EP3658315A1 - Verfahren zum bestrahlen einer pulverschicht in der additiven herstellung mit kontinuierlich definierten herstellungsparametern - Google Patents

Verfahren zum bestrahlen einer pulverschicht in der additiven herstellung mit kontinuierlich definierten herstellungsparametern

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EP3658315A1
EP3658315A1 EP18779271.8A EP18779271A EP3658315A1 EP 3658315 A1 EP3658315 A1 EP 3658315A1 EP 18779271 A EP18779271 A EP 18779271A EP 3658315 A1 EP3658315 A1 EP 3658315A1
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EP
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component
layer
contour
parameters
additive
Prior art date
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Application number
EP18779271.8A
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Inventor
Ole Geisen
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Pending 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 or as part of an additive manufacturing process.
  • the method relates in particular to the provision of data or information for the selective irradiation of a powder layer in additive production.
  • the present invention further relates to a corresponding additive manufacturing method and to a component produced according to this method. Furthermore, the ahead ⁇ invention relates to a computer program or computer program product and a corresponding computer-readable medium.
  • Generative or additive processes for the production of components include, for example as powder bed processes, selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM).
  • SLM selective laser melting
  • SLS laser sintering
  • EBM electron beam melting
  • LMD Laser deposition welding
  • additive manufacturing A method for selective laser melting is known, for example, from EP 2 601 006 B1.
  • Additive manufacturing processes (“additive manufacturing”) have proven to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree-designed components, for example labyrinth-like structures, cooling structures and / or lightweight structures Chain of process steps advantageous because a manufacturing or manufacturing step ei ⁇ nes component can be done directly on the basis of a corresponding CAD file.
  • additive manufacturing has hitherto been particularly advantageous for the development or production of prototypes which can not or can not be produced efficiently by means of conventional subtractive or machining processes or casting technology.
  • the component as described herein is preferred ⁇ for use in a turbomachine, vorzugswei ⁇ se provided in the hot gas path of a gas turbine.
  • the component preferably consists of a nickel-base or superalloy, in particular a nickel- or cobalt-based superalloy, or comprises such an alloy.
  • the alloy can furthermore preferably be precipitation-hardened, oxidation-hardened and / or dispersion-hardened.
  • the additive production requires the selective irradiation of a powder layer with preferably predefined irradiation or production parameters.
  • the corresponding parameters must be selected at least partially depending on the geometry of the component.
  • the parameters with respect to an optimal material structure - such as surface quality, hot crack susceptibility - to vary the component. This is particularly the case, since heat input into or heat dissipation from a molten bath during additive production is dependent on the current (lateral) position or region or layer to be solidified.
  • those production parameters which are to be selected for the production or irradiation of a contour of the component must be specifically adapted to whether the new or currently to be solidified component layer is supported by an underlying (constructed or manufactured) structure or, for example projects laterally beyond this or overhangs.
  • some "design freedom" for example, of selective melting drive, is the additive producing overhanging structures of the described components known to be a major challenge.
  • the component contour of a built-up and / or layer to be consolidated for the component often includes so-called “downskin areas” or overhangs, together with “upskin” areas, which are supported by an underlying layer.
  • a component contour in a upSkin area preferably has vertical walls or Kon ⁇ structures which extend, for example, parallel to the assembly direction of the component.
  • the parameters mentioned characterize preferably so-called vectors for the irradiation of the component, or an irradiation or exposure trajectory or a corresponding path, according to which an energy beam, for example a laser beam, is passed over the powder bed in order to selectively and correspondingly provide corresponding starting powder to solidify the desired geometry of the component.
  • the energy beam can be meandered over the powder bed to remelt and solidify the largest possible area.
  • Individual irradiation paths, which may belong to the vector are preferably only slightly separated from each other, so that a molten bath reaches the entire surface of the powder bed to be melted, and possibly so that an adjacent, already solidified web or track is at least partially remelted.
  • Irradiations contour at the edge of the respective layer are ⁇ additionally to the irradiation of a component layer in the inside, as described above, it is necessary or advantageous.
  • the different vectors for example “downskin” or “upskin” are provided with their own parameters.
  • a repeated "ignition”, "Anfah ⁇ Ren” and / or adjusting the required for the solidification irradiation device is necessary.
  • One aspect of the present invention relates to a method for providing data or information for the selective irradiation of a powder layer in additive manufacturing, comprising providing a predefined component geometry, for example in the form of a CAD file, for the component.
  • the method further includes dividing the component geometry into at least a first device layer and an overlying second component layer for additive Her ⁇ position, wherein a contour of the second component layer is de ⁇ ckungsver Kunststoffen or incongruent of a contour of the first component layer.
  • a contour of the second component layer is de ⁇ ckungsver Kunststoffen or incongruent of a contour of the first component layer.
  • the method further comprises continuously or ste ⁇ term defining at least one production parameter for an additive manufacturing of the second component layer in the loading rich of a molten bath or a heat-affected zone, for example, a contour of the first (underlying) component layer.
  • the parameter is preferably defined continuously or continuously in those areas where the contours (the first and second component layers ⁇ ) intersect over the width of the molten bath.
  • Said method is preferably a computer-implemented method. That is to say, that at least some process steps described in this connection are partially or completely carried out by means of general verar ⁇ processing. Preferably, the process steps of dividing the component geometry and the continuous defining the at least one herstel ⁇ lung parameters (as described) are partially or completely carried out by means of data processing.
  • the Ready ⁇ make the component geometry can, for example, by other than belonging to the data processing means SUC ⁇ gen, manual, for example, by fully or partially benut ⁇ zer transformeres loading a CAD file or other Informati ⁇ tions or data or by entering.
  • a higher Rothproduk- is advantageously faster tivity by exposing the contour without interrup ⁇ deviations possible.
  • Ver ⁇ drive the construction of components having a lower Fehlstellen- centers or crack density. Since the edges of the molten bath in the additive preparation with regard to their solidification or reaction kinetics are typically unstable, the continuous definition of the parameter allows a decisive improvement ⁇ Dende or favoring the Schmelzbadkinetik by smooth transitions in the contour irradiation and sämt- lent manufacturing parameters. Thus, the risk of cracking and / or defect formation in additive manufacturing is significantly reduced. This means, in particular in the additive production of high-temperature-loaded components, for example gas turbines, technological advantages.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for producing the component from a powder bed comprising the selective irradiation according to the method described above, wherein the component is irradiated with an energy beam, preferably a laser or electron beam, according to the continuously defined production parameters / or produced additive.
  • an energy beam preferably a laser or electron beam
  • a further aspect of the present invention relates to a component which can be produced or manufactured according to the described production method, comprising a lower density of defects, crack centers and / or a lower probability of forming compared to a conventional component (the prior art) Missing or hot cracks.
  • the component can advantageously be reproduced and improved
  • a further aspect of the present invention relates to a computer program or computer program product comprising instructions which, during the execution of the program by a data processing device (computer), cause it to Process for providing data for the selective irradiation.
  • Another aspect of the present invention relates to a computer program product comprising emerge the data for the selekti ⁇ ve irradiation of the powder layer, which are provided by the method for providing the corresponding data or information for the selective irradiation or out of the described computer program.
