EP3713697A1 - Verfahren zum selektiven bestrahlen einer materialschicht, herstellungsverfahren und computerprogrammprodukt - Google Patents

Verfahren zum selektiven bestrahlen einer materialschicht, herstellungsverfahren und computerprogrammprodukt

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Publication number
EP3713697A1
EP3713697A1 EP19701979.7A EP19701979A EP3713697A1 EP 3713697 A1 EP3713697 A1 EP 3713697A1 EP 19701979 A EP19701979 A EP 19701979A EP 3713697 A1 EP3713697 A1 EP 3713697A1
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EP
European Patent Office
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component
irradiation
layer
area
vectors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19701979.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ole Geisen
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a method for selec tive irradiation of a material layer in the additive Her position, a corresponding additive manufacturing process, a manufactured with this manufacturing process component and a corresponding computer program product.
  • the method of selective irradiation may represent or include a method of computer-aided manufacturing (CAM).
  • CAM computer-aided manufacturing
  • the component preferably designates a component intended for use in a turbomachine, preferably in the hot gas path of a gas turbine.
  • the construction part preferably consists of a nickel- or cobalt-based Su perleg réelle, or includes these.
  • the alloy may be further precipitation or dispersion hardened.
  • suitable generative or aditive manufacturing processes include, for example, as a powder-hardening method selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM).
  • SLM powder-hardening method selective laser melting
  • SLS laser sintering
  • EBM electron beam melting
  • a method for selective laser melting is crizoswei se known from EP 2 601 006 Bl.
  • Additive manufacturing processes (English: “additive manufacturing”) have proven to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree designed compo le, such as labyrinthine structures, cooling structures and / or lightweight structures.
  • the additive manufacturing by a particularly short chain of processing steps is advantageous because a Manufacturing or manufacturing step of a component based on a corresponding CAD file can be done.
  • a component geometry is defined or provided, and these are subdivided into individual layers in the context of computer-aided manufacturing methods ("slicing") for the selective consolidation of these layers, which are used for the final (physical) production
  • the component may for example consist of a powdery base material, subsequently defining an irradiation pattern with individual irradiation vectors for each component layer to be solidified, which is preferably likewise computer-aided, for example by means of a CAM method.
  • the layer thicknesses in which the construction model of the construction part is subdivided in this way, in the subsequent production depending on the desired geometric resolution less than 100 ym, for example, 40 ym to 60 ym, amount. Accordingly high is the number of layers and also the number of irradiation patterns or irradiation paths to be determined. Expediently, a pattern of irradiation is determined only in the areas or areas of a layer to be consolidated, which are actually to be consolidated.
  • the surface areas can be
  • the irradiation can be carried out selectively, for example by means of an electron beam or a laser beam corresponding to the desired geometry of the component, wherein the powder is first melted in the surface areas to be solidified and solidified or solidified for the production of the structure of the component.
  • the irradiation paths are preferably arranged such that the powder layer, for example, nationwide, geras tert and can be remelted.
  • the layer to be finished is preferably subdivided into the mentioned surface elements or surface regions, for example strips or checkerboard-like surfaces or surface segments.
  • the irradiation pattern is preferably determined in such a way that an energy beam (electron beam or laser) can be guided meandering over the layer after a meandering time or can be scored.
  • Meander-shaped irradiation vectors which form, for example, the irradiation pattern, are thus defined for such irradiation.
  • the radiation pattern is usually ver rotates relative to the structural panel to prevent structural defects in the component, which can be, for example, by directly stacked laser paths, and to generate a more homogeneous structure in the component.
  • a problem which increasingly arises due to this situation is local overheating, which is caused by too short irradiation vectors (scan vectors). These overheating preferably occurs at layer edges or edges, or at other areas of the layer in which the contour of the layer is strongly curved.
  • One aspect of the present invention relates to a method for selective irradiation of a material layer in the addi tive production or manufacture of a component.
  • the Materi al Anlagen can consist of a powdery or liquid base material.
  • the method comprises providing or reading in a predetermined component geometry, for example a construction file (CAD) or a "3D scan" of the component Component geometry contains geometry information of individual layers of the component to be produced additively.
  • a predetermined component geometry for example a construction file (CAD) or a "3D scan" of the component Component geometry contains geometry information of individual layers of the component to be produced additively.
  • the method further comprises layering an irradiation pattern in area areas (for example strips or checkerboard areas) of a layer for the component, wherein the irradiation pattern in each area area comprises irradiation vectors and wherein - if a (pre) defined irradiation vector length in a first area area, for example is exceeded by a given or actual irradiation vector, lengthening of irradiation vectors in a second area region adjacent to the first area region of the layer up to a component contour.
  • area areas for example strips or checkerboard areas
  • the irradiation vectors in said second area region are preferably extended into the first area area "at the expense" of the length of the irradiation vectors.
  • the reason why the length of said irradiation vector in the first area region is below the predefined irradiation vector length is that this first area area designates an edge or an edge of the component layer.
  • the component contour may accordingly indicate, for example, an edge of the geometry of the component or an edge of the layer.
  • the predefined irradiation vector length may be a minimum irradiation vector length, namely one below which excessive, destructive overheating of the layer during the process is to be expected.
  • the irradiation vectors of the adjacent second area area are preferably extended into the original first area area if, for example, a vector currently being determined (actual vector) falls below the value of the predefined irradiation vector length.
  • the extension of the irradiation vectors takes place in the context of the present invention on a computer-aided basis, so that finally during the manufacture of the component the irradiation vectors are no longer dimensioned too short and lead to overheating.
  • the method may describe an adaptive, computer-aided measure in the context of the CAM, which sets the irradiation vectors such that the irradiation vectors have a minimum length, for example empirically or based on estimated, calculated and / or simulated results, which is then used in the actual production process circumvents described problems.
  • the measure indicated by the present invention means a significant improvement, wel che, especially in the preparation of a construction process, leads to significantly improved material and structural properties of the component.
  • the irradiation vectors in the second area area are extended over the entire area of the component contour in order to prevent simulated, estimated and / or calculated local overheating due to irradiation vectors that are too short in the first area area.
  • the above estimate or calculation can be made, for example, by means of a simulation which takes into account the heat input into the powder bed or into the component and / or structural properties of the component.
  • the layered setting is computer-assisted by means of a CAM method.
