EP4126422A1 - High-strength aluminum alloys for structural applications, which are processable by additive manufacturing - Google Patents

High-strength aluminum alloys for structural applications, which are processable by additive manufacturing

Info

Publication number
EP4126422A1
EP4126422A1 EP21716322.9A EP21716322A EP4126422A1 EP 4126422 A1 EP4126422 A1 EP 4126422A1 EP 21716322 A EP21716322 A EP 21716322A EP 4126422 A1 EP4126422 A1 EP 4126422A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weight
aluminum alloy
alloy
mpa
powdery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21716322.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael HÄRTEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Am Metals GmbH
Original Assignee
Am Metals GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Am Metals GmbH filed Critical Am Metals GmbH
Publication of EP4126422A1 publication Critical patent/EP4126422A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/25Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/127Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342Build-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286Al as the principal constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408Light metal alloys
    • C22C1/0416Aluminium-based alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/16Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/057Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/041Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by mechanical alloying, e.g. blending, milling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2203/00Controlling
    • B22F2203/11Controlling temperature, temperature profile
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/05Light metals
    • B22F2301/052Aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00Physical aspects of the powder
    • B22F2304/05Submicron size particles
    • B22F2304/058Particle size above 300 nm up to 1 micrometer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00Physical aspects of the powder
    • B22F2304/10Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/006Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of flat products, e.g. sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10Aluminium or alloys thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/10Pre-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • High-strength aluminum alloys that can be processed using additive manufacturing for
  • the invention relates to special powdery aluminum alloys with Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloy element, which have a content of 1 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe,
  • the invention also relates to methods for making such aluminum alloys, methods and devices for the additive manufacturing of three-dimensional objects, as well as three-dimensional objects and special aluminum alloys produced according to this method.
  • Light metal components are the subject of intensive research in the production of vehicles, in particular automobiles, aimed at continuously improving the performance and fuel efficiency of vehicles.
  • Many light metal components for automotive applications today are made of aluminum and / or magnesium alloys.
  • Such light metals can form load-bearing components that must be strong and stiff and have good strength and ductility (e.g. elongation).
  • Flea firming Speed and elasticity are particularly important for safety requirements and robustness in vehicles, such as motor vehicles. While conventional steel and titanium alloys provide high temperature resistance, these alloys are each either heavy or comparatively expensive.
  • a cost-effective alternative to light metal alloys for forming structural components in vehicles are alloys based on aluminum.
  • Such alloys can conventionally be processed into the desired components by bulk formation processes such as extrusion, rolling, forging, stamping, or casting techniques such as die casting, sand casting, investment casting (investment casting), chill casting and the like.
  • high-strength aluminum alloys with sufficient plastic expansion to absorb energy are known, mainly from the field of wrought alloys.
  • Materials from the aluminum 2000, 6000 and 7000 series are particularly suitable. These materials are characterized by their comparatively soft, ductile aggregate state, which enables them to be shaped. With the help of the energy introduced by massive forging and subsequent heat treatment, the alloys are converted into the high-strength and fully hardened state.
  • a method for producing three-dimensional objects by selective laser sintering or selective laser melting and a device for implementing this method is disclosed in EP 1 762 122 A1, for example.
  • an alloy For processing by means of selective laser sintering or laser melting, an alloy is required whose precipitation mechanism works without prior cold forming. Corresponding alloys are made in particular known in the area of the 2000 alloys (ie aluminum-copper alloys). With these, however, the relatively large melting interval poses a problem, since hot cracks can occur in the structures as a result of the rapid solidification by low-melting eutectics, which do not withstand the shrinkage stresses unaffected when the structures solidify. When processing by means of selective laser sintering, only micro-cracked structures are generally obtained, so that conventional, high-strength wrought aluminum alloys have not yet been processable by means of additive manufacturing.
  • An example of an aluminum alloy with rare alloying elements is described in e.g. EP 3 181 711 A1, in which the aluminum is alloyed with relatively large amounts of Sc (0.6 to 3% by weight).
  • intermetallic Al-Sc phases have a strong increase in strength, so that yield strengths of> 400 MPa are achieved.
  • the alloys described in EP 3 181 711 Al are not suitable for operating temperatures of> 180 ° C., since the AlMg matrix is used for degreasing and creeping tends.
  • AI-MMC Matrix Metal Composite
  • This object is achieved by a powdery aluminum alloy as specified by claim 1, by a method for producing a three-dimensional object according to claim 9, by a method for producing the powdery aluminum alloy according to claim 8, by a three-dimensional object that is below
  • Preferred embodiments of the invention are given in the dependent claims.
  • the powdery aluminum alloy according to the invention is a powder for use in the manufacture of three-dimensional objects by means of additive manufacturing techniques.
  • the powdery aluminum alloy according to the invention contains Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloy element and also has a content of 1 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V , and lanthanides on.
  • This aluminum alloy expediently contains no relevant proportions of Cr or Li (ie in particular less than 0.3% by weight, preferably less than 0.15% by weight and even more preferably less than 0.1% by weight total proportion of Cr and / or Li, and mostly preferably no proportions exceeding unavoidable impurities and Cr and / or Li). If the aluminum alloy contains Cr and / or Li, it must be ensured that the total proportion of metals in group Ml is added. Borrowed Cr and Li in the specified range of 1 to 15 wt.%, or in corresponding more preferred ranges, should be.
  • aluminum alloy is to be understood in the context of this description in such a way that the alloy contains aluminum as the most important metal element and its proportion in the aluminum alloy is more than 60% by weight, preferably more than 70% by weight and even more preferably more than 80% by weight.
  • Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloying element should be interpreted in such a way that the proportion of Cu, Zn or Si / Mg is greater than the respective proportion of all other elements (with the exception of of aluminum) in the alloy, where Si / Mg denotes the total content of Si and Mg in the alloy (in this case the sum of the proportions of Si and Mg is greater than the respective proportion of all other elements (with the exception of aluminum) in the alloy).
  • the “most relevant alloy element” relates to the aluminum alloy as such, ie without taking into account the additional metals from group Ml contained in the composition according to the invention, but it is preferred if the proportion of Cu or Zn is greater than the respective proportion of all other elements (with the exception of aluminum) in the alloy including the metals of group Ml.
  • AICu alloys ie alloys in which Cu is contained as the most relevant alloying element
  • AIZn alloys ie alloys in which Zn is contained as the most relevant alloying element
  • aluminum alloys of the 7000 group ie alloys in which "Si / Mg" is contained as the most relevant alloy element
  • AISi / Mg alloys ie alloys in which "Si / Mg" is contained as the most relevant alloy element
  • metals from group Ml enables the production of essentially or even completely crack-free three-dimensional bodies by means of additive manufacturing techniques such as selective laser sintering or selective laser melting, although relatively large amounts of transition metals are added.
  • additive manufacturing techniques such as selective laser sintering or selective laser melting
  • this problem is circumvented because the shaping does not require above-average ductility of the material, so that very fine and nano-scale structures can also be produced due to the process.
  • a preferred proportion for metals from group Ml can be a proportion of at least 1.3% by weight, preferably 2.0% by weight up to 8.0% by weight, and more preferably 2.5% by weight. -% up to 5.0% by weight can be specified.
  • the metal or metals selected from group Ml does not consist in substantial proportions of lanthanides, the procurement of which can be costly, the proportion of lanthanides, based on the total amount of metals from group Ml, preferably being less than 10 wt .-%, more preferably less than 5% by weight, and even more preferably less than 1% by weight.
  • Preferred metals from group Ml are easily obtainable and inexpensive metals such as Zr, Fe, and Ti, where Zr and / or Ti can be specified as particularly suitable.
  • Zr a proportion of 0.25 to 2% by weight and in particular 0.5 to 1.9% by weight can be specified as being particularly suitable.
  • a proportion of 0.25 to 2% by weight and in particular 0.5 to 1.9% by weight can be specified as particularly suitable for Ti.
  • the aluminum alloy contains Zr and Ti as metals of group Ml and contains these in a proportion of 0.25 to 2% by weight and in particular 0.5 to 1.9% by weight in the aluminum alloy are.
  • the aluminum alloy according to the invention preferably does not contain any relevant proportions of Sc or Y, since these metals are associated with severe cost disadvantages.
  • Preferred aluminum alloys according to the invention therefore contain a maximum of up to 1.5% by weight of Sc and / or Y, preferably a maximum of up to 1% by weight, even more preferably a maximum of 0.5% by weight and even more preferably none Amounts of Sc and Y in excess of the usual impurities.
  • a powdery aluminum alloy particularly suitable in the context of this description is an aluminum alloy with a content of 4 to 6% by weight Cu, 0.1 to 1.5% by weight Mg and 0.1 to 1% by weight Ag.
  • the 98% by weight missing portion of the alloy preferably the 99% by weight missing portion of the alloy on aluminum, falls away.
  • the 100% by weight missing portion of the alloy is usually provided by other metals and / or non-metals such as oxygen, which however no longer have any significant influence on the mechanical properties of the alloy.
  • the above-described aluminum alloy according to the invention has a content of at least 4.5% by weight and / or at most 5.8% by weight, preferably at least 4.8% by weight and / or at most 5.5% by weight % Cu, at least 0.2% by weight and / or at most 1.5% by weight, preferably at least 0.3% by weight and / or at most 1.2% by weight Mg, and at least 0 .05% by weight and / or at most 0.6% by weight, preferably at least 0.2% by weight and / or at most 0.4% by weight of Ag.
  • the above-described aluminum alloy according to the invention preferably contains up to 0.2% by weight, in particular 0.05 to 0.15% by weight, of oxygen, up to 0.6% by weight, and in particular 0.2 up to 0.55% by weight of manganese and up to 0.3% by weight, preferably 0.05 to 0.15% by weight, silicon.
  • the above-described aluminum alloy according to the invention has a content of at least 0.2% by weight and / or at most 1.3% by weight, preferably at least 0.3% by weight and / or at most 1, 0% by weight Si, at least 0.4% by weight and / or at most 2.2% by weight, preferably at least 0.6% by weight and / or at most 1.8% by weight Mg, and at least 0.3% by weight and / or at most 1.3% by weight, preferably at least 0.4% by weight and / or at most 1.0% by weight of Mn. It is preferred for this aluminum alloy if it has a total content of Si and Mg in the range from 0.9 to 2.8% by weight and in particular in the range from 1.2 to 2.5% by weight.