  • Another aspect of the present invention relates to a computer-readable medium or storage medium comprising instructions that, when executed by a computing device, cause it to perform the method of providing data for selective irradiation.
  • the computer program described can be stored on the computer-readable medium.
  • the production parameter designates or comprises a geometry of a contour irradiation pattern for the additive production of the component. For example, by selective laser melting - - according to this design from ⁇ the molten bath, which in the selective irradiation of the powder bed to solidify an output ⁇ materials can be generated advantageously conducted stably and continuously over the powder bed. As an advantage, it does not abruptly break the molten bath, which can prevent the described instabilities.
  • referred to or herstel ⁇ development parameter includes a contour manufacturing parameters.
  • referred to or production of parameters comprises at least one radiation parameter or a beam property of the additive producing the construction ⁇ part, for example a parameter selected from: Strah ⁇ lung intensity, energy density, radiation power, Strah ⁇ lung power density, polarization, pulsing and irradiation because length.
  • the irradiation wavelength may be a laser wavelength or, in the case of a particle beam, a de Broglie wavelength. According to this Substituted ⁇ staltung, in addition to the described advantages of the preceding embodiment of the entire additive philosophicalpro- process based on the irradiation parameters continuously, that is for example, without discontinuities in or discontinuities, are performed.
  • referred to or herstel ⁇ development parameter includes a contour of the irradiation parameters.
  • the continuous defining comprises a plurality of manufacturing parameters comprising at least one parameter selected from: heat input, melt pool width, beam offset, irradiation speed, size of a
  • particularly advantageous sämtli ⁇ che can be continuously defined to be selected or selectable parameters or adapted for the additive construction of the component. The number of parameters can easily exceed 100.
  • the second component layer has an area that overhangs or protrudes beyond the first component layer.
  • the overhanging region for example, from a standard production parameter set (for example, 90 ° contours or 90 ° walls) deviating overhang production parameters are assigned.
  • the second component layer has a supported region which lies within the contour of the first component layer and, for example, from this
  • the supported region is assigned, for example, support production parameters deviating from the standard production parameter set.
  • the component geometry is subdivided into a plurality of component layers arranged one above the other, for example, in a number between 1000 and 10000 component layers.
  • production parameters of at least some of these component layers in the region of a molten bath or a heat-affected zone of a contour of a respectively underlying component layer are continuously defined.
  • the method is or comprises a CAM method for preparing the additive production of the component.
  • Embodiments, features and / or advantages that relate herein to the method for providing data for the selective irradiation, the additive manufacturing process, the component which Computerpro ⁇ program [product] or the computer readable medium may further relate to and vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a part of a component during its additive production.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of at least one
  • FIG. 3 shows a detailed view of a region of the plan view from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view analogous to FIG. 2, by means of which method steps according to the invention are interpreted.
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram, which according to the invention indicates method steps.
  • identical or similar elements in each case with the same padszei ⁇ surfaces may be provided.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be regarded as true to scale, but individual elements, for better representation and / or better understanding exaggerated be shown thick or large.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view or side view of at least one part of an additive component 10 to be produced.
  • the component 10 is preferably indicated during its additive, generative or layered production, with a first layer S1 and one arranged along the construction direction AR above the first layer second layer S2 was already selectively irradiated by an irradiation device (not explicitly indicated) and thus solidified and produced.
  • the solidification for example by a laser or
  • Electron beam (compare SLM and EBM method) is preferably carried out by selective solidification of a base material of a powder bed 2.
  • the first layer Sl is thereby materially connected to an underlying substrate or ei ⁇ ner construction platform 1 or welded. This is done by rasterizing the starting material or the powder bed 2, for example in rows or meanders, with the energy beam, for example a laser beam. It is with the beam a molten bath over the surface of the Led powder bed, which immediately solidifies after passing the La ⁇ sers to a newly constructed component layer.
  • the finished component 10 preferably comprises the layers S1, S2 and all other layers to be built thereon, up to the layer SN (indicated by dashed lines).
  • the component is preferably a hot gas path of a Gastur ⁇ bine-applied, high-temperature-stable component.
  • Demgeß are already made special demands on the powder ⁇ bed 2 forming starting material.
  • the starting materials ⁇ rial preferably refers to a precipitation-hardened, and especially high-temperature and - due to its crack-prone ⁇ ness difficult to weld - superalloy, such as egg ner nickel-based alloy.
  • the low-defect possible Aufschmel ⁇ zen / welding which is required for the additive built, already provides for simple geometries because of participating in the additive building process high temperature gradients and complicated reaction kinetics foal of a particular challenge and one of the key constraints in the establishment of additively manufactured withstand high temperatures Components represent.
  • the layer S1 has preferably been coated in the context of an SLM or EBM process with a further layer of powder or starting material, which was then irradiated according to the geometry of the component and solidified in the form of the layer S2.
  • the geometry of the component 10 requires in this case that the layer S2 (not labeled ex ⁇ plicitly) protrudes laterally at the edge of the component 10 over the layer Sl in an overhanging portion or overhang portion UB. Since an angle of less than 45 ° (see Fig. 1) of an overhanging area in the additive production of the components described are not or only extremely difficult to implement, the overhanging area UB is, for example, in comparison to a supported or supporting area SB, in which the layer S2 is completely ge ⁇ supported by the layer Sl, small or narrow. For example, the overhanging area UB at the right edge of the component 10 in FIG. 1 is accordingly to be built up or irradiated with different production parameters or irradiation parameters than the left edge of the component which is completely supported by the layer S1.
  • Figure 2 indicates in plan view that described in Figure 1 component or a single component layer to a ⁇ irradiation pattern or contour irradiation vectors for the construction of the component additive 10th
  • the line A indicates a contour of the first layer Sl.
  • the dashed line B indicates a contour of the second layer S2 lying above the first layer.
  • the second layer S2 is thus different from the first layer Sl or incongruent to this.
  • Production parameters for example irradiation parameters are, by default, and depending on whether an overhang contour (see FIG. UB), a standard contour or standard wall or a fully-supported Be ⁇ rich (see FIG. SB) to be irradiated (not explicitly identified), selected to be different.
  • the said production parameter may additionally include as irradiation parameters, for example, a radiation intensity, energy density, radiation power, radiation power density, polarization, pulsation or an irradiation wavelength.
  • irradiation parameters for example, a radiation intensity, energy density, radiation power, radiation power density, polarization, pulsation or an irradiation wavelength.
  • an amount of one of the described parameters in the overhanging region may, for example, be chosen to be greater or less than the amount of the same parameter in the supported region to achieve optimum structural or surface quality of the component 10.
  • the optimum adjustment thereof or other parameters is very sensitive, since, for example, a too large or too small selected radiation power can locally already lead to a greatly increased density of defects, porosities or crack centers or "crack germs".
  • a production parameter may contain specific parameters of an additive manufacturing plant (not explicitly indicated) in FIG general, for example, heat input, Schmelzbadbreite, beam offset, irradiation speed, size of a beam cross section on the powder bed, Irradationwin ⁇ angle, flow rate or flow velocity of a protective gas flow, conditions of the protective gas flow regulating gas valves, ambient pressure or even an alloy composition of the powder.