  • the irradiation pattern for all layers of the component to be produced in an additive form is determined and stored. This refinement advantageously enables the development of structural defects in the component to be subsequently dragged from conclusions to the selected or determined irradiation strategy (irradiation pattern). This design can also be helpful in generating or developing a "digital twin" of the part.
  • the information of the irradiation pattern for the component is provided in layers and with the geometry information of individual layers of the component in a common data record and / or linked.
  • the common data record can be, for example, an xml format, an amf file (.amf), a comparable format or another CAM data set which, in addition to the geometry information (construction information), for example, information about the selected irradiation parameters, such as the scan or irradiation speed, laser power, track, stripe or hatch spacing, and / or stripe width.
  • the radiation power or radiant energy introduced into the powder material and / or the consolidated layer per time interval can also be set and be stored within the scope of the described embodiment.
  • Another aspect of the present invention relates to an additive manufacturing method comprising the described method of selective irradiation, wherein the selective irradiation takes place by means of a laser or an electron beam.
  • the material layer is a powder layer.
  • the material of the powder layer is made of a, in particular hardened, nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the component is a component to be used in the hot gas path of a turbomachine.
  • a further aspect of the present invention relates to a component which is manufactured or can be produced according to the described additive manufacturing method, furthermore comprising a dimensional stability which is improved by, for example, 50% to 100% compared with a component produced according to the prior art.
  • Dimensional accuracy or dimensional tolerance may mean, for example, a difference or distance between a maximum allowable and a minimum allowable amount (measured along any extension) of the component; a tolerance improved to a given dimensional accuracy in this sense, for example, a reduction of the tolerance distance.
  • An improvement of the dimensional accuracy or dimensional stability tolerance by 100% is intended in the present case to mean, for example, a halving of the tolerance distance.
  • the component preferably has a structure which is more homogeneous in comparison to a known component and / or be subject to structural defects, such as hot cracks, improved material structure, and correspondingly improved mechanical properties.
  • a further aspect of the present invention relates to a computer program or a computer program product comprising instructions which, during the execution of the program by a computer or a data processing device, cause it to carry out the layering of the irradiation pattern.
  • Embodiments, features and / or advantages that vorlie lowing the method for selective irradiation and / or the Comprehensive computer program product may also relate to the additive manufacturing process and / or the component and vice versa.
  • Figure 1 shows a schematic plan view of a material layer of an additive to be constructed component and a subdivision of the material layer in strip-like surface areas.
  • FIG. 2 shows a detailed section of FIG. 1 and an exemplary irradiation pattern.
  • Figure 3 shows a similar to Figure 1 or Figure 2 Dar position with further marked information NEN.
  • FIG. 4 indicates, based on a representation similar to the previous figures, a solution according to the invention of the problem described here.
  • FIG. 5 indicates, on the basis of a schematic flowchart, method steps according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of an additive manufacturing process of a component.
  • FIG. 1 shows a component or a part thereof in a view.
  • the component or a design model (CAD file) of the component is identified by the reference symbol B.
  • the part of the component B which is shown in a round shape can furthermore designate a cross-sectional view of the component-for example during its additive production or a modeled layer thereof.
  • the component is preferably a component which is used in the hot gas path of a turbomachine, for example a gas turbine.
  • the component may designate a rotor or vane segment, a segment or ring segment, a burner part or a burner tip, a frame, a shield, a nozzle, a gasket, a filter, a Mün or lance, a resonator, stamp or a swirler , or a corresponding transition, use, or a corresponding retrofit part.
  • component B is shown in the drawings described mostly round or cylindrical, it may have any predefined geometry, in particular even a particularly complicated or filigree geometry.
  • selective laser melting or electron beam melting is often used among the additive methods, with an energy beam selectively guided over a powder bed from a predetermined irradiation pattern so as to provide the desired structure of the component B according to the predetermined geometry.
  • the component B is finally built up on a building platform 20 by selective irradiation from a powder bed P after the preparatory CAM process steps.
  • the irradiation takes place by means of a light emitted by an irradiation device 30 Laser or electron beam preferably in layers (see layer S in Figure 6).
  • the component B has a component contour 10.
  • the component contour 10 denotes only one edge of the component. At the but as shown in the figures, however, this edge or contour can be an internal contour, for example the contour of a cavity.
  • the layer of the component B is superimposed with a stripe pattern (vertical straight dividing lines of the strips not explicitly marked), which has a stripe width 1.
  • Each strip of the strip pattern preferably designates a surface area (ver equal to FIGS. 3 and 4) in which an irradiation pattern for the additive manufacture of the component can be determined (see FIG. 2).
  • a strip width is present before lying with the reference numeral 1.
  • a checkerboard-like subdivision of areas can be provided (compare also solid and dashed lines in FIGS. 1 and 2).
  • Said subdivision into surface sections or surface areas takes place, for example, computer-aided and on a data basis by means of the CAM method.
  • a whole strip for example from top to bottom, is irradiated according to the predetermined irradiation pattern, before changing to the next strip.
  • individual checkerboard surfaces for the irradiation can, for example, be set at random one after the other.
  • Figure 2 shows an enlarged view of the lower left Be rich of Figure 1. Top right in Figure 2, the construction part B is shown and the component contour 10th
  • strips with strip spacing 1 are drawn from the side of component B, which in the present case represent the surface regions FB in which the irradiation pattern BM is defined or defined (compare FIGS. 3 and 4).
  • the dashed lines indicate that the surface to be irradiated, instead of stripes like, also checkerboard-like with an energy beam (ver same Figure 6) can be irradiated or screened.
  • a powder bed is not shown in FIGS. 1 to 4 for the sake of simplicity.
  • the area of the component B may be that region of the powder bed which is irradiated for the additive production of the component.
  • an irradiation pattern BM preferably composed of meander-shaped irradiation vectors V, is composed.
  • the "meander geometry" of the superordinate irradiation direction can be modulated.
  • Figure 3 is similar to Figures 1 and 2, two Bauteilbe rich or layers B, which in the shown view is not on usammen Struktur to the layer to be solidified Z. Both geometries are shown only by way of example with round contours 10 Kon.
  • FIGS. 1 to 3 may preferably describe a situation of the prior art in which the solutions according to the invention are not yet implemented.
  • the component layer B projects only slightly beyond the strip boundaries on the left and on the right edge.
  • these areas are identified by the reference numeral 1FB as the first surface area.