  • the powdery aluminum alloys according to the invention are not subject to any significant restrictions, the particle size should be in an order of magnitude that is suitable for an additive method for producing three-dimensional objects.
  • a mean particle size d50 in the range from 10 to 80 ⁇ m is very particularly preferred.
  • the powdery aluminum alloy according to the invention can also be present as a wire, e.g. for certain processing operations, so that a corresponding wire-like aluminum alloy is also the subject matter of the invention.
  • d50 denotes the size at which the amount of particles by weight that have a diameter smaller than the specified size is 50% of the mass of a sample.
  • the particle size distribution is determined by laser scattering or laser diffraction, e.g. in accordance with ISO 13320: 2009 two points of the particle) or a sieve diameter or a volume-related equivalent spherical diameter.
  • the pulverulent aluminum alloy according to the invention contains as little as possible any added ceramic compounds, such as metal borides, nitrides and carbides in particular.
  • any added ceramic compounds such as metal borides, nitrides and carbides in particular.
  • the proportion of such materials in the aluminum alloy is appropriately limited to less than 0.2% by weight, in particular less than 0.1% by weight and more preferably less than 0.05% by weight.
  • nanoparticulate metals or metal hydrides e.g.
  • the powdery aluminum alloys according to the invention can be produced by any method that is known to the person skilled in the art for producing powdery alloys.
  • a particularly useful method includes, for example, atomization of the liquid aluminum alloy or mechanical alloying.
  • the present invention relates to a method for producing a powdery aluminum alloy, which includes a step of atomizing the liquid alloy at a temperature of> 850 ° C, preferably> 950 ° C and more preferably> 1050 ° C. Temperatures of more than 1200 ° C are not required for the atomization and are less expedient due to the higher energy requirements. A range from> 850 to 1200 ° C. and preferably> 950 to 1150 ° C.
  • a production of the pulverulent aluminum alloys by means of atomization has the advantage that the additive metals of group Ml are dissolved in the aluminum alloy or are present as metastable phases. During subsequent processing by means of laser sintering or laser melting, these phases are dissolved so that the metals can have a grain-refining effect.
  • the powdery aluminum alloy according to the invention can also be produced by mechanical alloying.
  • Metal powders of the individual components of the later alloy (or premixes thereof) are mechanically treated intensively and homogenized down to the atomic level.
  • mechanical alloying it is possible, please include to rework the particles obtained in order, for example, to change the morphology, particle size or particle size distribution or to carry out a surface treatment.
  • the post-processing can include one or more steps selected from chemical modification of the particles and / or the particle surface, sieving, breaking, round grinding, plasma spherodizing (ie processing into round particles) and additives.
  • modifications of the particle morphology or grain size distribution are expedient, since small plates or flakes are usually obtained in mechanical alloying. This form is generally problematic in a later additive processing method.
  • the present invention also relates to a powdery aluminum alloy which, according to the method described, is produced by atomizing the liquid alloy at a temperature of preferably> 850.degree. C. and more preferably>
  • a powdery aluminum alloy for use in the production of three-dimensional objects with the aid of additive manufacturing techniques which, in addition to aluminum, contains Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloy element and also a content of 1 to 15% by weight Metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Cr, Zr,
  • Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional object by means of an additive manufacturing method (ie a method in which an object is built up layer by layer).
  • the object is preferably produced by applying a build-up material as a layer on top of a layer and selectively solidifying the build-up material, in particular by supplying radiant energy, at locations in each layer that are assigned to the cross-section of the object in this layer, preferably by having the locations with at least one Effective area, in particular a radiation exposure effective area of an energy beam, can be scanned, or in that the building material is introduced into the radiation effective area and melted and applied to a substrate.
  • the construction material comprises a powdered aluminum alloy as indicated above, but can alternatively also comprise a corresponding wire-shaped aluminum alloy.
  • the construction material preferably consists of this powdery or wire-like aluminum alloy.
  • the three-dimensional object can be an object made of one material (i.e. the aluminum alloy) or an object made of different materials. If the three-dimensional object is an object made of different materials, this object can be produced, for example, by applying the aluminum alloy according to the invention, for example, to a base body of the other material.
  • the powdery aluminum alloy is preheated before the selective solidification, with preheating to a temperature of at least 110 ° C being preferred and preheating to a temperature of at least 120 ° C being more preferred
  • Preheating to a temperature of at least 130 ° C as even more preferred preheating to a temperature of at least 150 ° C as even more preferred, preheating to a temperature of at least 165 ° C as even more preferred and preheating to a Temperature of at least 190 ° C can be specified as even more preferred.
  • preheating to very high temperatures places considerable demands on the device for producing the three-dimensional objects, i.e.
  • the maximum temperature for preheating is preferably at most 350.degree. C. and more preferably at most 300.degree.
  • the temperatures specified for preheating each designate the temperature to which the building platform form, to which the powdery aluminum alloy is applied, and the powder bed formed by the powdery aluminum alloy is heated.
  • the application or application layer on layer is expediently carried out in a layer thickness suitable for processing by means of additive manufacturing, for example with a layer thickness in the range from 20 to 60 ⁇ m, preferably with a thickness of at least 25 and / or at most 50 ⁇ m and more preferably with a thickness of at least 30 and / or at most 40 ⁇ m.
  • the method according to the invention can also be designed in such a way that the building material is introduced into the radiation exposure area of an energy source, for example a laser, and melted and applied to a substrate.
  • an energy source for example a laser
  • a powder is sprayed punctiformly onto a substrate via one or more nozzles, and at the same time a laser is aligned with the application point of the laser.
  • the substrate is melted by the radiation energy and the alloy powder applied is melted so that the alloy applied can bond with the melted substrate.
  • a larger workpiece can be produced by sequential “jetting” of melt layers made of particulate material.
  • a laser coating process can also be carried out in the mode of wire application welding, a wire being used instead of a powder.
  • the method according to the invention also comprises an embodiment in which a wire made of an aluminum alloy, as indicated above, is used.
  • the method according to the invention therefore preferably further comprises a step in which the initially produced three-dimensional object is subjected to a heat treatment, preferably at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. and / or for a time of 20 to 200 min.
  • a heat treatment preferably at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. and / or for a time of 20 to 200 min.
  • a range from 420 ° C. to 470 ° C. and in particular at least 430 ° C. and / or 450 ° C. or less can be mentioned as a particularly preferred temperature range.
  • Particularly preferred time frames for the heat treatment are 30 minutes to 120 minutes and in particular at least 40 minutes and / or 80 minutes Or less.
  • a heat treatment gives particularly advantageous results if, after such a heat treatment at a comparatively high temperature, the three-dimensional object is rapidly cooled to around ambient temperature (ie in 10 min or less and preferably 5 min or less, e.g. by quenching with What ser) and then aged at a temperature of 90 ° C to 150 ° C, in particular at least 110 ° C and / or at 140 ° C or less, for at least 12 hours and preferably at least 18 hours.
  • Another aspect of the present invention relates to a three-dimensional object which is produced using a powdered aluminum alloy, in particular produced according to the method described above, the powdered aluminum alloy being an aluminum alloy, as described above, and the three-dimensional object being such Comprises or consists of aluminum alloy.
  • the three-dimensional object according to the invention has expediently advantageously adapted mechanical properties, such as in particular a yield point of at least 400 MPa and / or at most 550 MPa, preferably at least 440 MPa to 550 MPa and particularly preferably in the range from 460 to 480 MPa and / or a tensile strength of 450 MPa and / or at most 550 MPa, preferably at least 470 MPa and particularly preferably in the range from 500 to 550 MPa.
  • a three-dimensional object according to the invention preferably has a yield point at 200 ° C. of preferably at least 330 MPa, more preferably at least 350 MPa and even more preferably in the range from 360 MPa to 420 MPa.
  • Another aspect of the present invention relates to a manufacturing device for performing a method for manufacturing a three-dimensional object, as stated above, the device being a laser sintering or laser melting device, a process chamber designed as an open container with a container wall, and one located in the process chamber Carrier, wherein the process chamber and carrier are movable relative to each other in the vertical direction, having a storage container and a layer movable in the horizontal direction, and wherein the storage container is at least partially filled with a powdered aluminum alloy, as stated above.
  • the present invention relates to a manufacturing device for the implementation of a method for manufacturing a three-dimensional object, which has a device for laser coating and a process chamber, a feed device for feeding particulate material or wire into the area of action of the laser beam, and a storage container that contains at least is partially filled with a powdery aluminum alloy, as indicated above, or with wire of such an aluminum alloy.
  • Additive manufacturing devices for manufacturing three-dimensional objects and associated processes are generally characterized in that objects are manufactured in them layer by layer by solidifying a shapeless (or wire-shaped) building material. Solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation, for example during laser sintering ("SLS" or “DMLS”) or laser melting or electron beam melting.
  • SLS laser sintering
  • DMLS laser melting or electron beam melting
  • the area of action of a laser beam (laser spot") on a layer of the building material is moved over those points of the layer that correspond to the object cross-section of the object to be produced in this layer
  • Building material can also be made by 3D printing, for example by applying an adhesive or binding agent.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration, partially reproduced as a cross section, of a device for building up a three-dimensional object in layers according to an embodiment of the present invention.
  • the device shown in Figure 1 is a known laser sintering or laser melting device al.
  • a process chamber a3 with a chamber wall a4.
  • a construction container a5 which is open at the top and has a wall a6, is arranged.
  • a working plane a7 is defined through the upper opening of the building container a5, the area of the working plane a7 lying within the opening, which can be used to build up the object a2, is referred to as building field a8.
  • V carrier aO is arranged, on which a base plate is all attached, which closes the building container a5 at the bottom and thus forms its bottom.
  • the base plate a1 can be a plate formed separately from the carrier a10, which is fastened to the carrier a10, or it can be formed integrally with the carrier a10.
  • a construction platform a2 can also be attached to the base plate, on which the object a2 is built.
  • the object a2 can also be built on the base plate itself, which then serves as a construction platform.
  • FIG. 1 the object a2 to be formed in the building container a5 on the building platform al2 is shown below the working plane a7 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by building material al3 that has remained unsolidified.
  • the laser sintering device al further contains a storage container al4 for a powdery building material al5 which can be solidified by electromagnetic radiation and a coater al6 movable in a horizontal direction H for applying the building material al5 to the building field a8.