  • the number of parameters is necessary can be described adequately by an additive manufacturing process umfas ⁇ transmitted or reproduced easily exceed the number of 100, as will be apparent from the examples described above. Each of these quantities can be understood here as a production parameter.
  • contour B i. in the regions X, which intersect or intersect the molten bath of the underlying layer Sl or its edge contour, consequently describe an abrupt step in the irradiation pattern and thus also in all production parameters.
  • FIG. 3 shows a detail view of the plan view from FIG. 2 (upper left corner). It can be seen that in the region of the molten bath or zone, which in this case has a width ⁇ of 500 ym or less, for example 200 ym, a jump occurs both in the contour B (shown in solid line in FIG. 2) and consequently, of course also occurs in the corresponding irradiation and Heinrichspa ⁇ parameters. This jump leads to unfavorable structural results of the
  • Component 10 in particular the layer S2, since neither the contour nor the over the range X to be elected manufacturing or coating parameters are continuously defined.
  • the jump and the said discontinuity in the Konturbe ⁇ radiation or the speaking production parameters occurs as in Figure 3 indicated preferably in the range X of the layer Sl, so that the area on which the layer S2 separates the overhanging area UB from the supporting area SB.
  • FIG. 4 shows a situation comparable to that of FIG. 2, whereas, however, method steps according to the invention have been used in order to prevent the described discontinuity and the associated disadvantages.
  • the contour A is drawn with the region X surrounding it (slightly rotated to the right in comparison to FIG. 2).
  • the contour B is also shown in dashed lines in at least a similar manner as in FIG.
  • the irradiation together with the corresponding production parameters preferably behaves as in FIG. 2 or known in the prior art.
  • the regions X in which - as can be seen from FIG.
  • a specific irradiation vector (contour irradiation) is now defined in the region of the molten bath of the contour of an underlying layer (compare layer S1).
  • the component 10 may be due to the presence in this area continuously defined irradiation vectors not only irradiation vectors, such as the radiation Leis ⁇ tung-tight, radiation wavelength or laser power, son ⁇ countries, for example, gradually and steadily defined or adjusted, according to which, Finally, it is also built to use the advantages of the invention.
  • the (gradual) adjustment takes place preferably (but not not ⁇ sarily) directly to the those parameters accordingly be established over layer (see layer S2), which are selected in the overhanging portion UB and the supporting region SB.
  • layer S2 which are selected in the overhanging portion UB and the supporting region SB.
  • This in contrast to jumps or discontinuities in the contour irradiation and the corresponding production parameters for the additive process, has decisive advantages, such as a higher productivity through faster exposure of the contour without interruptions, fewer defects or crack centers, since a "beginning" and "end” of the molten bath (compare the area X) can not be performed but unstable kon ⁇ continuously and stably. episode are white ⁇ terhin an improved structure, surface quality and improved dimensional stability for the component 10.
  • SSE method for additive manufacturing of the component 10 comprises the division of a corresponding part geometry into a plurality of superposed layers component Sl, S2 to SN. This can correspond to a number between 1000 and 10000 component layers, production parameters HP of at least some of these component layers in the region X of the molten bath of a contour of a respective underlying component layer S1 being continuously defined as described.
  • the finished component 10 preferably comprises a lower density of imperfections, crack centers and / or a lower probability of forming defects or hot cracks in comparison to a component of the prior art or a conventionally produced component.
  • Figure 5 indicates reference to a schematic flowchart Ver ⁇ method steps of the inventive method:
  • the method is preferably a method for providing Stel ⁇ len data for the selective irradiation of a powder layer in the additive manufacturing.
  • the inventive method preferably describes a part of an additive manufacturing process itself. This comprises drive ⁇ Ver, a), providing a predefined Component geometry for the component 10 (see layers Sl, S2 to SN in Figure 1).
  • the component geometry is preferably ⁇ given by a CAD file or corresponding design ⁇ data. Alternatively, the component geometry may be digitized by a measurement of an already exist ⁇ the component 10 are provided.
  • the method further comprises, b), further subdividing the component geometry 10 into at least one first component layer S1 and an overlying second component layer S2 for the additive manufacturing, wherein a contour B of the second component layer S2 is congruent to a contour A of the first component layer S1 ( see above) .
  • the subdivision including the following method steps is preferably to be regarded as part of a CAM method for preparing the ad ⁇ ditive production of the component 10.
  • the method further comprises, c) the continuous De ⁇ finishing at least one production parameter HP for an additive manufacturing the second component layer S2 in the range X of a molten bath of the contour A of the first device layer Sl as described above.
  • all described process steps are carried out, optionally, up to the physical actual structure of the component itself, by means for verarbei ⁇ tung, for example, a data processing device or a computer.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes, in particular, any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bereitstellen von Daten für die selektive Bestrahlung einer Pulverschicht in der additiven Herstellung angegeben, das Verfahren umfassend das Bereitstellen einer vordefinierten Bauteilgeometrie für ein Bauteil (10), das Unterteilen der Bauteilgeometrie (10) in mindestens eine erste Bauteilschicht (S1) und eine darüber liegende zweite Bauteilschicht (S2) für die additive Herstellung, wobei eine Kontur (B) der zweiten Bauteilschicht (S2) deckungsverschieden von einer Kontur (A) der ersten Bauteilschicht (S1) ist, und das kontinuierliche Definieren mindestens eines Herstellungsparameters (HP) für eine additive Herstellung der zweiten Bauteilschicht (S2) im Bereich (X) eines Schmelzbades einer Kontur (A) der ersten Bauteilschicht (S1). Weiterhin wird ein entsprechendes Bauteil und Computerprogrammprodukt angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bestrahlen einer Pulverschicht in der additiven Herstellung mit kontinuierlich definierten Herstellungspara- metern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für oder als Teil eines additiven Herstellungsverfahrens. Das Verfahren betrifft insbesondere das Bereitstellen von Daten oder Infor- mationen für die selektive Bestrahlung einer Pulverschicht in der additiven Herstellung.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes additives Herstellungsverfahren sowie ein gemäß diesem Verfahren hergestelltes Bauteil. Weiterhin betrifft die vor¬ liegende Erfindung ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes computerlesbares Medium.
Generative oder additive Verfahren zur Herstellung von Bau- teilen umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) .
Ebenso gehört das Laserauftragschweißen (LMD) zu den additi- ven Verfahren.
Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielsweise bekannt aus EP 2 601 006 Bl . Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufactu- ring") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Ferti- gung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt ei¬ nes Bauteils direkt auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann. Weiterhin ist die additive Fertigung bisher besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche mittels konventioneller subtraktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können.
Das Bauteil wie es vorliegend beschrieben ist, ist vorzugs¬ weise für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugswei¬ se im Heißgaspfad einer Gasturbine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Nickelbasis- oder Superlegie- rung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Super- legierung oder umfasst eine solche Legierung. Die Legierung kann weiterhin vorzugsweise ausscheidungsgehärtet, oxidati- ons- und/oder dispersionsgehärtet sein.