  • the irradiation vectors V are now also compiled and defined by a computer-aided method (CAM method) preparatory to the additive manufacturing process to the corresponding irradiation pattern BM (see enlarged section of the first surface area in the upper right in FIG. 3).
  • CAM method computer-aided method
  • these first surface regions 1FB are arranged adjacent to second surface regions 2FB of component B.
  • radiation vectors V preferably mean any section of the irradiation pattern BM which extends directly perpendicular to the strips, that is to say along the direct strip spacing 1.
  • Each individual irradiation vector V at all and also of the first surface area 1FB is expediently determined only within the component contour 10.
  • Each irradiation vector V of the first surface area 1FB furthermore has only vectors V with an irradiation vector length of maximum L m , which is smaller than the strip spacing 1. Ver same also the enlarged section in the upper right in FIG. 3, in which a meandering Be radiation pattern with vectors V can be seen.
  • the predefined and / or minimal irradiation vector length L d which can be estimated, simulated and / or calculated, for example by means of the described CAM method, and preferably corresponds to that irradiation vector length, is also indicated in the enlarged section on the top right in FIG of which the component B must be at least rasterized or irradiated, so that the energy inputs in the structure of the component B are not too large.
  • the irradiation vector length L d may, for example, be between 50 and 200 ⁇ m.
  • Figure 4 shows how the fiction, contemporary method described in this case the local overheating in the second surface areas by a corresponding assembly of the irradiation vectors V of the irradiation pattern BM vermei det.
  • first surface areas 1FB of the component B are no longer marked in Figure 4 in overlap with the component contour B, 10 marked.
  • the figure 4 indicates by the round curve of the strip boundaries or dividing lines that the second surface areas 2FB have been enlarged at the expense of the first area areas 1FB to which the irradiation vectors V of the irradiation pattern BM extend to a length L v (see double arrow) were.
  • the component which was built on the basis of the above-described in Figure 4 be prescribed irradiation pattern BM additive, for example, by a selective laser melting process (see Figure 6), now includes in example a manufactured compared to one according to the prior art Component improved material structure, in particular an improved hardness, strength or susceptibility to hot cracking, and / or a more homogeneous or more favorable phase structure, for example, in terms of g or g 'excretions in superalloys.
  • FIG. 5 shows the method according to the invention on the basis of a schematic flow chart. Said method is preferably a method for selectively irradiating a material layer in the additive manufacturing.
  • method step a) it comprises the provision of a predetermined component geometry B, which geometry information N of the individual layers S (see Figure 6) of an additive to be produced component B contains. This can be done, for example, by reading in a CAD file, for example, into an appropriate additive manufacturing facility or a corresponding data processing facility or computer.
  • the method further comprises, in method step b), layer-wise fixing of the irradiation pattern BM (as described above) into surface areas of a layer S to be built up for the production of the component B, wherein the irradiation pattern BM in each area comprises irradiation vectors V.
  • Method step aa) indicates that irradiation vectors of length L m in the second surface area or areas 2FB of layer S are extended up to the component contour 10 (see FIG. 4) if the (pre) defined irradiation vector length L d of a given vector in the first surface area 1FB is exceeded.
  • the method further includes in step c) setting and storing the irradiation pattern BM for all layers S of the component B or all layers of the construction part B, which conditions, for example, by their desired and de-defined geometry to structural defects or overheating conditions.
  • the method further comprises in method step d), the layer-wise linking and / or providing the information of the irradiation pattern BM for the component B together with the geometry information (CAD) of individual layers of the component in a common data set, for example in an STL, AMF or G Code format.
  • CAD geometry information
  • 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 In particular, includes any combination of features in the claims, even if this feature or this combi nation itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum selektiven Bestrahlen einer Materialschicht (S) in der additiven Herstellung angegeben, das Verfahren umfassend das Bereitstellen einer vorbestimmten Bauteilgeometrie (B), welche Geometrieinformationen einzelner Schichten (S) eines additiv herzustellenden Bauteils (B) enthält, und das schichtweise Festlegen eines Bestrahlungsmusters (BM) in Flächenbereichen (1FB, 2FB) einer aufzubauenden Schicht (S) für die Herstellung des Bauteils (B), wobei das Bestrahlungsmuster (BM) in jedem Flächenbereich (FB) Bestrahlungsvektoren (V) umfasst, und - wenn eine vordefinierte Bestrahlungsvektorlänge (Lm) in einem ersten Flächenbereich (1FB) unterschritten wird - Verlängern von Bestrahlungsvektoren in einem zu dem ersten Flächenbereich (1FB) benachbarten zweiten Flächenbereich (2FB) der Schicht (S) bis zu einer Bauteilkontur (10).

Description

Beschreibung
Verfahren zum selektiven Bestrahlen einer Materialschicht, Herstellungsverfahren und Computerprogrammprodukt
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum selek tiven Bestrahlen einer Materialschicht in der additiven Her stellung, ein entsprechendes additives Herstellungsverfahren, ein mit diesem Herstellungsverfahren hergestelltes Bauteil und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Das Verfahren zum selektiven Bestrahlen kann ein CAM- Verfahren (Computer-Aided-Manufacturing) Verfahren darstellen oder umfassen.
Das Bauteil bezeichnet vorzugsweise ein für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gasturbine, vorgesehenes Bauteil. Demgemäß besteht das Bau teil vorzugsweise aus einer nickel- oder kobaltbasierten Su perlegierung, oder umfasst diese. Die Legierung kann weiter hin ausscheidungs- oder dispersionsgehärtet sein.
Für die beschriebenen Bauteile geeignete generative oder ad ditive Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise als Pul verbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder La sersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) .
Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielswei se bekannt aus EP 2 601 006 Bl.
Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufac- turing") haben sich insbesondere als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bautei le, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen.
Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Bearbeitungsschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann.
Üblicherweise wird, beispielsweise über eine derartige CAD- Datei, eine Bauteilgeometrie definiert oder bereitgestellt, und diese im Rahmen von rechnergestützten Fertigungsverfahren in einzelne Schichten unterteilt („slicing"). Für die selek tive Verfestigung dieser Schichten, welche für die finale (physische) Herstellung des Bauteils beispielsweise aus einem pulverförmigen Basismaterial bestehen können, nachfolgend ein Bestrahlungsmuster mit einzelnen Bestrahlungsvektoren für je de zu verfestigende Bauteilschicht festgelegt. Dies erfolgt vorzugsweise ebenfalls rechnergestützt, beispielsweise mit tels eines CAM-Verfahrens .