  • the laser sintering device a1 also contains an exposure device a20 with a laser a21, which generates a laser beam a22 as an energy beam, which is deflected via a deflection device a23 and through a focusing device a24 via a coupling window a25 which is attached to the top of the process chamber a3 in its wall a4 , is focused on the working plane a7.
  • the laser sintering device a1 contains a control unit a29, via which the individual components of the device a1 are controlled in a coordinated manner in order to carry out the construction process.
  • the control unit a29 may contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the device on a storage medium from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit.
  • the carrier a10 is first lowered by a height that corresponds to the desired layer thickness. By moving the coater al6 over the working plane a7, a layer of the powdery build-up material al5 is then applied.
  • the coater al6 pushes a somewhat larger amount of build-up material a5 in front of him than is necessary for building up the layer.
  • the coater al6 pushes the planned surplus of construction material al5 into an overflow container al8.
  • An overflow container al8 is arranged on both sides of the building container a5.
  • the application of the powdery building material al5 takes place at least over the entire cross section of the object a2 to be produced, preferably over the entire construction field a8, that is the area of the working plane a7, which can be lowered by a vertical movement of the carrier alO.
  • the laser sintering device a1 further contains a gas supply channel a32, a gas inlet nozzle a30, a gas outlet opening a31 and a gas discharge channel a33.
  • the process gas flow a34 moves horizontally over the construction field a8.
  • the gas supply and discharge can also be controlled by the control unit a29 (not shown).
  • the gas extracted from the process chamber a3 can be fed to a filter device (not shown), and the filtered gas can be fed back to the process chamber a3 via the gas feed channel a32, thereby forming a circulating air system with a closed gas circuit.
  • a filter device not shown
  • the filtered gas can be fed back to the process chamber a3 via the gas feed channel a32, thereby forming a circulating air system with a closed gas circuit.
  • nozzles or openings can also be provided.
  • the storage container al4 is at least partially filled with a powdery aluminum alloy al5, as indicated above.
  • a further aspect of the present invention finally relates to an aluminum alloy with a content of 4 to 6% by weight Cu, 0.1 to 1.5% by weight Mg and 0.1 to 1% by weight Ag, and 1 , 3 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, and lanthanoids, with the proportion of the alloy on aluminum, which is missing to 99% by weight, being preferred is omitted and, more preferably, the proportion of the alloy, which is missing by 100% by weight, is made up of aluminum, manganese, silicon and oxygen.
  • test specimen produced was subjected to the Brinell method in accordance with the standard DIN EN ISO 6506-1: 2015 "Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: Test method”. Density cube samples were used for the determination. The tests are done three times for each sample and the measured values are reported with an accuracy of 1 HBW.
  • the test body produced in comparative sample 1 exhibited massive hot cracks.
  • the hot cracks were considerably reduced compared to comparative sample 1, but were still recognizable; a heat treatment of the test body did not lead to an improvement in the hardness of the material.
  • the material according to the invention showed no hot cracks and, compared with the comparison samples, mechanical properties were considerably improved even immediately after production. By heat treatment (485 ° C / 40 min and subsequent quenching with water and aging at 25 ° C) these properties could be improved considerably.
  • test body produced from the aluminum alloy according to Example 1 was compared with respect to its yield strength properties with corresponding test bodies made of other materials.
  • test bodies made of Scalmalloy (DMLS processed, -o-) the aluminum alloy AW2618 (forged, T6, - ⁇ -), the aluminum alloy 7075 (T6, -A-), the aluminum alloy 2024 (T6, -x-) and Addmalloy (DMLS processed, -o-) used.
  • the data of the comparative materials are taken from the literature or the corresponding data sheets. The yield strengths of test specimens made from these materials are shown in FIG.
  • the aluminum alloy according to the invention already had the highest yield point of all tested materials at 23 ° C., only Scalmalloy and the aluminum alloy 7075 exhibiting a yield point in a similarly high range. Compared to the high-temperature-resistant kneading alloy AW-2618A, the difference was about 27%. From a temperature of around 100 to 120 ° C, the yield strength of the 7075 aluminum alloy drops sharply, while that of Scalmalloy is even significantly lower at these temperatures. In contrast, the yield strength of the aluminum alloy according to the invention only decreases slightly at these temperatures. At around 200 ° C., the aluminum alloy according to the invention has a yield point that is around 42% better than the second best alloy AW 2618A.

Abstract

The present invention relates to pulverulent aluminum alloys having Cu, Zn or Si/Mg as most relevant alloy elements, the alloy further having a content of 1 to 15 wt.% of metals selected from the group M1 comprising Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, and lanthanoids. Such aluminum alloys can be used in additive manufacturing methods, such as selective laser melting for producing high-strength three-dimensional objects which are free from hot cracks. The present invention further relates to methods and devices for producing three-dimensional objects from such aluminum alloys, to methods for producing such pulverulent aluminum alloys, to three-dimensional objects which are also produced by such pulverulent aluminum alloys, and to specific aluminum alloys.

Description

Mittels additiver Fertigung verarbeitbare hochfeste Aluminiumlegierungen für High-strength aluminum alloys that can be processed using additive manufacturing for
Strukturanwendungen Structural applications
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft spezielle pulverförmige Aluminiumlegierungen mit Cu, Zn oder Si/Mg als relevantestem Legierungselement, die einen Gehalt von 1 bis 15 Gew.-% an Metallen ausgewählt aus der Gruppe Ml umfassend Mo, Nb, Zr, Fe,The invention relates to special powdery aluminum alloys with Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloy element, which have a content of 1 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe,
Ti, Ta, V, und Lanthanoide aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Fierstellung solcher Aluminiumlegierungen, Verfahren und Vorrichtungen zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Objekten, sowie gemäß diesen Verfah ren hergestellte dreidimensionale Objekte und spezielle Aluminiumlegierungen. Ti, Ta, V, and lanthanoids. The invention also relates to methods for making such aluminum alloys, methods and devices for the additive manufacturing of three-dimensional objects, as well as three-dimensional objects and special aluminum alloys produced according to this method.
Stand der Technik State of the art
Leichtmetallkomponenten sind bei der Fierstellung von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, Gegenstand intensiver Forschung, die auf eine fortlaufende Verbesserung von Leistungsfähigkeit und Kraftstoffeffizienz der Fahrzeuge ab zielt. Viele Leichtmetallkomponenten für Automobilanwendungen sind heute aus Aluminium und/oder Magnesiumlegierungen gefertigt. Solche Leichtmetalle kön nen Last-tragende Komponenten bilden, die stark und steif sein müssen und eine gute Festigkeit und Dehnbarkeit (z.B. Dehnung) aufweisen müssen. Flohe Festig- keit und Dehnbarkeit sind besonders wichtig für Sicherheitsanforderungen und Robustheit in Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen. Während konventioneller Stahl und Titanlegierungen hohe Temperaturfestigkeit bereitstellen, sind diese Legie rungen jeweils entweder schwer oder vergleichsweise teuer. Light metal components are the subject of intensive research in the production of vehicles, in particular automobiles, aimed at continuously improving the performance and fuel efficiency of vehicles. Many light metal components for automotive applications today are made of aluminum and / or magnesium alloys. Such light metals can form load-bearing components that must be strong and stiff and have good strength and ductility (e.g. elongation). Flea firming Speed and elasticity are particularly important for safety requirements and robustness in vehicles, such as motor vehicles. While conventional steel and titanium alloys provide high temperature resistance, these alloys are each either heavy or comparatively expensive.
Eine kostengünstige Alternative von Leichtmetalllegierungen zum Bilden von Strukturbauteilen in Fahrzeugen sind Legierungen auf Basis von Aluminium. A cost-effective alternative to light metal alloys for forming structural components in vehicles are alloys based on aluminum.
Solche Legierungen können konventionell durch Bulkbildungsverfahren, wie Extrusion, Walzen, Schmieden, Stanzen, oder Gusstechniken, wie Druckgießen, Sandgießen, Investmentgießen (Feingießen), Kokillengießen und dergleichen, zu den gewünschten Bauteilen verarbeitet werden. Such alloys can conventionally be processed into the desired components by bulk formation processes such as extrusion, rolling, forging, stamping, or casting techniques such as die casting, sand casting, investment casting (investment casting), chill casting and the like.
Aus dem Stand der Technik sind bereits hochfeste Aluminiumlegierungen mit ausreichend plastischer Dehnung zur Energieaufnahme hauptsächlich aus dem Bereich der Knetlegierungen bekannt. Dabei sind vor allem Werkstoffe aus den Aluminium 2000er, 6000er und 7000er Serien als geeignet zu nennen. Diese Materialien zeichnen sich durch ihren vergleichsweise weichen duktilen Aggregat zustand aus, der die Formgebung ermöglicht. Mit Hilfe der durch Massivumfor mung eingebrachten Energie, und anschließender Wärmebehandlung werden die Legierungen in den hochfesten und voll ausgehärteten Zustand überführt. From the prior art, high-strength aluminum alloys with sufficient plastic expansion to absorb energy are known, mainly from the field of wrought alloys. Materials from the aluminum 2000, 6000 and 7000 series are particularly suitable. These materials are characterized by their comparatively soft, ductile aggregate state, which enables them to be shaped. With the help of the energy introduced by massive forging and subsequent heat treatment, the alloys are converted into the high-strength and fully hardened state.
In den letzten Jahren hat das "rapid prototyping" oder "rapid tooling" auch in der Metallverarbeitung an Bedeutung gewonnen. Diese Verfahren sind auch als selek tives Lasersintern und selektives Laserschmelzen bekannt. Dabei wird eine dünne Schicht eines Materials in Pulverform wiederholt aufgebracht und das Material wird in jeder Schicht selektiv in den Bereichen, in denen sich das spätere Produkt befindet, durch Belichtung mit einem Laserstrahl verfestigt, indem das Material zunächst an vorgegebenen Positionen aufgeschmolzen wird und dann erstarrt. So kann sukzessive ein vollständiger dreidimensionaler Körper aufgebaut werden. In recent years "rapid prototyping" or "rapid tooling" has also gained in importance in metal processing. These processes are also known as selective laser sintering and selective laser melting. A thin layer of a material in powder form is applied repeatedly and the material is selectively solidified in each layer in the areas in which the later product is located by exposure to a laser beam by first melting the material at predetermined positions and then solidifying it . In this way, a complete three-dimensional body can be built up successively.
Ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Lasersintern oder selektives Laserschmelzen sowie eine Vorrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens ist zum Beispiel in der EP 1 762 122 Al offenbart. A method for producing three-dimensional objects by selective laser sintering or selective laser melting and a device for implementing this method is disclosed in EP 1 762 122 A1, for example.
Für eine Verarbeitung mittel selektivem Lasersintern oder Laserschmelzen ist eine Legierung erforderlich, deren Ausscheidungsmechanismus ohne vorangehende Kaltumformung funktioniert. Entsprechende Legierungen sind insbesondere aus dem Bereich der 2000er Legierungen (d.h. von Aluminium-Kupfer-Legierungen) bekannt. Bei diesen stellt jedoch das verhältnismäßig große Schmelzintervall ein Problem dar, da es infolge des raschen Erstarrens durch niedrigschmelzende Eutektika, die die Schrumpfspannungen bei Erstarren der Strukturen nicht unbe einträchtigt überstehen, zu Heißrissen in den Strukturen kommen kann. Bei einer Verarbeitung mittels selektivem Lasersintern werden damit in der Regel nur mikrorissige Gefüge erhalten, so dass konventionelle, hochfeste Aluminium - Knetlegierungen sind bisher mittels additiver Fertigung nicht verarbeitbar sind. For processing by means of selective laser sintering or laser melting, an alloy is required whose precipitation mechanism works without prior cold forming. Corresponding alloys are made in particular known in the area of the 2000 alloys (ie aluminum-copper alloys). With these, however, the relatively large melting interval poses a problem, since hot cracks can occur in the structures as a result of the rapid solidification by low-melting eutectics, which do not withstand the shrinkage stresses unaffected when the structures solidify. When processing by means of selective laser sintering, only micro-cracked structures are generally obtained, so that conventional, high-strength wrought aluminum alloys have not yet been processable by means of additive manufacturing.
Andere verfügbare Aluminiumlegierungen, die bereits für eine Verarbeitung mittels additiver Fertigungstechniken etabliert sind (wie z.B. solche aus der AlSi- Legierungsfamilie), weisen nicht die wünschenswerte Eigenschaftskombination von hoher Streckgrenze und Bruchdehnung auf, oder sind aufgrund von sehr Kostenintensiven und seltenen Legierungselementen von Nachteil. Other available aluminum alloys that are already established for processing using additive manufacturing techniques (such as those from the AlSi alloy family) do not have the desirable combination of properties of high yield strength and elongation at break, or are disadvantageous due to the very cost-intensive and rare alloying elements.
Ein Beispiel für eine Aluminiumlegierung mit seltenen Legierungselementen ist in z.B. der EP 3 181 711 Al beschrieben, in der das Aluminium mit verhältnismäßig großen Mengen an Sc (0,6 bis 3 Gew.-%) legiert wird. In den so hergestellten Legierungen wirken intermetallische Al-Sc Phasen stark festigkeitssteigernd, so dass Streckgrenzen von > 400 MPa erreicht werden. Neben dem verhältnismäßig kostenintensiven Metall Sc, das für die Legierung benötigt wird, ist es allerdings nachteilig, dass die in der EP 3 181 711 Al beschriebenen Legierungen nicht für Einsatztemperaturen von > 180°C geeignet sind, da die AlMg Matrix zum Entfes tigen und Kriechen neigt. An example of an aluminum alloy with rare alloying elements is described in e.g. EP 3 181 711 A1, in which the aluminum is alloyed with relatively large amounts of Sc (0.6 to 3% by weight). In the alloys produced in this way, intermetallic Al-Sc phases have a strong increase in strength, so that yield strengths of> 400 MPa are achieved. In addition to the relatively cost-intensive metal Sc, which is required for the alloy, it is, however, disadvantageous that the alloys described in EP 3 181 711 Al are not suitable for operating temperatures of> 180 ° C., since the AlMg matrix is used for degreasing and creeping tends.
Ein weiterer Ansatz für Legierungen zum Einsatz in der additiven Fertigung sind AI-MMC (MMC = Matrix Metal Composite) Konzepte, die bei Raumtemperatur mit AlMgSc-Legierungen vergleichbare mechanische Eigenschaften aufweisen. Prob lematisch bei diesen Materialien ist aber, dass sie bei Temperaturen oberhalb von 200°C einen signifikanten Festigkeitsabfall zeigen. Ein weiteres Problem der AI- MMC Konzepte besteht darin, dass der Werkstoff aus einer Pulvermischung von drei Komponenten besteht, was das Transportieren, Lagern und Wiederverwen den erschwert, da eine Veränderung des Mischungsverhältnisses durch die physi kalischen Vorgänge nicht ausgeschlossen werden kann. Nachteilig ist darüber hinaus das negative Recyclingverhalten der MMC Metall-Keramik- Verbundwerkstoffe und der Umstand, dass die mechanische Nachbearbeitung von AI-MMC schwieriger und mit höheren Kosten verbunden ist. Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik besteht ein Bedarf nach einer möglichst kostengünstigen Aluminiumlegierung, die thermisch stabil ist und hochfeste Eigenschaften aufweist, und die sich mit Hilfe von additi ven Fertigungstechniken wie z.B. selektivem Lasersintern und selektivem Laser schmelzen zu dreidimensionalen Objekten mit hohen Festigkeiten und Steifigkei ten und günstigen Korrosionseigenschaften verarbeiten lässt. Dabei sollten mög lichst am Markt knappe Seltenerdmetalle wie Scandium vermieden werden, um eine hohe Liefersicherheit zu gewährleisten. Es besteht weiterhin ein Bedarf nach einem additiven Verarbeitungsverfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten und nach diesen Verfahren hergestellten hochfesten dreidimensionalen Objekten. Another approach for alloys for use in additive manufacturing are AI-MMC (MMC = Matrix Metal Composite) concepts, which have mechanical properties comparable to AlMgSc alloys at room temperature. The problem with these materials, however, is that they show a significant drop in strength at temperatures above 200 ° C. Another problem with the AI-MMC concepts is that the material consists of a powder mixture of three components, which makes it difficult to transport, store and reuse, as a change in the mixing ratio due to physical processes cannot be ruled out. Another disadvantage is the negative recycling behavior of the MMC metal-ceramic composite materials and the fact that the mechanical reworking of AI-MMC is more difficult and associated with higher costs. Based on the prior art described above, there is a need for an aluminum alloy that is as inexpensive as possible, which is thermally stable and has high-strength properties, and which melts into three-dimensional objects with high strength and strength with the help of additive manufacturing techniques such as selective laser sintering and selective laser Rigidity th and favorable corrosion properties can be processed. Rare earth metals such as scandium, which are scarce on the market, should be avoided as far as possible in order to guarantee a high level of delivery security. There is still a need for an additive processing method for producing three-dimensional objects and for high-strength three-dimensional objects produced by these methods.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine pulverförmige Aluminiumlegierung, wie sie durch Anspruch 1 angegeben ist, durch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß Anspruch 9, durch ein Verfahren zur Herstel lung der pulverförmige Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 8, durch ein dreidi mensionales Objekt, das unter Verwendung einer pulverförmigen Aluminiumlegie rung wie in Anspruch 1 angegeben hergestellt ist, gemäß Anspruch 11, durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimen sionalen Objekts gemäß Anspruch 14, und durch eine Aluminiumlegierung, wie sie in Anspruch 15 angegeben ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben. This object is achieved by a powdery aluminum alloy as specified by claim 1, by a method for producing a three-dimensional object according to claim 9, by a method for producing the powdery aluminum alloy according to claim 8, by a three-dimensional object that is below Use of a powdery aluminum alloy as specified in claim 1, according to claim 11, by an apparatus for performing a method for manufacturing a three-dimensional object according to claim 14, and by an aluminum alloy as specified in claim 15. Preferred embodiments of the invention are given in the dependent claims.
Die pulverförmige Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung ist ein Pulver zur Verwendung in der Herstellung von dreidimensionalen Objekten mit Hilfe von additiven Fertigungstechniken. Die erfindungsgemäße pulverförmige Aluminium legierung enthält Cu, Zn oder Si/Mg als relevantestes Legierungselement und weist weiterhin einen Gehalt von 1 bis 15 Gew.-% an Metallen ausgewählt aus der Gruppe Ml umfassend Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, und Lanthanoide auf. Diese Aluminiumlegierung enthält zweckmäßig keine relevanten Anteile an Cr oder Li (d.h. insbesondere weniger als 0,3 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,15 Gew.-% und noch weiter bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% Gesamtanteil an Cr und/oder Li, und meist bevorzugt keine über unvermeidliche Verunreinigungen hinausge hende Anteile und Cr und/oder Li). Wenn die Aluminiumlegierung Cr und/oder Li enthält ist zu beachten, dass der Gesamtanteil an Metallen der Gruppe Ml zuzüg- lieh Cr und Li in dem vorgegebenen Bereich von 1 bis 15 Gew. -%, bzw. in ent sprechenden bevorzugteren Bereichen, liegen sollte. The powdery aluminum alloy according to the invention is a powder for use in the manufacture of three-dimensional objects by means of additive manufacturing techniques. The powdery aluminum alloy according to the invention contains Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloy element and also has a content of 1 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V , and lanthanides on. This aluminum alloy expediently contains no relevant proportions of Cr or Li (ie in particular less than 0.3% by weight, preferably less than 0.15% by weight and even more preferably less than 0.1% by weight total proportion of Cr and / or Li, and mostly preferably no proportions exceeding unavoidable impurities and Cr and / or Li). If the aluminum alloy contains Cr and / or Li, it must be ensured that the total proportion of metals in group Ml is added. Borrowed Cr and Li in the specified range of 1 to 15 wt.%, or in corresponding more preferred ranges, should be.