Die additive Herstellung erfordert das selektive Bestrahlen einer Pulverschicht mit vorzugsweise vordefinierten Bestrah- lungs- oder Herstellungsparametern. Die entsprechenden Parameter müssen zumindest teilweise abhängig von der Geometrie des Bauteils gewählt werden. Abhängig davon, ob ein Randbe¬ reich bzw. eine Kontur des Bauteils oder für das Bauteil ak¬ tuell bestrahlt wird oder ein innenliegender Bereich, sind die Parameter hinsichtlich einer optimalen Materialstruktur - beispielsweise Oberflächengüte, Heißrissanfälligkeit - des Bauteils zu variieren. Dies ist insbesondere der Fall, da ein Wärmeeintrag in oder eine Wärmedissipation aus einem Schmelzbad heraus während der additiven Herstellung von der aktuellen (lateralen) Position oder des zu verfestigenden Bereichs oder der entsprechenden Schicht abhängig sind.
Zusätzlich müssen insbesondere diejenigen Herstellungsparame¬ ter, welche für die Herstellung oder Bestrahlung einer Kontur des Bauteils zu wählen sind, spezifisch dahingehend angepasst werden, ob die neue oder aktuell zu verfestigenden Bauteil- schicht von einer darunterliegenden (aufgebauten oder hergestellten) Struktur gestützt wird oder beispielsweise über diese lateral hinausragt oder überhängt. Trotz einer gewissen „Design-Freiheit" beispielsweise von selektiven Schmelzver- fahren, stellt das additive Herstellen von überhängen Strukturen der beschriebenen Bauteile bekanntlich eine große Herausforderung dar. Überhängende Bereiche des Bauteils, insbe¬ sondere solche mit einem Überhangwinkel von mehr als 45° sind mittels SLM oder EBM beispielsweise nur äußerst schwierig oder gar nicht herstellbar.
Insbesondere die Bauteilkontur einer aufgebauten und/oder zu verfestigenden Schicht für das Bauteil beinhaltet geometrie- bedingt oft sogenannte „Downskin-Bereiche" oder Überhänge, zusammen mit „Upskin"-Bereichen, welche von einer darunterliegenden Schicht gestützt sind. Eine Bauteilkontur in einem Upskin-Bereich weist vorzugsweise senkrechte Wände oder Kon¬ turen auf, welche beispielsweise parallel zur Aufbaurichtung des Bauteils verlaufen.
Je nachdem welche Kontur das Bauteil gemäß seiner Geometrie gerade aufweisen soll, werden dementsprechend unterschiedli¬ che Herstellungs- oder Bestrahlungsparameter zugeordnet.
Die genannten Parameter charakterisieren vorliegend vorzugsweise sogenannte Vektoren für die Bestrahlung des Bauteils, oder eine Bestrahlung- oder Belichtungstraj ektorie bzw. einen entsprechenden Pfad, gemäß dem ein Energiestrahl, beispiels- weise einen Laserstrahl, über das Pulverbett geführt wird, um entsprechendes Ausgangspulver selektiv und entsprechend der gewünschten Geometrie des Bauteils zu verfestigen. Der Energiestrahl kann dabei mäanderförmig über das Pulverbett geführt werden, um eine möglichst große Fläche umzuschmelzen und zu verfestigen. Einzelne Bestrahlungsbahnen, welche zu dem Vektor gehören können, sind dabei vorzugsweise nur geringfügig voneinander beabstandet, sodass ein Schmelzbad die gesamte aufzuschmelzende Fläche des Pulverbettes erreicht, und ggf. so, dass eine benachbarte, bereits erstarrte Bahn oder Spur zumindest teilweise wiederaufgeschmolzen wird. Zu¬ sätzlich zu der Bestrahlung einer Bauteilschicht im Inneren sind, wie oben beschrieben, Konturbestrahlungen am Rand der jeweiligen Schicht erforderlich oder vorteilhaft. Üblicherweise werden die unterschiedlichen Vektoren (beispielsweise „downskin" oder „upskin" mit eigenen Parametern versehen. Dies führt zu einer ungünstigen unterbrochenen, unstetigen oder diskontinuierlichen Konturbestrahlung und somit zu ineffizient langen Prozess- oder Aufbauzeiten und zusätzlich zu Instabilitäten im Schmelzbad während der Pulververfestigung, da beispielsweise bei jeder Unterbrechung oder Änderung im Bestrahlungspfad ein wiederholtes „Zünden", „Anfah¬ ren" und/oder Justieren der für die Verfestigung benötigten Bestrahlungsvorrichtung notwendig ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welche die beschriebenen Schwierigkeiten oder Probleme lösen, insbesondere die Strukturqualität von additiv hergestellten Bauteilen entscheidend verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge¬ genstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Daten bzw. Informationen für die selektive Bestrahlung einer Pulverschicht in der additiven Herstellung, umfassend das Bereitstellen einer vordefinierten Bauteilgeometrie, beispielsweise in Form einer CAD-Datei, für das Bauteil.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Unterteilen der Bauteilgeometrie in mindestens eine erste Bauteilschicht und eine darüber liegende zweite Bauteilschicht für die additive Her¬ stellung, wobei eine Kontur der zweiten Bauteilschicht de¬ ckungsverschieden oder inkongruent von einer Kontur der ersten Bauteilschicht ist. Mit anderen Worten gibt es mindestens einen „upskin" oder „downskin"-Bereich .
Das Verfahren umfasst weiterhin das kontinuierliche oder ste¬ tige Definieren mindestens eines Herstellungsparameters für eine additive Herstellung der zweite Bauteilschicht im Be- reich eines Schmelzbades bzw. einer wärmebeeinflussten Zone beispielsweise einer Kontur der erste (darunterliegenden) Bauteilschicht. Mit anderen Worten wird der Parameter vorzugsweise kontinuierlich oder stetig in denjenigen Bereichen definiert, wo die Konturen (der erste und zweite Bauteil¬ schicht) sich über die Breite des Schmelzbades schneiden.
Das genannte Verfahren ist vorzugsweise ein computerimplementiertes Verfahren. Das soll heißen, dass zumindest einige in diesem Zusammenhang beschriebenen Verfahrensschritte teilweise oder vollständig durch allgemeine Mittel zur Datenverar¬ beitung ausgeführt werden. Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte des Unterteilens der Bauteilgeometrie und des kontinuierlichen Definierens des mindestens einen Herstel¬ lungsparameters (wie beschrieben) teilweise oder vollständig durch Mittel zur Datenverarbeitung ausgeführt. Das Bereit¬ stellen der Bauteilgeometrie kann dabei beispielsweise auch durch andere als zur Datenverarbeitung gehörige Mittel erfol¬ gen, beispielsweise durch vollständig oder teilweise benut¬ zergesteuertes Laden einer CAD-Datei oder weiterer Informati¬ onen oder Daten oder durch manuelle Eingabe.
Der Ausdruck „computerimplementiertes Verfahren" ist insbe¬ sondere nicht so zu verstehen, dass sämtliche Verfahrens- schritte vollständig durch allgemeine Mittel zur Datenverar¬ beitung ausgeführt werden müssen.