Die Schichtdicken, in welche das Konstruktionsmodell des Bau teils auf diese Weise unterteilt wird, können in der an schließenden Herstellung je nach gewünschter geometrischer Auflösung weniger als 100 ym, beispielsweise 40 ym bis 60 ym, betragen. Entsprechend hoch ist die Anzahl der Schichten und auch die Anzahl der festzulegenden Bestrahlungsmuster oder Bestrahlungstraj ektorien . Zweckmäßigerweise wird ein Bestrah lungsmuster nur in den tatsächlich zu verfestigenden latera len Bereichen oder Flächenbereichen einer zu verfestigenden Schicht festgelegt. Die Flächenbereiche können
virtuelle oder modellierte Bereiche in der Schichtebene einer Bauteilschicht bezeichnen oder auch - sofern man auf den phy sischen Aufbau des Bauteils abstellt - Bereich in Aufsicht auf das Pulverbett betrachtet.
Die Bestrahlung kann beispielsweise mittels eines Elektronen strahls oder eines Laserstrahls entsprechend der gewünschten Geometrie des Bauteils selektiv erfolgen, wobei in den zu verfestigenden Flächenbereichen das Pulver zunächst aufge schmolzen und für die Herstellung der Struktur des Bauteils erstarrt oder verfestigt wird. Für das die eigentliche physische additive Herstellung des Bauteils vorbereitende CAM-Verfahren werden die Bestrahlungs pfade (Bestrahlungsmuster) vorzugsweise derart arrangiert, dass die Pulverschicht, beispielsweise flächendeckend, geras tert und umgeschmolzen werden kann. Dazu wird die zu verfes tigende Schicht vorzugsweise in die genannten Flächenelemente oder Flächenbereiche unterteilt, beispielsweise Streifen oder schachbrettartige, Flächen oder Flächensegmente.
Das Bestrahlungsmuster wird vorzugsweise derart festgelegt, dass ein Energiestrahl (Elektronenstrahl oder Laser) nach träglich mäanderförmig über die Schicht geführt oder geras tert werden kann. Für eine derartige Bestrahlung werden also mäanderförmige Bestrahlungsvektoren, welche beispielsweise das Bestrahlungsmuster bilden, festgelegt.
Nachdem im Wege des pulverbett-basierten Prozesses eine
Schicht mit dem Energiestrahl bestrahlt wurde, wird in der Regel das Bestrahlungsmuster relativ zu der Bauplatte ver dreht, um Strukturdefekten im Bauteil vorzubeugen, welche beispielsweise durch direkt übereinander angeordnete Laser pfade, entstehen können, sowie, um ein homogeneres Gefüge im Bauteil zu generieren. Gleichzeitig bedeutet das, dass das Bestrahlungsmuster schichtweise angepasst wird oder werden muss, und die Längen der Bestrahlungsvektoren von Schicht zu Schicht stark variieren können. Ein Problem, welches durch diese Situation vermehrt auftritt, sind lokale Überhitzungen, welche durch zu kurze Bestrahlungsvektoren (Scanvektoren) hervorgerufen werden. Diese Überhitzungen treten vorzugsweise an Schichträndern oder Kanten auf, oder an anderen Bereichen der Schicht, in denen die Kontur der Schicht stark gekrümmt ist .
Der Grund weshalb die Überhitzungen gerade während der Her stellung durch zu kurz bemessene Bestrahlungsvektoren auftre- ten, ist, dass der Energiestrahl lokal in einem bestimmten Flächenbereich in kurzer Zeit häufig über gleiche oder be nachbarte Flächenbereiche streicht, und die Wärme möglicher- weise aus diesem Bereich nie ausreichend abgeführt wird. Mit anderen Worten kann die Strahlungsleistung oder Energiedichte (pro Zeiteinheit) , welche während der Bestrahlung vom Ener giestrahl in das Pulverbett eingebracht wird, bei einem Be strahlungsmuster mit zu kurzen Bestrahlungsvektoren, zu groß sein .
Insbesondere für den Bau von Komponenten aus Hochleistungs werkstoffen, wie Superlegierungen, welche zu Heißrissen nei gen, können die genannten Überhitzungen zu irreparablen
Strukturdefekten führen. Weiterhin können diese zu hohen Tem peratureinträge während des Prozesses zu Verformungen (Hoch ziehen) und Verspannungen von Randbereichen des Bauteils füh ren, was auch dazu führen kann, dass ein Beschichterwerkzeug, welches für den Schichtauftrag des Pulvers oder Basismateri als sorgt, während der Herstellung mit diesem Randbereich kollidiert .
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welche die genannten Überhitzungen im Prozess ver meiden und damit zu einer verbesserten Bauteilqualität, einer besseren Maßhaltigkeit, zu einem homogeneren Gefüge des Bau teils und überdies zu einer erhöhten Prozesssicherheit führen können .
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 selektiven Bestrahlen einer Materialschicht in der addi tiven Herstellung oder Fertigung eines Bauteils. Die Materi alschicht kann aus einem pulverförmigen oder flüssigen Basis material bestehen.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen oder Einlesen einer vorbestimmten Bauteilgeometrie, beispielsweise einer Kon struktionsdatei (CAD) oder einem „3D-Scan" des Bauteils. Die Bauteilgeometrie enthält Geometrieinformationen einzelner Schichten des additiv herzustellenden Bauteils.
Das Verfahren umfasst weiterhin das schichtweise Festlegen eines Bestrahlungsmusters in Flächenbereichen (beispielsweise Streifen oder schachbrettartigen Bereichen) einer aufzubauen den Schicht für das Bauteil, wobei das Bestrahlungsmuster in jedem Flächenbereich Bestrahlungsvektoren umfasst und wobei - wenn eine (vor) definierte Bestrahlungsvektorlänge in einem ersten Flächenbereich, beispielsweise von einem gegebenen o- der aktuellen Bestrahlungsvektor, unterschritten wird - Ver längern von Bestrahlungsvektoren in einem zu dem erste Flä chenbereich benachbarten zweiten Flächenbereich der Schicht bis zu einer Bauteilkontur.