Die Angabe „Aluminiumlegierung" ist im Rahmen dieser Beschreibung so aufzu fassen, dass die Legierung Aluminium als wesentlichstes Metallelement enthält und dessen Anteil an der Aluminiumlegierung mehr als 60 Gew. -%, vorzugsweise mehr als 70 Gew.-% und noch weiter bevorzugt mehr als 80 Gew.-% ausmacht. Die Angabe „Cu, Zn oder Si/Mg als relevantestes Legierungselement" ist so aufzu fassen, dass der Anteil von Cu, Zn oder Si/Mg größer ist, als der jeweilige Anteil aller anderen Elemente (mit Ausnahme von Aluminium) in der Legierung, wobei Si/Mg den Gesamtinhalt an Si und Mg in der Legierung bezeichnet (in diesem Fall ist die Summe der Anteile an Si und Mg größer, als der jeweilige Anteil aller anderen Elemente (mit Ausnahme von Aluminium) in der Legierung). Das „rele vanteste Legierungselement" bezieht sich auf die Aluminiumlegierung als solches, d.h. ohne Berücksichtigung der in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen zusätzlichen Metalle aus der Gruppe Ml, bevorzugt ist es jedoch, wenn der Anteil von Cu oder Zn größer ist, als der jeweilige Anteil aller anderen Elemente (mit Ausnahme von Aluminium) in der Legierung unter Einschluss der Metalle der Gruppe Ml. The term "aluminum alloy" is to be understood in the context of this description in such a way that the alloy contains aluminum as the most important metal element and its proportion in the aluminum alloy is more than 60% by weight, preferably more than 70% by weight and even more preferably more than 80% by weight. The statement "Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloying element" should be interpreted in such a way that the proportion of Cu, Zn or Si / Mg is greater than the respective proportion of all other elements (with the exception of of aluminum) in the alloy, where Si / Mg denotes the total content of Si and Mg in the alloy (in this case the sum of the proportions of Si and Mg is greater than the respective proportion of all other elements (with the exception of aluminum) in the alloy). The “most relevant alloy element” relates to the aluminum alloy as such, ie without taking into account the additional metals from group Ml contained in the composition according to the invention, but it is preferred if the proportion of Cu or Zn is greater than the respective proportion of all other elements (with the exception of aluminum) in the alloy including the metals of group Ml.
Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang bewusst, dass AICu-Legierungen (d.h. Legierungen, in denen Cu als relevantestes Legierungselement enthalten ist) auch als Aluminiumlegierungen der 2000er Gruppe, AIZn-Legierungen (d.h. Legie rungen, in denen Zn als relevantestes Legierungselement enthalten ist) auch als Aluminiumlegierungen der 7000er Gruppe und AISi/Mg-Legierungen (d.h. Legie rungen, in denen „Si/Mg" als relevantestes Legierungselement enthalten ist) auch als Aluminiumlegierungen der 6000er Gruppe (jeweils gemäß dem International Alloy Designation System) bezeichnet werden. Für eine Übersicht über unter diese Kategorie fallende Aluminiumlegierungen kann beispielsweise auf https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium alloy#Allov designations verwiesen werden. The person skilled in the art is aware in this context that AICu alloys (ie alloys in which Cu is contained as the most relevant alloying element) also as aluminum alloys of the 2000 group, AIZn alloys (ie alloys in which Zn is contained as the most relevant alloying element) as well as aluminum alloys of the 7000 group and AISi / Mg alloys (ie alloys in which "Si / Mg" is contained as the most relevant alloy element) are also referred to as aluminum alloys of the 6000 group (in each case according to the International Alloy Designation System). For an overview For aluminum alloys falling under this category, reference can be made, for example, to https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium alloy # Allov designations.
Durch die Beimischung von Metallen aus der Gruppe Ml wird eine Herstellung von im Wesentlichen oder sogar vollständig rissfreien dreidimensionalen Körpern mittels additiver Fertigungstechniken wie selektivem Lasersintern oder selektivem Laserschmelzen ermöglicht, obwohl relativ große Mengen an Übergangsmetallen zugesetzt werden. Dies ist überraschend, da es bei konventionellen Aluminium- Verarbeitungstechnologien in der Regel nicht möglich ist, den Legierungsgehalt dieser Übergangsmetalle über eine definierte Grenze (z.B. im Bereich von 0,1 bis 0,3 Gew.-%) zu erhöhen, da eine solche Erhöhung zu einer stark abnehmenden Duktilität und damit zu einer nicht mehr gegebenen Verarbeitbarkeit führt, die nur die Herstellung von sehr groben Gefügebestandteilen ermöglicht. Bei der hier beschriebenen Herstellung von dreidimensionalen Körpern und Objekten über additive Fertigungstechniken wird dieses Problem umgangen, weil die Formge bung keine überdurchschnittliche Duktilität des Materials erfordert, so dass ver fahrensbedingt auch sehr feine und nanoskalige Gefüge hergestellt werden kön nen. The addition of metals from group Ml enables the production of essentially or even completely crack-free three-dimensional bodies by means of additive manufacturing techniques such as selective laser sintering or selective laser melting, although relatively large amounts of transition metals are added. This is surprising because with conventional aluminum Processing technologies is usually not possible to increase the alloy content of these transition metals over a defined limit (for example in the range from 0.1 to 0.3 wt .-%), since such an increase leads to a strongly decreasing ductility and thus not to a more given processability leads, which only allows the production of very coarse structural components. In the production of three-dimensional bodies and objects using additive manufacturing techniques described here, this problem is circumvented because the shaping does not require above-average ductility of the material, so that very fine and nano-scale structures can also be produced due to the process.
Als bevorzugter Anteil für Metalle aus der Gruppe Ml kann ein Anteil von mindes tens 1,3 Gew.-%, bevorzugt 2,0 Gew.-% bis zu 8,0 Gew.-%, und weiter bevor zugt 2,5 Gew.-% bis zu 5,0 Gew.-% angegeben werden. Alternativ oder zusätzlich dazu besteht das Metall oder die Metalle ausgewählt aus der Gruppe Ml nicht zu substanziellen Anteilen aus Lanthaniden, derer Beschaffung kostenintensiv sein kann, wobei der Anteil an Lanthaniden, bezogen auf die Gesamtmenge der Metal le aus der Gruppe Ml bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, weiter bevorzugt weni ger als 5 Gew.-%, und noch weiter bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, beträgt. Bevorzugte Metalle aus der Gruppe Ml sind leicht zu beschaffende und Preisgüns tige Metalle wie Zr, Fe, und Ti, wobei Zr und/oder Ti als besonders geeignet angegeben werden können. Für Zr kann ein Anteil von 0,25 bis 2 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 1,9 Gew.-% als besonders geeignet angegeben werden. Analog kann für Ti ein Anteil von 0,25 bis 2 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 1,9 Gew.-% als besonders geeignet angegeben werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Aluminiumlegierung Zr und Ti als Metalle der Gruppe Ml enthält und diese mit einem Anteil von jeweils 0,25 bis 2 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 1,9 Gew.-% in der Aluminiumlegierung enthalten sind. A preferred proportion for metals from group Ml can be a proportion of at least 1.3% by weight, preferably 2.0% by weight up to 8.0% by weight, and more preferably 2.5% by weight. -% up to 5.0% by weight can be specified. As an alternative or in addition to this, the metal or metals selected from group Ml does not consist in substantial proportions of lanthanides, the procurement of which can be costly, the proportion of lanthanides, based on the total amount of metals from group Ml, preferably being less than 10 wt .-%, more preferably less than 5% by weight, and even more preferably less than 1% by weight. Preferred metals from group Ml are easily obtainable and inexpensive metals such as Zr, Fe, and Ti, where Zr and / or Ti can be specified as particularly suitable. For Zr, a proportion of 0.25 to 2% by weight and in particular 0.5 to 1.9% by weight can be specified as being particularly suitable. Analogously, a proportion of 0.25 to 2% by weight and in particular 0.5 to 1.9% by weight can be specified as particularly suitable for Ti. It is particularly preferred if the aluminum alloy contains Zr and Ti as metals of group Ml and contains these in a proportion of 0.25 to 2% by weight and in particular 0.5 to 1.9% by weight in the aluminum alloy are.
Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung enthält vorzugsweise keine relevanten Anteile von Sc oder Y, da diese Metalle mit starken Kostennachteilen verbunden sind. Bevorzugte erfindungsgemäße Aluminiumlegierung enthalten daher maximal bis zu 1,5 Gew.-% an Sc und/oder Y, bevorzugt maximal bis zu 1 Gew.-%, noch weiter bevorzugt maximal bis zu 0,5 Gew.-% und noch weiter bevorzugt keine über übliche Verunreinigungen hinausgehenden Mengen an Sc und Y. Eine im Rahmen dieser Beschreibung besonders geeignete pulverförmige Alumini umlegierung ist eine Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 4 bis 6 Gew.-% Cu, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Mg und 0,1 bis 1 Gew.-% Ag. Für diese Legierung ist es weiterhin bevorzugt, wenn unter Berücksichtigung dieser Elemente und der Elemente aus der Gruppe Ml der zu 98 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung, bevorzugt der zu 99 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung auf Aluminium ent fällt. Der zu 100 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung wird in diesem Fall in der Regel durch andere Metalle und/oder Nichtmetalle wie z.B. Sauerstoff bereitge stellt, die jedoch keinen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaf ten der Legierung mehr haben. The aluminum alloy according to the invention preferably does not contain any relevant proportions of Sc or Y, since these metals are associated with severe cost disadvantages. Preferred aluminum alloys according to the invention therefore contain a maximum of up to 1.5% by weight of Sc and / or Y, preferably a maximum of up to 1% by weight, even more preferably a maximum of 0.5% by weight and even more preferably none Amounts of Sc and Y in excess of the usual impurities. A powdery aluminum alloy particularly suitable in the context of this description is an aluminum alloy with a content of 4 to 6% by weight Cu, 0.1 to 1.5% by weight Mg and 0.1 to 1% by weight Ag. For this alloy, it is also preferred if, taking these elements and the elements from group Ml into account, the 98% by weight missing portion of the alloy, preferably the 99% by weight missing portion of the alloy on aluminum, falls away. In this case, the 100% by weight missing portion of the alloy is usually provided by other metals and / or non-metals such as oxygen, which however no longer have any significant influence on the mechanical properties of the alloy.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die vorbeschriebene erfindungsgemäße Aluminiumlegierung einen Gehalt von mindestens 4,5 Gew.-% und/oder höchstens 5,8 Gew.-%, bevorzugt mindestens 4,8 Gew.-% und/oder höchstens 5,5 Gew.-% Cu, mindestens 0,2 Gew.-% und/oder höchstens 1,5 Gew.- %, bevorzugt mindestens 0,3 Gew.-% und/oder höchstens 1,2 Gew.-% Mg, und mindestens 0,05 Gew.-% und/oder höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-% und/oder höchstens 0,4 Gew.-% Ag auf. Alternativ oder zusätzlich dazu enthält die vorbeschriebene erfindungsgemäße Aluminiumlegierung vor zugsweise bis zu 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,15 Gew.-% Sauerstoff, bis zu 0,6 Gew.-%, und insbesondere 0,2 bis 0,55 Gew.-% Mangan und bis zu 0,3 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gew.-% Silizium. In a particularly preferred embodiment, the above-described aluminum alloy according to the invention has a content of at least 4.5% by weight and / or at most 5.8% by weight, preferably at least 4.8% by weight and / or at most 5.5% by weight % Cu, at least 0.2% by weight and / or at most 1.5% by weight, preferably at least 0.3% by weight and / or at most 1.2% by weight Mg, and at least 0 .05% by weight and / or at most 0.6% by weight, preferably at least 0.2% by weight and / or at most 0.4% by weight of Ag. As an alternative or in addition to this, the above-described aluminum alloy according to the invention preferably contains up to 0.2% by weight, in particular 0.05 to 0.15% by weight, of oxygen, up to 0.6% by weight, and in particular 0.2 up to 0.55% by weight of manganese and up to 0.3% by weight, preferably 0.05 to 0.15% by weight, silicon.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die vorbeschrie bene erfindungsgemäße Aluminiumlegierung einen Gehalt von mindestens 0,2 Gew.-% und/oder höchstens 1,3 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,3 Gew.-% und/oder höchstens 1,0 Gew.-% Si, mindestens 0,4 Gew.-% und/oder höchstens 2,2 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,6 Gew.-% und/oder höchstens 1,8 Gew.-% Mg, und mindestens 0,3 Gew.-% und/oder höchstens 1,3 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,4 Gew.-% und/oder höchstens 1,0 Gew.-% Mn auf. Für diese Alu miniumlegierung ist es bevorzugt, wenn sie einen Gesamtgehalt an Si und Mg im Bereich von 0,9 bis 2,8 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 1,2 bis 2,5 Gew.-% aufweist. In a further particularly preferred embodiment, the above-described aluminum alloy according to the invention has a content of at least 0.2% by weight and / or at most 1.3% by weight, preferably at least 0.3% by weight and / or at most 1, 0% by weight Si, at least 0.4% by weight and / or at most 2.2% by weight, preferably at least 0.6% by weight and / or at most 1.8% by weight Mg, and at least 0.3% by weight and / or at most 1.3% by weight, preferably at least 0.4% by weight and / or at most 1.0% by weight of Mn. It is preferred for this aluminum alloy if it has a total content of Si and Mg in the range from 0.9 to 2.8% by weight and in particular in the range from 1.2 to 2.5% by weight.