Durch die beschriebene Erfindung, insbesondere das genannte Verfahren, wird vorteilhafterweise eine höhere Prozessproduk- tivität durch schnelleres Belichten der Kontur ohne Unterbre¬ chungen ermöglicht. Weiterhin erlaubt das beschriebene Ver¬ fahren den Aufbau von Bauteilen mit einer geringeren Fehlstellen- oder Risszentrendichte. Da Ränder des Schmelzbades in der additiven Herstellung hinsichtlich ihrer Erstarrungs- oder Reaktionskinetik üblicherweise instabil sind, erlaubt die kontinuierliche Definition der Parameter eine entschei¬ dende Verbesserung oder Begünstigung der Schmelzbadkinetik durch fließende Übergänge in der Konturbestrahlung und sämt- liehen Herstellungsparametern. Somit wird das Risiko einer Riss- und/oder Defektbildung in der additiven Herstellung entscheidend vermindert. Dies bedeutet insbesondere in der additiven Herstellung von hochtemperaturbelasteten Komponen- ten, beispielsweise von Gasturbinen, bahnbrechende Vorteile.
Weiterhin wird mit dem beschriebenen Mitteln die Oberflächenqualität der Bauteile, auch umfassend innenliegende Oberflä¬ chen, entscheidend verbessert.
Es wird mit anderen Worten ein Potenzial geschaffen, die additive Herstellung reproduzierbar und/oder überhaupt anwendbar für die Serienfertigung von hochtemperaturbelasteten Komponenten zu machen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Herstellen des Bauteils aus einem Pulverbett, umfassend das selektive Bestrahlen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, wobei das Bauteil gemäß der kontinu- ierlich definierten Herstellungsparameter mit einem Energiestrahl - vorzugsweise einem Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt und/oder additiv hergestellt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, welches gemäß dem beschriebenen Herstellungsverfahren herstellbar oder hergestellt ist, umfassend, im Vergleich zu einem konventionellen Bauteil (des Standes der Technik) eine geringere Dichte von Fehlstellen, Risszentren und/oder eine geringere Wahrscheinlichkeit zur Ausbildung von Fehl- stellen oder Heißrissen. Dadurch kann das Bauteil vorteilhafterweise reproduzierbarer und mit einer verbesserten
Struktur und Maßhaltigkeit hergestellt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt umfassend Be¬ fehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Daten¬ verarbeitungseinrichtung (Computer) diese veranlassen, das Verfahren zum Bereitstellen von Daten für die selektive Bestrahlung auszuführen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend die Daten für die selekti¬ ve Bestrahlung der Pulverschicht, welche durch das Verfahren zum Bereitstellen der entsprechenden Daten oder Informationen für die selektive Bestrahlung bereitgestellt werden bzw. aus dem beschriebenen Computerprogramm hervorgehen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium oder Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Datenverarbeitungseinrichtung diese veranlassen, das Verfahren zum Bereitstellen von Daten für die selektive Bestrahlung auszuführen. Das beschriebene Computerprogramm kann auf dem computerlesbaren Medium gespeichert sein.
In einer Ausgestaltung bezeichnet oder umfasst der Herstel- lungsparameter eine Geometrie eines Konturbestrahlungsmusters für die additive Herstellung des Bauteils. Gemäß dieser Aus¬ gestaltung kann das Schmelzbad, welches bei der selektiven Bestrahlung des Pulverbettes zur Verfestigung eines Ausgangs¬ materials - beispielsweise durch selektives Laserschmelzen - generiert wird mit Vorteil stabil und kontinuierlich über das Pulverbett geführt werden. Als Vorteil wird es Schmelzbad nicht abrupt abgebrochen, wodurch die beschriebenen Instabilitäten verhindert werden können. In einer Ausgestaltung bezeichnet oder umfasst der Herstel¬ lungsparameter einen Konturherstellungsparameter.
In einer Ausgestaltung bezeichnet oder umfasst der Herstellungsparameter mindestens einen Bestrahlungsparameter oder eine Strahleigenschaft für die additive Herstellung des Bau¬ teils, beispielsweise einen Parameter ausgewählt aus: Strah¬ lungsintensität, Energiedichte, Strahlungsleistung, Strah¬ lungsleistungsdichte, Polarisation, Pulsung und Bestrahlungs- weilenlänge. Bei der Bestrahlungswellenlänge kann es sich um eine Laserwellenlänge oder - im Falle eines Teilchenstrahls - um eine De-Broglie-Wellenlänge handeln. Gemäß dieser Ausge¬ staltung kann zusätzlich zu den beschriebenen Vorteilen der vorhergehenden Ausgestaltung der gesamte additiven Aufbaupro- zess anhand der Bestrahlungsparameter kontinuierlich, d.h. beispielsweise ohne Unstetigkeiten in oder Diskontinuitäten, durchgeführt werden. In einer Ausgestaltung bezeichnet oder umfasst der Herstel¬ lungsparameter einen Konturbestrahlungsparameter.
In einer Ausgestaltung umfasst das kontinuierliche Definieren eine Vielzahl von Herstellungsparametern, umfassend zumindest einen Parameter gewählt aus: Wärmeeintrag, Schmelzbadbreite, Strahlversatz, Bestrahlungsgeschwindigkeit, Größe eines
Strahlquerschnitts auf dem Pulverbett, Bestrahlungswinkel, Flussrate- bzw. Flussgeschwindigkeit einer Schutzgasströmung, Zustände von die Schutzgasströmung regelnden Gasventilen, Um- gebungsdruck und Legierungszusammensetzung eines Pulvers. Gemäß dieser Ausgestaltung können besonders vorteilhaft sämtli¬ che für den additiven Aufbau des Bauteils zu wählende oder wählbare Parameter kontinuierlich definiert oder angepasst werden. Die Anzahl der Parameter kann leicht 100 übertreffen.
In einer Ausgestaltung weist die zweite Bauteilschicht einen über die erste Bauteilschicht überhängenden oder hinausragenden Bereich auf. In einer Ausgestaltung werden dem überhängenden Bereich, beispielsweise von einem Standardherstellungsparametersatz (beispielsweise für 90° Konturen oder 90° Wände) abweichende, Überhangherstellungsparameter zugeordnet . In einer Ausgestaltung weist die zweite Bauteilschicht einen gestützten Bereich auf, welcher innerhalb der Kontur der erste Bauteilschicht liegt und beispielsweise von dieser
beabstandet ist. In einer Ausgestaltung werden dem gestützten Bereich, beispielsweise von dem Standardherstellungsparametersatz abweichende, Stützungsherstellungsparameter zugeordnet.
In einer Ausgestaltung wird die Bauteilgeometrie in eine Vielzahl von übereinander angeordneten Bauteilschichten unterteilt, beispielsweise in eine Anzahl zwischen 1000 und 10000 Bauteilschichten.
In einer Ausgestaltung werden Herstellungsparameter von zumindest einigen dieser Bauteilschichten im Bereich eines Schmelzbades oder einer wärmebeeinflussten Zone einer Kontur einer jeweils darunterliegenden Bauteilschicht kontinuierlich definiert.