Die Bestrahlungsvektoren in dem genannten zweiten Flächenbe reich werden vorzugsweise „auf Kosten" der Länge der Bestrah lungsvektoren in den ersten Flächenbereich hinein verlängert.
Vorzugsweise ist der Grund, weshalb die Länge des genannten Bestrahlungsvektors in dem ersten Flächenbereich unterhalb der vordefinierten Bestrahlungsvektorlänge liegt, dass dieser erste Flächenbereich einen Rand oder eine Kante der Bauteil schicht bezeichnet. Die Bauteilkontur kann demgemäß bei spielsweise einen Rand der Geometrie des Bauteils oder einen Rand der Schicht bezeichnen.
Die vordefinierte Bestrahlungsvektorlänge kann eine minimale Bestrahlungsvektorlänge sein, nämlich eine unterhalb derer mit übermäßigen, destruktiven Überhitzungen der Schicht wäh rend des Prozesses zu rechnen ist.
Die Bestrahlungsvektoren des benachbarten zweiten Flächenbe reichs werden mit anderen Worten vorzugsweise dann in den ur sprünglichen ersten Flächenbereich hinein verlängert, wenn beispielsweise ein aktuell festzulegender Vektor (Ist-Vektor) den Wert der vordefinierten Bestrahlungsvektorlänge unter schreitet . Das Verlängern der Bestrahlungsvektoren erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf Datenbasis rechnergestützt, sodass schließlich bei der Herstellung des Bauteils die Bestrah lungsvektoren nicht mehr zu kurz bemessen sind, und zu Über hitzungen führen.
Das Verfahren kann eine adaptive, rechnergestützte Maßnahme im Rahmen des CAM beschreiben, welche die Bestrahlungsvekto ren derart festlegt, dass die Bestrahlungsvektoren beispiels weise empirisch oder anhand von geschätzten, berechneten und/oder simulierten Ergebnissen eine Mindestlänge haben, welche dann im eigentlichen Herstellungsprozess angewendet, die beschriebenen Probleme umgeht.
Durch die beschriebene Lösung können die wesentlichen Schwie rigkeiten, welche die additive Fertigung hinsichtlich ihrer Industrialisierung und Reproduzierbarkeit derzeit hat, gelöst werden. Die durch die vorliegende Erfindung angegebenen Maß nahmen bedeuten deshalb eine maßgebliche Verbesserung, wel che, insbesondere bereits bei der Vorbereitung eines Aufbau prozesses, zu signifikant verbesserten Material- und Struk tureigenschaften des Bauteils führt.
In einer Ausgestaltung werden die Bestrahlungsvektoren in dem zweite Flächenbereich flächendeckend bis zu der Bauteilkontur verlängert, um eine simulierte, geschätzte und/oder berechne te lokale Überhitzung durch zu kurze Bestrahlungsvektoren in dem ersten Flächenbereich zu verhindern. Die genannte Schät zung oder Berechnung kann beispielsweise anhand einer Simula tion, welche den Wärmeeintrag in das Pulverbett bzw. in das Bauteil und/oder Struktureigenschaften des Bauteils berück sichtigt, erfolgen.
In einer Ausgestaltung erfolgt das schichtweise Festlegen rechnerunterstützt mittels eines CAM-Verfahrens . In einer Ausgestaltung wird das Bestrahlungsmuster für alle Schichten des additiv herzustellenden Bauteils festgelegt und gespeichert. Diese Ausgestaltung ermöglicht mit Vorteil bei der Entstehung von Strukturdefekten im Bauteil das nachträg liche Ziehen von Rückschlüssen zu der gewählten oder festge legten Bestrahlungsstrategie (Bestrahlungsmuster) . Diese Aus gestaltung kann weiterhin hilfreich sein, um einen „digitalen Zwilling" des Bauteils zu generieren oder zu entwickeln.
In einer Ausgestaltung werden die Informationen des Bestrah lungsmusters für das Bauteil schichtweise mit den Geomet rieinformationen einzelner Schichten des Bauteils in einem gemeinsamen Datensatz bereitgestellt und/oder verknüpft. Bei dem gemeinsamen Datensatz kann es sich beispielsweise um ein xml-Format, ein amf-File (.amf), ein vergleichbares Format oder einen anderen CAM-Datensatz handeln, welcher zusätzlich zu den Geometrieinformationen (Konstruktionsinformationen) beispielsweise Informationen über die gewählten Bestrahlungs parameter, wie die Scan- oder Bestrahlungsgeschwindigkeit, Laserleistung, Spur-, Streifen- oder „Hatch"-Abstand" und/oder Streifenbreite, enthält. Mittels dieser Parameter lässt sich beispielsweise auch die ins Pulvermaterial und/oder die verfestigte Schicht eingebrachte Strahlungsleis tung oder Strahlungsenergie pro Zeitintervall einstellen, be rechnen und im Rahmen der beschriebenen Ausführungsform spei chern .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren, umfassend das beschriebene Verfahren zum selektiven Bestrahlen, wobei das selektive Be strahlen mittels eines Lasers oder eines Elektronenstrahls erfolgt .
In einer Ausgestaltung ist die Materialschicht eine Pulver schicht . In einer Ausgestaltung ist das Material der Pulverschicht aus einer, insbesondere gehärteten, nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung .
In einer Ausgestaltung ist das Bauteil eine im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine einzusetzende Komponente.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, welches gemäß dem beschriebenen additiven Herstel lungsverfahren hergestellt oder herstellbar ist, weiterhin umfassend eine - im Vergleich zu einem gemäß dem Stand der Technik hergestellten Bauteil - um beispielsweise 50 % bis 100 % verbesserte Maßhaltigkeit. Die Maßhaltigkeit oder Maß- haltigkeitstoleranz kann beispielsweise eine Differenz oder einen Abstand zwischen einem zulässigen Höchst- und einem zu lässigen Mindestmaß (gemessen entlang einer beliebigen Aus dehnung) des Bauteils, bezeichnen; eine zu einer gegebenen Maßhaltigkeit verbesserte Toleranz in diesem Sinne beispiels weise eine Verkleinerung des Toleranzabstandes. Eine Verbes serung der Maßhaltigkeit oder Maßhaltigkeitstoleranz um 100 % soll vorliegend beispielsweise eine Halbierung des Toleranz abstands bedeuten.