Für die vorstehend beschriebenen Aluminiumlegierungen wurde gefunden, dass in daraus durch additive Fertigung hergestellten Produkten durch Wärmebehandlung gewünschte mechanische Kennwerte eingestellt werden können. Durch die Aus- wähl der Legierungselemente kann zudem das elektrochemische Ruhepotential der Matrix im Vergleich zu den Ausscheidungen in Richtung edlerer Werte ver schoben werden, um so eine höhere Korrosionsbeständigkeit und eine deutlich verminderte Anfälligkeit der Legierungen gegenüber Spannungsrissen realisiert werden kann. For the aluminum alloys described above, it has been found that in products manufactured therefrom by additive manufacturing, desired mechanical parameters can be set by heat treatment. Due to the If the alloying elements are selected, the electrochemical rest potential of the matrix can also be shifted in the direction of more noble values compared to the precipitates, in order to achieve higher corrosion resistance and a significantly reduced susceptibility of the alloys to stress cracks.
Hinsichtlich der Partikelgröße unterliegen die erfindungsgemäßen pulverförmigen Aluminiumlegierungen keinen wesentlichen Beschränkungen, wobei die Partikel größe in einer Größenordnung liegen sollte, die sich für ein additives Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten eignet. Als geeignete Partikel größe kann eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich von 0,1 bis 500 pm, bevor zugt von mindestens 1 und/oder höchstens 200 pm, und besonders bevorzugt mindestens 10 und/oder höchstens 80 pm angegeben werden. Ganz besonders bevorzugt ist eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich von 10 bis 80 pm. With regard to the particle size, the powdery aluminum alloys according to the invention are not subject to any significant restrictions, the particle size should be in an order of magnitude that is suitable for an additive method for producing three-dimensional objects. A mean particle size d50 in the range from 0.1 to 500 μm, preferably at least 1 and / or at most 200 μm, and particularly preferably at least 10 and / or at most 80 μm, can be specified as a suitable particle size. A mean particle size d50 in the range from 10 to 80 μm is very particularly preferred.
Wie weiter unten angegeben, kann die erfindungsgemäße pulverförmige Alumini umlegierung, z.B. für bestimmte Verarbeitungen, auch als Draht vorliegen, so dass eine entsprechende drahtförmige Aluminiumlegierung ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist. d50 bezeichnet die Größe, bei der die Menge der Partikel nach Gewicht, die einen kleineren Durchmesser als die angegebene Größe haben, 50% der Masse einer Probe beträgt. Herkömmlicherweise, ebenso wie im Rahmen der hier beschriebe nen Erfindung, wird die Teilchengrößenverteilung durch Laserstreuung oder Laserbeugung bestimmt, z.B. gemäß ISO 13320: 2009. Bei dem Durchmesser eines einzelnen Partikels kann es sich ggf. um einen jeweiligen maximalen Durchmesser (=Supremum aller Abstände je zweier Punkte des Partikels) oder um einen Siebdurchmesser oder um einen volumenbezogenen Äquivalenz-Kugel- Durchmesser handeln. As indicated further below, the powdery aluminum alloy according to the invention can also be present as a wire, e.g. for certain processing operations, so that a corresponding wire-like aluminum alloy is also the subject matter of the invention. d50 denotes the size at which the amount of particles by weight that have a diameter smaller than the specified size is 50% of the mass of a sample. Conventionally, as well as in the context of the invention described here, the particle size distribution is determined by laser scattering or laser diffraction, e.g. in accordance with ISO 13320: 2009 two points of the particle) or a sieve diameter or a volume-related equivalent spherical diameter.
Wie vorstehend erwähnt kann durch den Einbezug von Elementen aus der Gruppe Ml die Neigung des Materials zur Ausbildung von Spannungsrissen erheblich vermindert werden, im Idealfall werden Spannungsrisse vollständig vermieden. Hierzu ist ein Einbezug von keramischen Materialien, die zu ähnlichen Zwecken beschrieben wurden, nicht erforderlich. Entsprechend enthält die erfindungsge mäße pulverförmige Aluminiumlegierung möglichst keine zugesetzten kerami schen Verbindungen, wie insbesondere Metall-Boride, -Nitride und -Carbide. Der Anteil solcher Materialien in der Aluminiumlegierung ist entsprechend zweckmäßig auf weniger als 0,2 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,1 Gew.-% und weiter bevorzugt weniger als 0,05 Gew.-% zu begrenzen. Auch nanopartikuläre Metalle oder Metallhydride (z.B. Zr, Hf oder ZrH2, mit Partikelgrößen bis zu 5 pm), die zur Vermeidung von Spannungsrissen an anderer Stelle im Stand der Technik be schrieben wurden, sind für diesen Zweck in den erfindungsgemäßen pulverförmi gen Aluminiumlegierungen nicht erforderlich, so dass ihr Anteil in den für Metall- Boride, -Nitride und -Carbide bzw. keramische Additive angegeben Grenzen bewegen sollte. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäßen pul verförmigen Aluminiumlegierung für oder während ihrer Verarbeitung keine entsprechenden Materialien zugegeben werden. As mentioned above, by including elements from group Ml, the tendency of the material to form stress cracks can be considerably reduced; in the ideal case, stress cracks are completely avoided. For this purpose, it is not necessary to include ceramic materials that have been described for similar purposes. Accordingly, the pulverulent aluminum alloy according to the invention contains as little as possible any added ceramic compounds, such as metal borides, nitrides and carbides in particular. Of the The proportion of such materials in the aluminum alloy is appropriately limited to less than 0.2% by weight, in particular less than 0.1% by weight and more preferably less than 0.05% by weight. Even nanoparticulate metals or metal hydrides (e.g. Zr, Hf or ZrH2, with particle sizes up to 5 μm), which have been described elsewhere in the prior art to avoid stress cracks, are not required for this purpose in the pulverulent aluminum alloys according to the invention, so that their proportion should be within the limits specified for metal borides, nitrides and carbides or ceramic additives. It is particularly advantageous if no corresponding materials are added to the pulverulent aluminum alloy according to the invention for or during its processing.
Die erfindungsgemäßen pulverförmigen Aluminiumlegierungen können durch jedwedes Verfahren hergestellt werden, dass dem Fachmann zur Herstellung von pulverförmigen Legierungen bekannt ist. Ein besonders zweckmäßiges Verfahren beinhaltet z.B. eine Verdüsung der flüssigen Aluminiumlegierung oder ein mecha nisches Legieren. Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer pulverförmigen Aluminiumlegierung, das einen Schritt des Verdüsens der flüssigen Legierung bei einer Temperatur von > 850°C, bevorzugt von > 950°C und weiter bevorzugt von > 1050°C beinhaltet. Temperaturen von mehr als 1200°C sind für die Verdüsung nicht erforderlich und auf Grund des höheren Energiebedarfs weniger zweckmäßig. Daher kann als besonders günstiger Temperaturbereich für die Verdüsung ein Bereich von > 850 bis 1200°C und bevorzugt > 950 bis 1150°C angegeben werden. Durch ausrei chende Überhitzung der Schmelze bzw. Prozessführung muss sichergestellt sein, dass die o.g. Temperaturen auch konstant an der Düse vorherrschen, um uner wünschte Primärausscheidungen zu verhindern. Eine Herstellung der pulverförmi gen Aluminiumlegierungen mittels Verdüsung ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Additivmetalle der Gruppe Ml in der Aluminiumlegierung gelöst oder als metastabile Phasen vorliegen. Bei einer anschließenden Verarbeitung mittels Lasersintern oder -schmelzen werden diese Phasen aufgelöst, so dass die Metalle Korn-feinernd wirken können. The powdery aluminum alloys according to the invention can be produced by any method that is known to the person skilled in the art for producing powdery alloys. A particularly useful method includes, for example, atomization of the liquid aluminum alloy or mechanical alloying. Accordingly, in a further aspect, the present invention relates to a method for producing a powdery aluminum alloy, which includes a step of atomizing the liquid alloy at a temperature of> 850 ° C, preferably> 950 ° C and more preferably> 1050 ° C. Temperatures of more than 1200 ° C are not required for the atomization and are less expedient due to the higher energy requirements. A range from> 850 to 1200 ° C. and preferably> 950 to 1150 ° C. can therefore be specified as a particularly favorable temperature range for the atomization. Sufficient overheating of the melt or process management must ensure that the above-mentioned temperatures are also constant at the nozzle in order to prevent undesired primary precipitations. A production of the pulverulent aluminum alloys by means of atomization has the advantage that the additive metals of group Ml are dissolved in the aluminum alloy or are present as metastable phases. During subsequent processing by means of laser sintering or laser melting, these phases are dissolved so that the metals can have a grain-refining effect.
