiten Stützringen 75 verbunden. Zum Aufbau der zweiten Stützstrukturen 88 werden die ersten Stützringe 71 mit dem Substrat 68 verbunden, die zweiten Stützringe 75 werden mit den ersten Stützringen 71 verbunden, die dritten Stütz- ringe 79 werden mit den zweiten Stützringen 75 verbunden und die vierten Stützringe 83 werden mit den dritten Stützringen 79 verbunden.
FIGN. 7A-M zeigen die aufeinander folgenden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtweisen Fertigung des zweiten Bauteils 60 aus pulverförmigem Werk- stoff 67 mit definiert angeordneten Einsatzelementen, die als einzelne Hartstoffpartikel 42 ausgebildet sind. Das zweite Bauteil 60 wird in einem nachfolgenden Verdichtungsprozess beispielsweise durch Heißpressen und/oder Sintern zu einem Bearbeitungssegment für ein abrasives Bearbeitungswerkzeug verdichtet.
Das zweite Bauteil 60 wird schichtweise mit Hilfe einer Vorrichtung hergestellt, die eine Auf- bauebene 91 , eine Pulverzuführung und einen Druckkopf umfasst. Mit Hilfe der Pulverzuführung wird eine erste Pulverschicht 92 des pulverförmigen Werkstoffs 67 mit der ersten Schichtdicke di aufgetragen (FIG. 7A). Der Druckkopf trägt im Bereich des ersten Außenrings 69 und der ersten Stützringe 71 Kleber auf, der die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 zum ersten Außenring 69 und den ersten Stützringen 71 verbindet (FIG. 7B).
Mit Hilfe der Pulverzuführung wird eine zweite Pulverschicht 93 des pulverförmigen Werkstoffs 67 mit der zweiten Schichtdicke d2 aufgetragen (FIG. 7C). Der Druckkopf trägt im Bereich des zweiten Außenrings 73 und der zweiten Stützringe 75 Kleber auf, der die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 zum zweiten Außenring 73 und den zweiten Stützringen 75 verbindet (FIG. 7D). Mit Hilfe der Pulverzuführung wird eine dritte Pulverschicht 94 des pulverförmigen Werkstoffs 67 mit der dritten Schichtdicke d3 aufgetragen (FIG. 7E). Der Druckkopf trägt im Bereich des dritten Außenrings 77 und der dritten Stützringe 79 Kleber auf, der lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 zum dritten Außenring 77 und den dritten Stützringen 79 verbindet (FIG. 7F). Die erste Einsatzhöhe h-ι der ersten Stützstrukturen 87 ist nach dem Fertigen des dritten Querschnittsbereichs 63 erreicht und die Hartstoffpartikel 42 können in den ersten Stützstrukturen 87 angeordnet werden. Zunächst werden die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 im Bereich der ersten Stützstrukturen 87 mit Hilfe der Absaugeinrichtung 49 abgesaugt (FIG. 7G). Dazu wird eine erste Schablone 95A auf dem Schichtaufbau platziert, die die ersten Stützstrukturen 87 freigibt, und die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 werden mittels der Absaugeinrichtung 49 aus den ersten Stützstrukturen 87 entfernt. Über die Ansaugkraft der Absaugeinrichtung 49 kann die Absaughöhe eingestellt werden. Nach dem Absaugen des pulverförmigen Werkstoffs 67 werden die ersten Stützstrukturen 87 mit dem Spezialwerkstoff 48 befüllt, die Hartstoffpartikel 42 werden innerhalb der ersten Stützstrukturen 87 angeordnet und mit Hilfe der Pulverzuführung wird eine vierte Pulverschicht 96 des pulverförmigen Werkstoffs 67 mit der vierten Schichtdicke d4 aufgetragen (FIG. 7H). Der Druckkopf trägt im Bereich des vierten Außenrings 81 und der vierten Stützringe 83 Kleber auf, der lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 zum vierten Außenring 81 und den vierten Stützringen 83 verbindet (FIG. 71).
Die zweite Einsatzhöhe h2 der zweiten Stützstrukturen 88 ist nach dem Fertigen des vierten Querschnittsbereichs 64 erreicht und die Hartstoffpartikel 42 können in den zweiten Stütz- strukturen 88 angeordnet werden. Zunächst werden die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 im Bereich der zweiten Stützstrukturen 88 mit Hilfe der Absaugeinrichtung 49 abgesaugt (FIG. 7J). Dazu wird eine zweite Schablone 95B auf dem Schichtaufbau platziert, die die zweiten Stützstrukturen 88 freigibt, und die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 werden mittels der Absaugeinrichtung 49 teilweise aus den zweiten Stützstrukturen 88 entfernt. Über die Ansaugkraft der Absaugeinrichtung 49 kann die Absaughöhe eingestellt werden. Im Ausführungsbeispiel wird der pulverförmige Werkstoff 67 über die halbe zweite Einsatzhöhe h2 abgesaugt und ca. 50 % des pulverförmigen Werkstoffs 67 verbleiben in den zweiten Stützstrukturen 88.