Zusätzlich weist das Bauteil vorzugsweise eine im Vergleich zu einem bekannten Bauteil homogenere Struktur und/oder be züglich Strukturfehlern, wie Heißrissen, verbesserte Materi alstruktur, und dementsprechend verbesserte mechanische Ei genschaften auf.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer oder eine Datenverarbeitungseinrichtung, diesen ver anlassen, das schichtweise Festlegen des Bestrahlungsmusters durchzuführen .
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie gend auf das Verfahren zum selektiven Bestrahlen und/oder das Computerprogrammprodukt beziehen, können ferner das additive Herstellungsverfahren und/oder das Bauteil betreffen und um gekehrt .
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Material schicht eines additiv aufzubauenden Bauteils sowie eine Unterteilung der Materialschicht in streifen artige Flächenbereiche.
Figur 2 zeigt einen detaillierten Ausschnitt der Figur 1 und ein beispielhaftes Bestrahlungsmuster.
Figur 3 zeigt eine zur Figur 1 oder Figur 2 ähnliche Dar stellung mit weiteren gekennzeichneten Informatio nen .
Figur 4 deutet anhand einer zu den vorherigen Figuren ähn lichen Darstellung eine erfindungsgemäße Lösung des vorliegend beschriebenen Problems an.
Figur 5 deutet anhand eines schematischen Flussdiagramms erfindungsgemäße Verfahrensschritte an.
Figur 6 deutet anhand einer schematischen Schnittansicht einen additiven Herstellungsprozess eines Bauteils an .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleichwirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Grö ßenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständ nis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sern Figur 1 zeigt ein Bauteil bzw. einen Teil davon in einer Auf sicht. Das Bauteil oder ein Konstruktionsmodell (CAD-Datei) des Bauteils ist mit dem Bezugszeichen B gekennzeichnet. Der rund dargestellte Teil des Bauteils B kann weiterhin eine Querschnittsansicht des Bauteils - beispielsweise während seiner additiven Herstellung bzw. einer modellierten Schicht desselben - bezeichnen.
Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil, welches im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine, beispielswei se einer Gasturbine, eingesetzt wird. Insbesondere kann das Bauteil ein Lauf- oder Leitschaufel , ein Segment oder Ring segment, ein Brennerteil oder eine Brennerspitze, eine Zarge, eine Schirmung, eine Düse, Dichtung, einen Filter, eine Mün dung oder Lanze, einen Resonator, Stempel oder einen Wirbler bezeichnen, oder einen entsprechenden Übergang, Einsatz, oder ein entsprechendes Nachrüstteil.
Obwohl das Bauteil B in den beschriebenen Zeichnungen zumeist rund oder zylindrisch dargestellt ist, kann es jede beliebige vordefinierte Geometrie, insbesondere sogar eine besonders komplizierte oder filigrane Geometrie, aufweisen.
Um entsprechende Bauteile herzustellen, verwendet man unter den additiven Verfahren häufig das selektive Laserschmelzen oder das Elektronenstrahlschmelzen, wobei ein Energiestrahl ausgehend von einem festgelegten Bestrahlungsmuster selektiv über ein Pulverbett geführt wird, um so die gewünschte Struk tur des Bauteils B gemäß der vorbestimmten Geometrie herzu stellen .
In Figur 6 ist dazu vorliegend beschrieben, dass das Bauteil B nach den vorbereitenden CAM-Prozessschritten schließlich durch selektives Bestrahlen aus einem Pulverbett P auf einer Bauplattform 20 aufgebaut wird. Das Bestrahlen erfolgt mit tels eines durch eine Bestrahlungsvorrichtung 30 emittierten Lasers oder Elektronenstrahls vorzugsweise schichtweise (vgl. Schicht S in Figur 6) .
Das Bauteil B weist eine Bauteilkontur 10 auf. Die Bauteil kontur 10 bezeichnet lediglich einen Rand des Bauteils. An ders als in den Figuren dargestellt, kann es sich jedoch bei diesem Rand oder dieser Kontur um eine innen liegende Kontur, beispielsweise auch die Kontur eines Hohlraumes, handeln.
In der Darstellung der Figur 1 ist die Schicht des Bauteils B mit einem Streifenmuster (vertikale gerade Trennstriche der Streifen nicht explizit gekennzeichnet) überlagert, welches eine Streifenbreite 1 aufweist. Jeder Streifen des Streifen musters bezeichnet vorzugsweise einen Flächenbereich (ver gleiche Figuren 3 und 4), in welchem für die additive Her stellung des Bauteils ein Bestrahlungsmuster festgelegt wer den kann (vergleiche Figur 2) . Eine Streifenbreite ist vor liegend mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Streifenmuster, kann eine schachbrettartige Unterteilung von Flächenbereichen vorgese hen sein (vergleiche ebenfalls durchgezogene und gestrichelte Linien in Figuren 1 und 2) .
Die genannte Unterteilung in Flächenabschnitte oder Flächen bereiche erfolgt beispielsweise rechnergestützt und auf Da tenbasis mittels des CAM-Verfahrens .
Bei der streifenartigen Bestrahlung oder Belichtung wird vor zugsweise erst ein ganzer Streifen, beispielsweise von oben nach unten, gemäß dem zuvor festgelegten Bestrahlungsmuster bestrahlt, bevor zum nächsten Streifen gewechselt wird. Bei einem schachbrettartigen Bestrahlungsvorgang können hingegen beispielsweise einzelne Schachbrettflächen für die Bestrah lung zufällig nacheinander festgelegt werden. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des unteren linken Be reichs der Figur 1. Oben rechts in der Figur 2 ist das Bau teil B gezeigt sowie die Bauteilkontur 10.
Beispielhaft sind - der besseren Übersichtlichkeit halber ab seits von dem Bauteil B - Streifen mit Streifenabstand 1 ein gezeichnet, welche vorliegend die Flächenbereiche FB darstel len, in denen das Bestrahlungsmuster BM definiert oder fest gelegt wird (vgl. Figuren 3 und 4) . Die gestrichelten Linien deuten an, dass die zu bestrahlenden Fläche, statt streifen artig, auch schachbrettartig mit einem Energiestrahl (ver gleiche Figur 6) bestrahlt bzw. gerastert werden kann.
Die gerade eingezeichneten Pfeile in Figur 2 deuten eine übergeordnete Bestrahlungsrichtung an, gemäß derer der Ener giestrahl weiterhin vorgegeben durch die Geometrie des Bau teils B über das Pulverbett geführt werden kann.