Alternativ kann die erfindungsgemäße pulverförmige Aluminiumlegierung auch durch mechanisches Legieren hergestellt werden. Dabei werden Metallpulver der einzelnen Bestandteile der späteren Legierung (oder Vorgemische davon) intensiv mechanisch behandelt und bis zum atomaren Niveau homogenisiert. Für eine Modifikation der Partikel ist es im Anschluss an ein mechanisches Legieren mög lich, die erhaltenen Partikel nachzubearbeiten, um beispielsweise die Morpholo gie, Partikelgröße oder Partikelgrößenverteilung zu verändern oder eine Oberflä chenbehandlung durchzuführen. Die Nachbearbeitung kann dabei einen oder mehrere Schritte ausgewählt aus chemischer Modifikation der Partikel und/oder der Partikeloberfläche, Sieben, Brechen, Rundmahlen, Plasmasphärodisieren (d.h. Verarbeiten zu runden Partikeln) und Additivieren umfassen. Dabei sind insbeson dere Modifizierungen der Partikelmorphologie bzw. Korngrößenverteilung zweck mäßig, da beim mechanischen Legieren üblicherweise Plättchen bzw. Flakes erhalten werden. Diese Form ist bei einem späteren additiven Verarbeitungsver fahren generell problematisch. Alternatively, the powdery aluminum alloy according to the invention can also be produced by mechanical alloying. Metal powders of the individual components of the later alloy (or premixes thereof) are mechanically treated intensively and homogenized down to the atomic level. For one Modification of the particles, following mechanical alloying, it is possible, please include to rework the particles obtained in order, for example, to change the morphology, particle size or particle size distribution or to carry out a surface treatment. The post-processing can include one or more steps selected from chemical modification of the particles and / or the particle surface, sieving, breaking, round grinding, plasma spherodizing (ie processing into round particles) and additives. In particular, modifications of the particle morphology or grain size distribution are expedient, since small plates or flakes are usually obtained in mechanical alloying. This form is generally problematic in a later additive processing method.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine pulverförmige Aluminiumlegie rung, die nach dem geschilderten Verfahren durch Verdüsung der flüssigen Legie rung bei einer Temperatur von bevorzugt > 850°C und weiter bevorzugt >The present invention also relates to a powdery aluminum alloy which, according to the method described, is produced by atomizing the liquid alloy at a temperature of preferably> 850.degree. C. and more preferably>
1050°C, oder durch mechanisches Legieren mit optionaler Nachbearbeitung, erhältlich ist, wobei für bevorzugte Ausführungsformen des Verdüsens, mechani schen Legierens und der optionalen Nachbearbeitung ebenfalls auf die vorstehen den Ausführungen verwiesen wird. 1050 ° C, or by mechanical alloying with optional post-processing, reference is also made to the above explanations for preferred embodiments of atomization, mechanical alloying and optional post-processing.
Offenbart ist nachfolgend des Weiteren eine pulverförmige Aluminiumlegierung zur Verwendung in der Herstellung von dreidimensionalen Objekten mit Hilfe von additiven Fertigungstechniken, die neben Aluminium Cu, Zn oder Si/Mg als rele vantestes Legierungselement enthält und weiterhin einen Gehalt von 1 bis 15 Gew.-% an Metallen ausgewählt aus der Gruppe Ml umfassend Mo, Nb, Cr, Zr,Furthermore, a powdery aluminum alloy for use in the production of three-dimensional objects with the aid of additive manufacturing techniques is disclosed which, in addition to aluminum, contains Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloy element and also a content of 1 to 15% by weight Metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Cr, Zr,
Fe, Ti, Ta, V, Lanthanoide und Li aufweist. Die vorstehend für die erfindungsge mäße Aluminiumlegierung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen gelten für diese pulverförmige Aluminiumlegierung analog als bevorzugt. Fe, Ti, Ta, V, lanthanoids and Li. The preferred embodiments disclosed above for the aluminum alloy according to the invention apply analogously as preferred for this pulverulent aluminum alloy.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung eines dreidimensionalen Objekts mittels eines additiven Fertigungsverfahrens (d.h. eines Verfahrens, bei dem ein Objekt Schicht um Schicht aufgebaut wird). Das Objekt wird vorzugsweises hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumateri als Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbeson dere mittels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, bevorzugt indem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungsein- wirkbereich eines Energiestrahlbündels, abgetastet werden, oder indem das Aufbaumaterial in den Strahlungseinwirkbereich eingebracht und geschmolzen und auf ein Substrat aufgebracht wird. Das Aufbaumaterial umfasst im Rahmen der hier geschilderten Erfindung eine pulverförmige Aluminiumlegierung wie im Vorstehenden angegeben, kann aber alternativ auch eine entsprechende draht förmige Aluminiumlegierung umfassen. Vorzugsweise besteht das Aufbaumaterial aus dieser pulverförmigen oder drahtförmigen Aluminiumlegierung. Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional object by means of an additive manufacturing method (ie a method in which an object is built up layer by layer). The object is preferably produced by applying a build-up material as a layer on top of a layer and selectively solidifying the build-up material, in particular by supplying radiant energy, at locations in each layer that are assigned to the cross-section of the object in this layer, preferably by having the locations with at least one Effective area, in particular a radiation exposure effective area of an energy beam, can be scanned, or in that the building material is introduced into the radiation effective area and melted and applied to a substrate. In the context of the invention described here, the construction material comprises a powdered aluminum alloy as indicated above, but can alternatively also comprise a corresponding wire-shaped aluminum alloy. The construction material preferably consists of this powdery or wire-like aluminum alloy.
Bei dem dreidimensionalen Objekt kann es sich um ein Objekt aus einem Material (d.h. der Aluminiumlegierung) oder ein Objekt aus verschiedenen Materialien handeln. Handelt es sich bei dem dreidimensionalen Objekt um ein Objekt aus verschiedenen Materialien so kann dieses Objekt beispielsweise hergestellt wer den, indem die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung beispielsweise auf einen Grundkörper des anderen Materials aufgebracht wird. The three-dimensional object can be an object made of one material (i.e. the aluminum alloy) or an object made of different materials. If the three-dimensional object is an object made of different materials, this object can be produced, for example, by applying the aluminum alloy according to the invention, for example, to a base body of the other material.
Im Rahmen dieses Verfahrens kann es zweckmäßig sein, wenn die pulverförmige Aluminiumlegierung vor dem selektiven Verfestigen vorgeheizt wird, wobei ein Vorheizen auf eine Temperatur von mindestens 110°C als bevorzugt, ein Vorhei zen auf eine Temperatur von mindestens 120°C als weiter bevorzugt, ein Vorhei zen auf eine Temperatur von mindestens 130°C als noch weiter bevorzugt, ein Vorheizen auf eine Temperatur von mindestens 150°C als noch weiter bevorzugt, ein Vorheizen auf eine Temperatur von mindestens 165°C als noch weiter bevor zugt und eine Vorheizen auf eine Temperatur von mindestens 190°C als noch weiter bevorzugt angegeben werden kann. Andererseits stellt ein Vorheizen auf sehr hohe Temperaturen erhebliche Anforderungen an die Vorrichtung zur Her stellung der dreidimensionalen Objekte, d.h. mindestens an den Behälter, in dem das dreidimensionale Objekt gebildet wird, so dass als sinnvolle Maximaltempera tur für das Vorheizen eine Temperatur von höchstens 400°C angegeben werden kann. Bevorzugt liegt die Maximaltemperatur für das Vorheizen bei höchstens 350°C und weiter bevorzugt bei höchstens 300°C. Die für das Vorheizen angege benen Temperaturen bezeichnen jeweils die Temperatur, auf die die Bauplatt form, auf die die pulverförmige Aluminiumlegierung aufgebracht wird, und das durch die pulverförmige Aluminiumlegierung gebildete Pulverbett aufgeheizt wird. In the context of this process, it can be useful if the powdery aluminum alloy is preheated before the selective solidification, with preheating to a temperature of at least 110 ° C being preferred and preheating to a temperature of at least 120 ° C being more preferred Preheating to a temperature of at least 130 ° C as even more preferred, preheating to a temperature of at least 150 ° C as even more preferred, preheating to a temperature of at least 165 ° C as even more preferred and preheating to a Temperature of at least 190 ° C can be specified as even more preferred. On the other hand, preheating to very high temperatures places considerable demands on the device for producing the three-dimensional objects, i.e. at least on the container in which the three-dimensional object is formed, so that a maximum temperature of 400 ° C at most is a reasonable maximum temperature for preheating can be specified. The maximum temperature for preheating is preferably at most 350.degree. C. and more preferably at most 300.degree. The temperatures specified for preheating each designate the temperature to which the building platform form, to which the powdery aluminum alloy is applied, and the powder bed formed by the powdery aluminum alloy is heated.
Der Auftrag oder das Aufbringen Schicht auf Schicht erfolgt zweckmäßig in einer für eine Verarbeitung mittels additiver Fertigung zweckmäßigen Schichtdicke, z.B. mit einer Schichtdicke im Bereich von 20 bis 60 pm, bevorzugt bei einer Dicke von mindestens 25 und/oder höchstens 50 miti und weiter bevorzugt bei einer Dicke von mindestens 30 und/oder höchstens 40 gm. The application or application layer on layer is expediently carried out in a layer thickness suitable for processing by means of additive manufacturing, for example with a layer thickness in the range from 20 to 60 μm, preferably with a thickness of at least 25 and / or at most 50 μm and more preferably with a thickness of at least 30 and / or at most 40 μm.