Nach dem teilweisen Absaugen des pulverförmigen Werkstoffs 67 werden die Hartstoffparti- kel 42 innerhalb der zweiten Stützstrukturen 88 angeordnet und mit Hilfe der Pulverzuführung wird eine fünfte Pulverschicht 97 des pulverförmigen Werkstoffs 67 mit der fünften Schichtdicke d5 aufgetragen (FIG. 7K). Der Druckkopf trägt im Bereich des fünften Außenrings 85 Kleber auf, der lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 zum fünften Außenring 85 verbindet (FIG. 7L). FIG. 7M zeigt das aus dem pulverförmigen Werkstoff 67 schichtweise hergestellte zweite Bauteil 60 mit mehreren definiert angeordneten Einsatzelementen 42.
Das zweite Bauteil 60 wird schichtweise aus den fünf Pulverschichten 92, 93, 94, 96, 97 mit dem gleichen pulverförmigen Werkstoff 67 hergestellt. Alternativ können die fünf Pulverschichten 92, 93, 94, 96, 97 des zweiten Bauteils 60 aus unterschiedlichen pulverförmigen Werkstoffen 67 hergestellt werden. Bei Bauteilen, die zu Bearbeitungssegmenten für abrasi- ve Bearbeitungswerkzeuge weiterverarbeitet werden, kann beispielsweise für die erste Pulverschicht 92 ein erster pulverförmiger Werkstoff und für die weiteren Pulverschichten 93, 94, 96, 97 ein zweiter pulverförmiger Werkstoff verwendet werden, wobei die Eigenschaften des ersten pulverförmigen Werkstoffes im Hinblick auf die Verbindung der Bearbeitungs- segmente mit dem Grundkörper und die Eigenschaften des zweiten pulverförmigen Werk- Stoffs im Hinblick auf die mechanische Anbindung der Einsatzelemente 42 ausgewählt werden. Wenn die Bearbeitungssegmente mit dem Grundkörper verschweißt werden sollen, wird ein schweißbarer erster pulverförmiger Werkstoff ausgewählt.
Die Außengeometrie des zweiten Bauteils 60 ist im fünften Querschnittsbereich 65 nach oben offen ausgebildet, so dass das zweite Bauteil 60 für einen nachfolgenden Verdich- tungsprozess aufrecht transportiert werden muss. Um das zweite Bauteil 60 auch im fünften Querschnittsbereich 65 nach außen abzugrenzen, kann der fünfte Querschnittsbereich 65 alternativ ein Deckelement bilden, das mit dem vierten Außenring 81 verbunden wird. Dazu trägt der Druckkopf im fünften Querschnittsbereich 65 eine Klebeschicht auf, die die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs 67 zum Deckelement verbindet.
Die ersten und zweiten Stützstrukturen 87, 88 weisen geschlossene Querschnittsformen auf, sind aber nach unten offen ausgebildet. Um zu verhindern, dass die Absaugeinrichtung 49 zu viel pulverförmigen Werkstoff 67 aus den ersten und zweiten Stützstrukturen 87, 88 absaugt, wird die Absaugkraft der Absaugeinrichtung 49 entsprechend eingestellt. Alternativ können die ersten und zweiten Stützstrukturen 87, 88 an ihrer Unterseite eine Bodenfläche aufweisen, die die ersten und zweiten Stützstrukturen 87, 88 vom umgebenden pulverförmigen Werkstoff 67 abgrenzt.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils (10; 60) aus pulverförmigem Werkstoff (41 ; 67) mit losen Pulverpartikeln basierend auf dreidimensionalen Daten des Bauteils (10; 60), mit den Verfahrensschritten:
■ das Bauteil (10; 60) wird in einer Aufbaurichtung (16; 66) in N, N > 2 aufeinanderfolgende zylinderförmige Querschnittsbereiche (1 1 , 12, 13, 14, 15; 61 , 62, 63, 64, 65) zerlegt, wobei jeder Querschnittsbereich (1 1 , 12, 13, 14, 15; 61 , 62, 63, 64, 65) aus einer zweidimensionalen Querschnittsfläche senkrecht zur Aufbaurichtung (16; 66) und einer Schichtdicke (di, d2, d3, d4, d5) parallel zur Aufbaurichtung (16; 66) gebildet wird,
■ auf eine Aufbauebene (43; 91 ) senkrecht zur Aufbaurichtung (16; 66) wird eine erste Pulverschicht (44; 92) pulverförmigen Werkstoffs (41 ; 67) aufgebracht,
■ die losen Pulverpartikel der ersten Pulverschicht (44; 92) werden im ersten Querschnittsbereich (1 1 ; 61 ) des Bauteils (10; 60) zumindest teilweise miteinander verbunden,
■ auf die Aufbauebene (43; 91 ) werden in Aufbaurichtung (16; 66) nacheinander weitere Pulverschichten (46, 47, 51 , 53; 93, 94, 96, 97) des pulverförmigen Werkstoffs (41 ; 67) aufgebracht und
■ in jeder weiteren Pulverschicht (46, 47, 51 , 53; 93, 94, 96, 97) des pulverförmigen Werkstoffs (41 ; 67) werden die losen Pulverpartikel im jeweiligen Querschnittsbereich (12, 13, 14, 15; 62, 63, 64, 65) des Bauteils (10; 60) zumindest teilweise miteinander und mit dem darunter liegenden Querschnittsbereich (1 1 , 12, 13, 14; 61 , 62, 63, 64) des Bauteils (10; 60) verbunden,