Ein Pulverbett ist in den Figuren 1 bis 4 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Vorzugsweise kann jedoch der Be reich des Bauteils B denjenigen Bereich des Pulverbettes be zeichnen, welcher für die additive Herstellung des Bauteils bestrahlt wird.
Pro streifenartigem Flächenbereich (vergleiche Figur 3) wird ein Bestrahlungsmuster BM, vorzugsweise aus mäanderförmigen Bestrahlungsvektoren V zusammengesetzt. Mit anderen Worten kann die „Mäandergeometrie" der übergeordneten Bestrahlungs richtung (vgl. gerade Pfeile in Figur 2) aufmoduliert werden.
Es ist weiterhin in Figur 2 zu erkennen, dass Bestrahlungs vektoren V benachbarter Streifen oder Flächenbereiche am Ran de der Streifen in einem Streifenüberlapp oder Überlappbe reich 2 überlappen, sodass das Pulverbett auch wirklich flä chendeckend bestrahlt und damit entsprechend der Geometrie des Bauteils verfestigt werden kann, und nicht etwa Struktur bereiche im pulverförmigen oder porösen Zustand verbleiben. Die mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichneten Stellen bezeich- nen dabei die Mittelpunktbahnen des Energiestrahls (vorlie gend nicht explizit gekennzeichnet) .
Durch den Überlapp der Streifen werden bei der Bestrahlung eines zweiten Streifens (vgl. mittlerer gerader Pfeil) dieje nigen Bereiche, welche mit einem benachbarten, zuvor be strahlten ersten Streifen (vgl. linker gerader Pfeil) über lappen, von dem Energiestrahl erneut umgeschmolzen. Dies kann sich ebenfalls positiv auf die resultierende Materialstruktur auswirken .
Figur 3 zeigt analog zu den Figuren 1 und 2 zwei Bauteilbe reiche oder -schichten B, welche in der dargestellten Auf sicht auf die zu verfestigende Schicht nicht Zusammenhängen. Beide Geometrieen sind lediglich beispielhaft mit runden Kon turen 10 dargestellt.
Die Figuren 1 bis 3 können vorliegend vorzugsweise eine Situ ation des Standes der Technik beschreiben, in welchen die er findungsgemäßen Lösungen noch nicht implementiert sind. Ins besondere ist im oberen Bereich der Figur 3 zu erkennen, dass die Bauteilschicht B am linken und am rechten Rand nur leicht über die Streifenbegrenzungen hinausragt. Diese Bereiche sind vorliegend mit dem Bezugszeichen 1FB als erste Flächenberei che gekennzeichnet. In diesen Bereichen werden nun die Be strahlungsvektoren V ebenfalls durch ein rechnergestütztes, den additiven Herstellungsprozess vorbereitendes Verfahren (CAM-Verfahren) zu dem entsprechenden Bestrahlungsmuster BM zusammengesetzt und festgelegt (vergleiche vergrößerter Ab schnitt des ersten Flächenbereichs oben rechts in Figur 3) .
Diese ersten Flächenbereiche 1FB sind vorliegend zu zweiten Flächenbereichen 2FB des Bauteils B benachbart angeordnet.
Mit Bestrahlungsvektoren V ist vorzugsweise vorliegend jeder Abschnitt des Bestrahlungsmusters BM gemeint, welcher sich direkt senkrecht zu den Streifen, also entlang des direkten Streifenabstands 1 erstreckt. Jeder einzelne Bestrahlungsvektor V überhaupt und auch des ersten Flächenbereichs 1FB wird zweckmäßigerweise nur inner halb der Bauteilkontur 10 festgelegt. Jeder Bestrahlungsvek tor V des ersten Flächenbereichs 1FB weist weiterhin ledig lich Vektoren V mit einer Bestrahlungsvektorlänge von maximal Lm auf, welche kleiner ist als der Streifenabstand 1. Ver gleiche hierzu ebenfalls den vergrößerten Abschnitt oben rechts in der Figur 3, in welchem ein mäanderförmiges Be strahlungsmuster mit Vektoren V zu sehen ist.
Folglich ist, wie oben beschrieben, ein Wärmeeintrag während der Bestrahlung in diesen Bereichen höher, da ein Laser oder Elektronenstrahl in einer gegebenen Zeit öfter diesen lokal begrenzten Abschnitt abfährt und so das Schmelzbad bzw. eine wärmebeeinflusste Zone des Energiestrahls ständig in dem/den zweiten Flächenbereichen 2FB angeordnet ist. Dies führt zu den oben beschriebenen Nachteilen, wie einer mangelhaften Ma terialstruktur sowie zu möglichen Kollisionen des Bauteils B mit einem Beschichter (vorliegend nicht explizit gekennzeich net) .
In dem vergrößerten Abschnitt oben rechts in der Figur 3 ist weiterhin eine vordefinierte und/oder minimale Bestrahlungs vektorlänge Ld gekennzeichnet, welche beispielsweise im Wege des beschriebenen CAM-Verfahrens abgeschätzt, simuliert und/oder berechnet werden kann, und vorzugsweise derjenigen Bestrahlungsvektorlänge entspricht, gemäß derer das Bauteil B mindestens gerastert oder bestrahlt werden muss, damit die Energieeinträge in die Struktur des Bauteils B nicht zu groß werden. Die Bestrahlungsvektorlänge Ld kann beispielsweise zwischen 50 und 200 ym betragen.
Figur 4 zeigt nun wie das vorliegend beschriebene erfindungs gemäße Verfahren die lokalen Überhitzungen in den zweiten Flächenbereichen durch eine entsprechende Konfektionierung der Bestrahlungsvektoren V des Bestrahlungsmusters BM vermei det. Die entsprechend gemäß Figur 3 andersartig schraffierten ersten Flächenbereiche 1FB des Bauteils B sind in Figur 4 nicht mehr im Überlapp mit der Bauteilkontur B, 10 gekenn zeichnet. Stattdessen deutet die Figur 4 durch den runden Verlauf der die Streifenbegrenzungen oder -trennlinien an, dass die zweiten Flächenbereiche 2FB auf Kosten der ersten Flächenbereiche 1FB vergrößert wurden, dem die Bestrahlungs vektoren V des Bestrahlungsmusters BM auf eine Länge Lv (vgl. Doppelpfeil) verlängert wurden. Dies verhindert die oben be schriebenen Nachteile und löst das Problem der vorliegenden Erfindung. Da die Bestrahlungsvektoren V der zweiten Flächen bereiche in Figur 2 nun sogar größer sind als der Streifenab stand 1, tritt das Problem der Übersetzungen während der (schichtweisen) additiven Herstellung des Bauteils nicht mehr auf .