In einer Ausgestaltung ist oder umfasst das Verfahren ein CAM Verfahren zur Vorbereitung der additiven Herstellung des Bauteils.
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren zum Bereitstellen von Daten für die selektive Bestrahlung beziehen, können ferner das additive Herstellungsverfahren, das Bauteil, das Computerpro¬ gramm [produkt ] oder das computerlesbare Medium betreffen und umgekehrt .
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Bauteils während seiner additiven Herstellung.
Figur 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf zumindest einen
Teil eines Bauteils, anhand der die selektive Be¬ strahlung für die additive Herstellung des Bauteils angedeutet wird. Figur 3 zeigt eine Detailansicht eines Bereichs der Aufsicht aus Figur 2.
Figur 4 zeigt eine zur Figur 2 analoge schematische Aufsicht, anhand derer erfindungsgemäße Verfahrensschritte an¬ gedeutet werden.
Figur 5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, welches erfindungsgemäß Verfahrensschritte andeutet. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine schematische Schnitt- bzw. Seitenansicht zumindest eines Teils eines additiv herzustellenden Bauteils 10. Das Bauteil 10 ist vorzugsweise während seiner additiven, generativen oder schichtweisen Herstellung angedeutet, wobei eine erste Schicht Sl sowie eine entlang einer Aufbaurichtung AR über der erste Schicht angeordneten zweite Schicht S2 be- reits von einer Bestrahlungseinrichtung (nicht explizit gekennzeichnet) selektiv bestrahlt und demgemäß verfestigt und hergestellt wurde.
Die Verfestigung, beispielsweise durch einen Laser oder
Elektronenstrahl (vergleiche SLM- und EBM-Verfahren) erfolgt vorzugsweise durch selektives Verfestigen eines Basismaterials aus einem Pulverbett 2. Die erste Schicht Sl wird dabei Stoffschlüssig mit einem darunterliegenden Substrat oder ei¬ ner Bauplattform 1 verbunden oder verschweißt. Dies ge- schieht, indem das Ausgangsmaterial oder das Pulverbett 2, beispielsweise reihen- oder mäanderförmig, mit dem Energiestrahl, beispielweise einem Laserstrahl gerastert wird. Dabei wird mit dem Strahl ein Schmelzbad über die Oberfläche des Pulverbettes geführt, welches nach dem Vorbeiführen des La¬ sers sofort zu einer neu aufgebauten Bauteilschicht erstarrt.
Das fertige Bauteil 10 umfasst vorzugsweise die Schichten Sl, S2 und alle weiteren darauf aufzubauenden Schichten, bis hin zur Schicht SN (gestrichelt gekennzeichnet) .
Das Bauteil ist vorzugsweise ein im Heißgaspfad einer Gastur¬ bine angewendetes, hochtemperaturbelastbares Bauteil. Demge- maß sind bereits besondere Anforderungen an das das Pulver¬ bett 2 bildende Ausgangsmaterial gestellt. Das Ausgangsmate¬ rial bezeichnet vorzugsweise eine ausscheidungsgehärtete und besonders hochwarmfeste und - aufgrund seiner Rissanfällig¬ keit schwer schweißbaren - Superlegierung, beispielsweise ei- ner Nickelbasislegierung. Das möglichst defektarme Aufschmel¬ zen/Aufschweißen, welches für den additiven Aufbau erforderlich ist, stellt bereits bei einfachen Geometrieen aufgrund der im additiven Aufbauprozess beteiligten hohen Temperaturgradienten und komplizierten Reaktionskinetik eine besondere Herausforderung und eine der maßgeblichen Einschränkungen in der Etablierung von additiv hergestellten hochtemperaturbe- lastbaren Komponenten dar.
Eine weitere Schwierigkeit entsteht, wenn zusätzlich kompli- zierte Bauteilgeometrieen in der additiven Herstellung zu realisieren sind.
Die Schicht Sl ist vorzugsweise im Rahmen eines SLM- oder EBM-Prozesses mit einer weiteren Schicht von Pulver oder Aus- gangsmaterial beschichtet worden, welches anschließend gemäß der Geometrie des Bauteils bestrahlt und in Form der Schicht S2 verfestigt wurde.
Die Geometrie des Bauteils 10 erfordert in dem vorliegenden Fall, dass die Schicht S2 am Rand des Bauteils 10 (nicht ex¬ plizit gekennzeichnet) über die Schicht Sl seitlich in einem überhängenden Bereich oder Überhangbereich UB hinausragt. Da ein Winkel von weniger als 45° (vgl. Fig. 1) eines überhängenden Bereichs in der additiven Herstellung der beschriebenen Komponenten nicht oder nur äußerst schwierig realisierbar sind, ist der überhängende Bereich UB beispielweise im Vergleich zu einem gestützten oder stützenden Bereich SB, in welchem die Schicht S2 vollständig durch die Schicht Sl ge¬ stützt wird, klein oder schmal. Der überhängende Bereich UB ist am rechten Rand des Bauteils 10 in Figur 1 beispielsweise demgemäß mit unterschiedlichen Herstellungsparametern oder Bestrahlungsparameter aufzubauen bzw. zu bestrahlen, als der linke Rand des Bauteils, welcher vollständig von der Schicht Sl gestützt wird.
Figur 2 deutet in Aufsicht auf das in Figur 1 beschriebene Bauteil bzw. einer einzelnen Bauteilschicht ein Bestrahlungs¬ muster bzw. Konturbestrahlungsvektoren für den additiven Aufbau des Bauteils 10 an.
Die Linie A deutet eine Kontur der erste Schicht Sl an.
Die gestrichelte Linie B deutet hingegen eine Kontur der zweiten, über der ersten Schicht liegenden Schicht S2 an. Die zweite Schicht S2 ist also deckungsverschieden von der ersten Schicht Sl oder inkongruent zu dieser. In der Aufsicht der Figur 2 gibt es allerdings Bereiche, die sich überdecken, so¬ dass die Schicht 2, angedeutet durch die Kontur B, gestützte als auch überhängende Bereiche beschreibt. Mit anderen Worten definiert die Kontur B relativ zu der Kontur A die Geometrie¬ änderung des Bauteils 10 entlang einer Aufbaurichtung AR (in Figur 2 betrachtet aus der Papierebene heraus) .
In konstantem Abstand zu der Linie A ist mit ähnlichem Verlauf der Kontur A ein Bereiche X des Schmelzbades während der additiven Herstellung bzw. einer wärmebeeinflussten Zone die nicht unbedingt vollständig aufgeschmolzen werden muss, ange¬ deutet. In dem Bereich X des Schmelzbades ist die Kontur oder Linie B unterbrochen gezeigt, was andeuten soll, dass in die¬ sem Bereich X konventionell Unterbrechungen oder Unstetigkeiten in jeglichen Herstellungsparametern vorliegen. Dies hat negative Auswirkungen auf die Struktur des Bauteils 10. In dem oben beschriebenen gestützten oder stützenden Bereich SB ist die Linie B gepunktet dargestellt, was andeuten soll, das in diesem Bereich die Schicht S2 vollständig von der Schicht Sl getragen wird. Demgegenüber ist die Kontur B in einem überhängenden Bereich UB (der Schicht S2 relativ zur Schicht Sl) gestrichelt ge¬ kennzeichnet .