dadurch gekennzeichnet, dass während der schichtweisen Fertigung des Bauteils (10; 60) lose Pulverpartikel, die innerhalb eines Querschnittsbereichs (1 1 , 12, 13, 14, 15; 61 , 62, 63, 64, 65) oder innerhalb mehrerer in Aufbaurichtung (16; 66) aufeinanderfolgender Querschnittsbereiche (1 1 , 12, 13, 14, 15; 61 , 62, 63, 64, 65) angeordnet sind, zumindest teilweise aus dem Bauteil (10; 60) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (10; 60) Setzbereiche (18, 22, 24; 72, 76, 80, 84) für Einsatzelemente (42) definiert werden und lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs (41 ; 67), die die Setzbereiche (19, 22, 24; 72, 76, 80, 84) umgeben, miteinander verbunden werden. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (10) Kavitäten (26, 27) für die Einsatzelemente (42) schichtweise aufgebaut werden und die Einsatzelemente (42) während der schichtweisen Fertigung innerhalb der Kavitäten (26, 27) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Querschnittsbereiche (12, 13, 14) des Bauteils (10), die die Setzbereiche (19, 22, 24) umfassen, neben den Setzbereichen (19, 22, 24) Werkstoffbereiche (18, 21 , 23) definiert werden und für die Querschnittsbereiche (1 1 , 15) des Bauteils (10), die keine Setzbereiche (19, 22, 24) umfassen, Werkstoffbereiche (17, 25) definiert werden, wobei die losen Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs (41 ) in den Werkstoffbereichen (17, 18, 21 , 23, 25) miteinander verbunden werden und die Werkstoffbereiche (17, 18, 21 , 23, 25) die Kavitäten (26, 27) für die Einsatzelemente (42) begrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs (41 ) zumindest teilweise aus einer Kavität (26, 27) entfernt werden, wenn die Kavität (26, 27) eine zum Anordnen der Einsatzelemente (42) erforderliche Einsatzhöhe (h-ι, h2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (60) geschlossene Stützstrukturen (87, 88) für die Einsatzelemente (42) schichtweise aufgebaut werden und die Einsatzelemente (42) während der schichtweisen Fertigung innerhalb der geschlossenen Stützstrukturen (87, 88) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Querschnittsbereiche (61 , 62, 63, 64) des Bauteils (60), die die Setzbereiche (72, 76, 80, 84) umfassen, Stützringe (71 , 75, 79, 83) definiert werden, wobei die Stützringe (71 , 75, 79, 83) die Setzbereiche (72, 76, 80, 84) umgeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass lose Pulverpartikel des pulverförmigen Werkstoffs (67) zumindest teilweise aus einer Stützstruktur (87, 88) entfernt werden, wenn die Stützstruktur (87, 88) eine zum Anordnen der Einsatzelemente (42) erforderliche Einsatzhöhe (h-ι, h2) aufweist.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018197876A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 The University Of Manchester Apparatus for and process of additive manufacturing
EP3722075B1 (de) * 2019-04-08 2022-06-29 LayerWise N.V. System zum dreidimensionalen drucken zur optimierung von nähten zwischen zonen für mehrere energiestrahlen
CN115007877B (zh) * 2022-05-11 2024-04-09 浙江工业大学 一种使用掩膜实现同层异质材料选区激光熔化的增材制造方法
WO2024006296A1 (en) * 2022-06-28 2024-01-04 Entegris, Inc. De-powdering of green samples using freezing method for additive manufacturing

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452618A1 (de) 1990-04-17 1991-10-23 Delta Engineering Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schleifkörpern fÀ¼r Werkzeuge zur abtragenden Bearbeitung von Materialien
US6363606B1 (en) * 1998-10-16 2002-04-02 Agere Systems Guardian Corp. Process for forming integrated structures using three dimensional printing techniques
JP3557926B2 (ja) 1998-12-22 2004-08-25 松下電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法および金型
JP2003001715A (ja) * 2001-06-26 2003-01-08 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置
SE536670C2 (sv) * 2011-08-26 2014-05-13 Digital Metal Ab Skiktbaserad tillverkning av friformade mikrokomponenter avmultimaterial
EP2700459B1 (de) 2012-08-21 2019-10-02 Ansaldo Energia IP UK Limited Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes
US20150037498A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Siemens Energy, Inc. Methods and preforms to mask holes and support open-substrate cavities during laser cladding
JP2017524579A (ja) * 2014-05-04 2017-08-31 エオプレックス・リミテッドEoplex Limited 複数素材三次元プリンタ
US20160023272A1 (en) * 2014-05-22 2016-01-28 United Technologies Corporation Turbulating cooling structures
CN105886923B (zh) 2016-07-01 2017-10-13 西安铂力特增材技术股份有限公司 用于增材制造的高温耐磨耐腐蚀钢粉末及增材制造方法

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