Das Bauteil, welches auf Basis des wie oben in Figur 4 be schriebenen festgelegten Bestrahlungsmusters BM additiv auf gebaut wurde, beispielsweise durch ein selektives Laser- Schmelzverfahren (vergleiche Figur 6) , umfasst nunmehr bei spielsweise eine im Vergleich zu einem gemäß dem Stand der Technik hergestellten Bauteil verbesserte Materialstruktur, insbesondere eine verbesserte Härte, Festigkeit oder Heiß rissanfälligkeit, und/oder ein homogeneres oder günstigeres Phasengefüge, beispielsweise hinsichtlich der g oder g' Aus scheidungen in Superlegierungen.
Vorzugsweise zeichnet sich das so hergestellte Bauteil wei terhin durch eine (im Gegensatz zum Stand der Technik) ver besserte Maßhaltigkeit oder Maßhaltigkeitstoleranz aus, vor zugsweise um eine um 50 bis 100 % verbesserte Maßhaltigkeit.
In Figur 5 ist anhand eines schematischen Flussdiagramms das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. Das genannte Verfah ren ist vorzugsweise ein Verfahren zum selektiven Bestrahlen einer Materialschicht in der additiven Herstellung.
Es umfasst in Verfahrensschritt a) das Bereitstellen einer vorbestimmten Bauteilgeometrie B, welche Geometrieinformatio- nen der einzelnen Schichten S (vgl. Figur 6) eines additiv herzustellenden Bauteils B enthält. Dies kann beispielsweise durch Einlesen einer CAD-Datei beispielsweise in eine ent sprechende additive Herstellungsanlage oder eine entsprechen de Datenverarbeitungseinrichtung oder einen Computer erfol gen .
Das Verfahren umfasst weiterhin, in Verfahrensschritt b) , dass schichtweises Festlegen des Bestrahlungsmusters BM (wie oben beschrieben) in Flächenbereiche einer aufzubauenden Schicht S für die Herstellung des Bauteils B, wobei das Be strahlungsmuster BM in jedem Flächenbereich Bestrahlungsvek toren V umfasst.
Verfahrensschritt aa) deutet an, dass Bestrahlungsvektoren der Länge Lm in dem oder den zweiten Flächenbereichen 2FB der Schicht S bis zu der Bauteilkontur 10 verlängert werden (vgl. Figur 4), wenn die (vor) definierte Bestrahlungsvektorlänge Ld eines gegebenen Vektors in dem ersten Flächenbereich 1FB un terschritten wird.
Das Verfahren umfasst weiterhin in Verfahrensschritt c) das Festlegen und Speichern des Bestrahlungsmusters BM für alle Schichten S des Bauteils B oder alle Schichten des Bau teils B, welche beispielsweise durch ihre gewünschte und de finierte Geometrie zu Strukturfehlern oder Überhitzungen nei gen .
Das Verfahren umfasst weiterhin in Verfahrensschritt d) , das schichtweise Verknüpfen und/oder Bereitstellen der Informati onen des Bestrahlungsmusters BM für das Bauteil B zusammen mit den Geometrieinformationen (CAD) einzelner Schichten des Bauteils in einem gemeinsamen Datensatz, beispielsweise in einem STL, AMF oder G-Code-Format .
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. Verfahren zum selektiven Bestrahlen einer Material schicht (S) in der additiven Herstellung, umfassend die fol genden Schritte:
- a) Bereitstellen einer vorbestimmten Bauteilgeometrie (B) , welche Geometrieinformationen einzelner Schichten (S) eines additiv herzustellenden Bauteils (B) enthält,
- b) schichtweises Festlegen eines Bestrahlungsmusters (BM) in Flächenbereichen (1FB, 2FB) einer aufzubauenden Schicht (S) für die Herstellung des Bauteils (B) , wobei das Be strahlungsmuster (BM) in jedem Flächenbereich (FB) Bestrah lungsvektoren (V) umfasst, wobei das schichtweise Festlegen rechnerunterstützt mittels eines CAM-Verfahrens erfolgt, und
- aa) - wenn eine vordefinierte Bestrahlungsvektorlänge (Lm) in einem ersten Flächenbereich (1FB) unterschritten wird - Verlängern von Bestrahlungsvektoren in einem zu dem ersten Flächenbereich (1FB) benachbarten zweiten Flächenbereich (2FB) der Schicht (S) bis zu einer Bauteilkontur (10) .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Bestrahlungsvekto ren (V) in dem zweiten Flächenbereich (2FB) bis zu der Bau teilkontur (10) verlängert werden, um eine geschätzte oder berechnete lokale Überhitzung durch zu kurze Bestrahlungsvek toren (Lm) in dem ersten Flächenbereich (1FB) zu verhindern.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestrah lungsmuster (BM) für alle Schichten (S) des additiv herzu stellenden Bauteils (B) festgelegt und gespeichert wird (c) ) .
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei die Informationen des Bestrahlungsmusters (BM) für das Bauteil (B) schichtweise mit den Geometrieinformationen ein zelner Schichten (S) des Bauteils (B) in einem gemeinsamen Datensatz (d) ) bereitgestellt werden.
5. Additives Herstellungsverfahren, umfassend das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das selektive Bestrahlen mittels eines Lasers oder eines Elektronenstrahls erfolgt, und die Materialschicht (S) eine Pulverschicht (P) ist .
6. Additives Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Pulverschicht eine, insbesondere gehärtete, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung, und das Bauteil eine im Heiß- gaspfad einer Strömungsmaschine anzuwendende Komponente ist.
7. Bauteil, welches gemäß dem Verfahren nach Anspruch 5 o- der 6 hergestellt oder herstellbar ist, weiterhin umfassend - im Vergleich zu einem gemäß dem Stand der Technik hergestell- ten Bauteil - eine um 50 bis 100 % verbesserte Maßhaltigkeit.
8. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veran lassen, das schichtweise Festlegen des Bestrahlungsmusters (b) ) gemäß Anspruch 1 durchzuführen.
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