Herstellungsparameter, beispielweise Bestrahlungsparameter, werden standardmäßig und abhängig davon, ob eine Überhangkontur (vgl. UB) , eine Standardkontur oder Standardwand (nicht explizit gekennzeichnet) oder ein vollständig gestützter Be¬ reich (vgl. SB) bestrahlt werden soll, unterschiedlich gewählt .
Der genannte Herstellungsparameter kann zusätzlich als Bestrahlungsparameter beispielsweise eine Strahlungsintensität, Energiedichte, Strahlungsleistung, Strahlungsleistungsdichte, Polarisation, Pulsung oder eine Bestrahlungswellenlänge be- treffen. Demgemäß kann ein Betrag von einem der beschriebenen Parameter in dem überhängenden Bereich beispielsweise größer oder kleiner als der Betrag des gleichen Parameters in dem gestützten Bereich gewählt werden, um zu einer optimalen Struktur- oder Oberflächenqualität des Bauteils 10 zu gelan- gen. Die optimale Einstellung dieser oder weitere Parameter ist sehr sensibel, da beispielsweise eine zu groß oder zu klein gewählte Strahlungsleistung lokal bereits zu einer stark erhöhten Dichte von Fehlstellen, Porositäten oder Risszentren oder „Risskeimen" führen kann.
Alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Größen kann ein Herstellungsparameter spezifische Parameter einer additiven Herstellungsanlage (nicht explizit gekennzeichnet) im allgemeinen bezeichnen, beispielsweise Wärmeeintrag, Schmelzbadbreite, Strahlversatz, Bestrahlungsgeschwindigkeit, Größe eines Strahlquerschnitts auf dem Pulverbett, Bestrahlungswin¬ kel, Flussrate- bzw. Flussgeschwindigkeit einer Schutzgas- Strömung, Zustände von die Schutzgasströmung regelnden Gasventilen, Umgebungsdruck oder sogar eine Legierungszusammensetzung des Pulvers. Die Anzahl der Parameter, welche nötig ist um einen additiven Herstellungsprozess hinreichend umfas¬ send bzw. reproduzierbar zu beschreiben kann leicht die Zahl von 100 übersteigen, wie anhand der oben beschriebenen Beispiele verdeutlicht wird. Jede dieser Größen kann vorliegend als Herstellungsparameter aufgefasst werden.
Die durchgezogenen Bereiche oder Abschnitte der Kontur B, d.h. in den Bereichen X, welche das Schmelzbad der darunterliegenden Schicht Sl beziehungsweise dessen Randkontur schneiden oder kreuzen, beschreiben folglich eine abrupte Stufe im Bestrahlungsmuster und damit auch in sämtlichen Herstellungsparametern .
Figur 3 zeigt eine Detailansicht der Aufsicht aus Figur 2 (obere linke Ecke) . Es ist zu erkennen, dass im Bereich des Schmelzbades bzw. der wärmebeeinflussten Zone, welches vorliegend eine Breite Δ von 500 ym oder weniger, beispielsweise 200 ym, hat, ein Sprung sowohl in der Kontur B (in Figur 2 durchgezogene dargestellt) und folglich selbstverständlich auch in den entsprechenden Bestrahlungs- und Herstellungspa¬ rametern auftritt. Dieser Sprung führt zu ungünstigen Strukturergebnissen des
Bauteils 10, insbesondere der Schicht S2, da weder die Kontur noch die über den Bereich X hinweg zu wählenden Herstellungsoder Beschichtungsparameter kontinuierlich definiert sind. Der genannte Sprung bzw. die Unstetigkeit in der Konturbe¬ strahlung oder der sprechenden Herstellungsparameter tritt wie in Figur 3 angedeutet vorzugsweise in dem Bereich X der Schicht Sl, also jenem Bereich auf, welcher für die Schicht S2 den überhängenden Bereich UB von dem stützenden Bereich SB trennt .
In Figur 4 ist eine Situation vergleichbar zu derjenigen aus Figur 2 gezeigt, wohingegen jedoch erfindungsgemäße Verfahrensschritte angewendet worden sind, um die beschriebene Un- stetigkeit und die damit verbundenen Nachteile zu verhindern. In Figur 4 ist wieder die Kontur A mit dem sie umgebenden Bereich X eingezeichnet (im Vergleich zur Figur 2 leicht nach rechts verdreht) . Die Kontur B ist ebenfalls in zumindest ähnlicher Weise wie in Figur 2 gestrichelt eingezeichnet. In dem überhängenden Bereich UB und dem stützenden oder gestützten Bereich SB verhält sich die Bestrahlung samt den entsprechenden Herstellungsparametern vorzugsweise so wie in Figur 2 oder im Stand der Technik bekannt. In den Bereichen X, in denen - wie anhand von Figur 3 ersichtlich - üblicherweise ein Sprung in der Konturbestrahlung auftritt, und damit auch eine Unstetigkeit in den Beträgen der Herstellungsparameter, ist nunmehr ein kontinuierlicher Übergang in der Kontur B ge- zeigt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jetzt also ein konkreter Bestrahlungsvektoren (Konturbestrahlung) in dem Bereich des Schmelzbades der Kontur einer darunterliegenden Schicht (vergleiche Schicht Sl) definiert. Zusätzlich können aufgrund der in diesem Bereich vorhandenen kontinuierlich definierten Bestrahlungsvektoren nicht nur Bestrahlungsvektoren, wie beispielsweise die Strahlungsleis¬ tungsdichte, Bestrahlungswellenlänge oder Laserleistung, son¬ dern auch sämtliche oben beschriebenen Herstellungsparameter, beispielsweise graduell und stetig definiert oder angepasst werden, gemäß denen, das Bauteil 10 schließlich auch aufgebaut wird, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu nutzen. Die (graduelle) Anpassung erfolgt vorzugsweise (aber nicht not¬ wendigerweise) direkt an diejenigen Parameter der entspre- chend darüber aufzubauenden Schicht (vergleiche Schicht S2), welche in dem überhängenden Bereich UB und dem stützenden Bereich SB gewählt sind. Dies hat, im Gegensatz zu Sprüngen oder Unstetigkeiten in der Konturbestrahlung und den entsprechenden Herstellungsparametern für den additiven Prozess entscheidende Vorteile, wie beispielsweise eine höhere Produktivität durch schnelleres Belichten der Kontur ohne Unterbrechungen, weniger Fehlstellen oder Risszentren, da ein „Anfang" und "Ende" des Schmelzbades (vergleiche Bereich X) nicht mehr instabil sondern kon¬ tinuierlich und stabil geführt werden können. Folge sind wei¬ terhin eine verbesserte Struktur, Oberflächenqualität und verbesserte Maßhaltigkeit für das Bauteil 10.
Wie anhand von Figur 1 angedeutet umfasst das erfindungsgemä¬ ße Verfahren für die additive Herstellung des Bauteils 10 die Unterteilung einer entsprechenden Bauteilgeometrie in eine Vielzahl von übereinander angeordneten Bauteilschichten Sl, S2 bis hin zu SN. Dies kann einer Anzahl zwischen 1000 und 10000 Bauteilschichten entsprechen, wobei Herstellungsparame¬ ter HP von zumindest einigen dieser Bauteilschichten im Bereich X des Schmelzbades einer Kontur einer jeweils darunter- liegenden Bauteilschicht Sl wie beschrieben kontinuierlich definiert werden.
Das fertig hergestellte Bauteil 10 umfasst im Vergleich zu einem Bauteil des Standes der Technik oder einem konventio- nell hergestellten Bauteil vorzugsweise eine geringere Dichte von Fehlstellen, Risszentren und/oder eine geringere Wahrscheinlichkeit zur Ausbildung von Fehlstellen oder Heißrissen . Figur 5 deutet anhand eines schematischen Flussdiagramms Ver¬ fahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens an:
Das Verfahren ist vorzugsweise ein Verfahren zum Bereitstel¬ len von Daten für die selektive Bestrahlung einer Pulver- schicht in der additiven Herstellung. In diesem Sinne beschreibt das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einen Teil eines additiven Herstellungsverfahrens selbst. Das Ver¬ fahren umfasst, a) , das Bereitstellen einer vordefinierten Bauteilgeometrie für das Bauteil 10 (siehe Schichten Sl, S2 bis hin zu SN in Figur 1) . Die Bauteilgeometrie wird vorzugs¬ weise durch eine CAD-Datei oder entsprechende Konstruktions¬ daten vorgegeben. Alternativ dazu kann die Bauteilgeometrie durch eine digitalisierte Vermessung eines bereits bestehen¬ den Bauteils 10 bereitgestellt werden.
Das Verfahren umfasst, b) , weiterhin das Unterteilen der Bauteilgeometrie 10 in mindestens eine erste Bauteilschicht Sl und eine darüber liegende zweite Bauteilschicht S2 für die additive Herstellung, wobei eine Kontur B der zweiten Bauteilschicht S2 deckungsverschieden von einer Kontur A der ersten Bauteilschicht Sl ist (siehe oben) . Das Unterteilen einschließlich der folgenden Verfahrensschritte ist vorzugs- weise als Teil eines CAM-Verfahrens zur Vorbereitung der ad¬ ditiven Herstellung des Bauteils 10 anzusehen.
Das Verfahren umfasst weiterhin, c) das kontinuierliches De¬ finieren mindestens eines Herstellungsparameters HP für eine additive Herstellung der zweiten Bauteilschicht S2 im Bereich X eines Schmelzbades der Kontur A der ersten Bauteilschicht Sl wie oben beschrieben.
Demgemäß können prinzipiell alle beschriebenen Verfahrens- schritte, gegebenenfalls bis auf den physischen eigentlichen Aufbau des Bauteils selbst, durch Mittel zur Datenverarbei¬ tung, beispielsweise eine Datenverarbeitungseinrichtung oder einen Computer durchgeführt werden. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombi- nation selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen von Daten für die selektive Bestrahlung einer Pulverschicht in der additiven Herstellung umfassend die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen einer vordefinierten Bauteilgeometrie für ein Bauteil (10),
- b) Unterteilen der Bauteilgeometrie (10) in mindestens eine erste Bauteilschicht (Sl) und eine darüber liegende zweite Bauteilschicht (S2) für die additive Herstellung, wobei eine Kontur (B) der zweiten Bauteilschicht (S2) deckungsverschie¬ den von einer Kontur (A) der ersten Bauteilschicht (Sl) ist,
- c) kontinuierliches Definieren mindestens eines Herstel¬ lungsparameters (HP) für eine additive Herstellung der zwei- ten Bauteilschicht (S2) im Bereich (X) eines Schmelzbades ei¬ ner Kontur (A) der ersten Bauteilschicht (Sl), wobei der Herstellungsparameter (HP) eine Geometrie eines Konturbestrahlungsmusters für die additive Herstellung des Bauteils (10) bezeichnet .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Herstellungsparame¬ ter (HP) mindestens einen Bestrahlungsparameter für die additive Herstellung des Bauteils bezeichnet, beispielsweise ei¬ nen Parameter gewählt aus: Strahlungsintensität, Energiedich- te, Strahlungsleistung, Strahlungsleistungsdichte, Bestrah¬ lungswellenlänge .
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das kontinuierliche Definieren einer Vielzahl von Her- Stellungsparametern (HP) , umfassend zumindest einen Parameter gewählt aus: Wärmeeintrag, Schmelzbadbreite, Strahlversatz, Bestrahlungsgeschwindigkeit, Größe eines Strahlquerschnitts auf dem Pulverbett, Bestrahlungswinkel, Flussrate- bzw.
Flussgeschwindigkeit einer Schutzgasströmung, Zustände von die Schutzgasströmung regelnden Gasventilen, Umgebungsdruck, Legierungszusammensetzung eines Pulvers.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Bauteilschicht (S2) einen über die erste Bauteil¬ schicht überhängenden Bereich (UB) aufweist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei dem überhängenden Bereich (UB) , beispielsweise von einem Standardherstellungspa- rametersatz abweichende, Überhangsherstellungsparameter (UB) zugeordnet werden.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Bauteilschicht (S2) einen gestützten Bereich (SB) aufweist, welcher innerhalb der Kontur (A) der ersten Bauteilschicht (Sl) liegt und von dieser beabstandet ist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei dem gestützten Bereich
(SB) , beispielsweise von einem Standardherstellungsparameter- satz abweichende, Stützungsherstellungsparameter (SP) zugeordnet werden.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauteilgeometrie in eine Vielzahl von übereinander ange¬ ordneten Bauteilschichten (Sl, S2, SN) unterteilt wird, beispielsweise in eine Anzahl zwischen 1000 und 10000 Bauteil¬ schichten, und wobei Herstellungsparameter (HP) von zumindest einigen dieser Bauteilschichten im Bereich (X) eines Schmelzbades einer Kontur einer jeweils darunterliegenden Bauteilschicht (Sl) kontinuierlich definiert werden.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wel- ches ein CAM-Verfahrens zur Vorbereitung der additiven Herstellung des Bauteils (10) ist.
10. Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils (10) aus einem Pulverbett (2), umfassend das selektive Bestrahlen gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (10) gemäß der kontinuierlich definierten Herstellungsparameter (HP) mit einem Energiestrahl bestrahlt und additiv hergestellt wird.
11. Bauteil, welches gemäß dem Verfahren nach Anspruch 10 herstellbar oder hergestellt ist, umfassend, im Vergleich zu einem Bauteil des Standes der Technik, eine geringere Dichte von Fehlstellen, Risszentren und/oder eine geringere Wahrscheinlichkeit zur Ausbildung von Fehlstellen oder Heißrissen .
12. Computerprogrammprodukt, umfassend die Daten für die se¬ lektive Bestrahlung der Pulverschicht, welche durch das Ver¬ fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt wer¬ den bzw. aus dem Computerprogramm gemäß Anspruch 12 hervorgehen .
13. Computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Datenverarbeitungseinrichtung diese veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 aus zuführen .
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