Wie vorstehend angegeben kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so aus gestaltet sein, dass das Aufbaumaterial in den Strahlungseinwirkbereich einer Energiequelle, z.B. eines Lasers, eingebracht und geschmolzen und auf ein Sub strat aufgebracht wird. Bei einem derartigen Verfahren, das auch als Laser- Beschichtungsverfahren (Laser Cladding) im Modus eines Pulverauftragsschwei ßen bezeichnet wird, wird ein Pulver über ein oder mehrere Düsen punktförmig auf ein Substrat aufgesprüht, und gleichzeitig wird ein Laser auf den Auftrags punkt des Lasers ausgerichtet. Durch die Strahlungsenergie wird dabei das Sub strat angeschmolzen und das aufgebrachte Legierungspulver geschmolzen, sodass sich die aufgebrachte Legierung mit dem angeschmolzenen Substrat verbinden kann. Auf diese Weise wird eine Lage des Partikelmaterials auf das Werkstück aufgebracht und mit einer Oberflächenschicht des Werkstücks verbunden. Durch sequentielles „Aufdüsen" von Schmelzeschichten aus Partikelmaterial kann so ein größeres Werkstück hergestellt werden. As indicated above, the method according to the invention can also be designed in such a way that the building material is introduced into the radiation exposure area of an energy source, for example a laser, and melted and applied to a substrate. In such a method, which is also referred to as a laser coating method (laser cladding) in the mode of powder deposition welding, a powder is sprayed punctiformly onto a substrate via one or more nozzles, and at the same time a laser is aligned with the application point of the laser. The substrate is melted by the radiation energy and the alloy powder applied is melted so that the alloy applied can bond with the melted substrate. In this way, a layer of the particulate material is applied to the workpiece and bonded to a surface layer of the workpiece. A larger workpiece can be produced by sequential “jetting” of melt layers made of particulate material.
Alternativ kann ein Laser-Beschichtungsverfahren auch im Modus eines Drahtauf tragsschweißen durchgeführt werden, wobei anstelle eines Pulvers ein Draht verwendet wird. Entsprechend umfasst das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Ausführungsform, bei der ein Draht aus einer Aluminiumlegierung, wie vorstehend angegeben, verwendet wird. Alternatively, a laser coating process can also be carried out in the mode of wire application welding, a wire being used instead of a powder. Correspondingly, the method according to the invention also comprises an embodiment in which a wire made of an aluminum alloy, as indicated above, is used.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wurde zusätzlich gefunden, dass eine Wär mebehandlung des hergestellten dreidimensionalen Objekts dessen physikalische Eigenschaften, z.B. insbesondere die Zugfestigkeit und/oder die Streckgrenze erheblich verbessern können. Möglicherweise ist dieser Effekt auf Umlagerungen in der Mikrostruktur in der Legierung des anfänglich gebildeten dreidimensionalen Objekts zurückzuführen. Zu diesem Zweck umfasst das erfindungsgemäße Verfah ren daher vorzugsweise ferner einen Schritt, bei dem das anfänglich hergestellte dreidimensionale Objekt einer Wärmebehandlung unterzogen wird, vorzugsweise bei einer Temperatur von 400°C bis 500°C und/oder für eine Zeit von 20 bis 200 min. Als besonders bevorzugter Temperaturbereich kann ein Bereich von 420°C bis 470°C und insbesondere mindestens 430°C und/oder 450°C oder weniger genannt werden. Besonders bevorzugte Zeitrahmen für die Wärmebehandlung sind 30 min bis 120 min und insbesondere mindestens 40 min und/oder 80 min oder weniger. Zusätzlich wurde gefunden, dass eine solche Wärmebehandlung besonders vorteilhafte Ergebnisse liefert, wenn nach einer solchen Wärmebe handlung bei vergleichsweise hoher Temperatur das dreidimensionale Objekt schnell auf etwa Umgebungstemperatur abgekühlt wird (d.h. in 10 min oder weniger und vorzugsweise 5 min oder weniger, z.B. durch Abschrecken mit Was ser) und anschließend bei einer Temperatur von 90°C bis 150°C, insbesondere mindestens 110°C und/oder bei 140°C oder weniger, für mindestens 12 Stunden und vorzugsweise mindestens 18 Stunden gealtert wird. For the method according to the invention, it was also found that heat treatment of the three-dimensional object produced can considerably improve its physical properties, for example in particular the tensile strength and / or the yield point. This effect may be due to rearrangements in the microstructure in the alloy of the initially formed three-dimensional object. For this purpose, the method according to the invention therefore preferably further comprises a step in which the initially produced three-dimensional object is subjected to a heat treatment, preferably at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. and / or for a time of 20 to 200 min. A range from 420 ° C. to 470 ° C. and in particular at least 430 ° C. and / or 450 ° C. or less can be mentioned as a particularly preferred temperature range. Particularly preferred time frames for the heat treatment are 30 minutes to 120 minutes and in particular at least 40 minutes and / or 80 minutes Or less. In addition, it has been found that such a heat treatment gives particularly advantageous results if, after such a heat treatment at a comparatively high temperature, the three-dimensional object is rapidly cooled to around ambient temperature (ie in 10 min or less and preferably 5 min or less, e.g. by quenching with What ser) and then aged at a temperature of 90 ° C to 150 ° C, in particular at least 110 ° C and / or at 140 ° C or less, for at least 12 hours and preferably at least 18 hours.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein dreidimensionales Objekt, das unter Verwendung einer pulverförmigen Aluminiumlegierung, insbe sondere hergestellt nach dem im vorstehenden geschilderten Verfahren, herge stellt ist, wobei die pulverförmige Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung, wie vorstehenden geschildert ist und wobei das dreidimensionale Objekt eine solche Aluminiumlegierung umfasst oder aus dieser besteht. Durch die Verwen dung der vorstehend angegebenen Legierungen für die Herstellung solcher Objek te sind sehr gute „as built"-Oberflächen erhältlich, so dass anschließende Nach behandlungen der Oberfläche (z.B. Glätten) minimiert werden können. Another aspect of the present invention relates to a three-dimensional object which is produced using a powdered aluminum alloy, in particular produced according to the method described above, the powdered aluminum alloy being an aluminum alloy, as described above, and the three-dimensional object being such Comprises or consists of aluminum alloy. By using the alloys specified above for the production of such objects, very good "as built" surfaces can be obtained, so that subsequent post-treatment of the surface (e.g. smoothing) can be minimized.
Das erfindungsgemäße dreidimensionale Objekt weist zweckmäßig vorteilhaft angepasste mechanische Eigenschaften auf, wie insbesondere eine Streckgrenze von mindestens 400 MPa und/oder höchstens 550 MPa, bevorzugt mindestens 440 MPa bis 550 MPa und besonders bevorzugt im Bereich von 460 bis 480 MPa und/oder eine Zugfestigkeit von 450 MPa und/oder höchstens 550 MPa, bevorzugt mindestens 470 MPa und besonders bevorzugt im Bereich von 500 bis 550 MPa. Diese jeweiligen Streckgrenzen und Festigkeiten sind im Rahmen der hier be schriebenen Erfindung gemäß EN ISO 6892.1 (2011) zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich dazu weist ein erfindungsgemäßes dreidimensionales Objekt vorzugsweise eine Streckgrenze bei 200°C von vorzugsweise mindestens 330 MPa, weiter bevorzugt mindestens 350 MPa und noch weiter bevorzugt im Bereich von 360 MPa bis 420 MPa auf. The three-dimensional object according to the invention has expediently advantageously adapted mechanical properties, such as in particular a yield point of at least 400 MPa and / or at most 550 MPa, preferably at least 440 MPa to 550 MPa and particularly preferably in the range from 460 to 480 MPa and / or a tensile strength of 450 MPa and / or at most 550 MPa, preferably at least 470 MPa and particularly preferably in the range from 500 to 550 MPa. These respective yield strengths and strengths are to be determined within the scope of the invention described here in accordance with EN ISO 6892.1 (2011). Alternatively or additionally, a three-dimensional object according to the invention preferably has a yield point at 200 ° C. of preferably at least 330 MPa, more preferably at least 350 MPa and even more preferably in the range from 360 MPa to 420 MPa.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Herstellvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wie vorstehend angegeben, wobei die Vorrichtung eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung, eine Prozesskammer, die als offener Behälter mit einer Behälterwandung ausgeführt ist, einen in der Prozesskammer befindlichen Träger, wobei Prozesskammer und Träger gegeneinander in vertikaler Richtung beweglich sind, einen Vorratsbehälter und einen in horizontaler Richtung bewegbaren Be schichter aufweist, und wobei der Vorratsbehälter mindestens teilweise mit einer pulverförmigen Aluminiumlegierung, wie vorstehend angegeben, gefüllt ist. Another aspect of the present invention relates to a manufacturing device for performing a method for manufacturing a three-dimensional object, as stated above, the device being a laser sintering or laser melting device, a process chamber designed as an open container with a container wall, and one located in the process chamber Carrier, wherein the process chamber and carrier are movable relative to each other in the vertical direction, having a storage container and a layer movable in the horizontal direction, and wherein the storage container is at least partially filled with a powdered aluminum alloy, as stated above.
Analog betrifft die vorliegende Erfindung eine Herstellvorrichtung zur Durchfüh rung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, die eine Vorrichtung zur Laserbeschichtung und eine Prozesskammer, eine Zuführvorrich tung zur Zuführung von partikulärem Material oder Draht in den Einwirkbereich des Laserstrahls, und einen Vorratsbehälter aufweist, der mindestens teilweise mit einer pulverförmigen Aluminiumlegierung, wie vorstehend angegeben, oder mit Draht einer solchen Aluminiumlegierung gefüllt ist. Analogously, the present invention relates to a manufacturing device for the implementation of a method for manufacturing a three-dimensional object, which has a device for laser coating and a process chamber, a feed device for feeding particulate material or wire into the area of action of the laser beam, and a storage container that contains at least is partially filled with a powdery aluminum alloy, as indicated above, or with wire of such an aluminum alloy.
Additive Herstellvorrichtungen zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen (oder drahtförmigen) Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial mittels Bestrahlens dessel ben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, zum Beispiel beim Lasersintern („SLS" oder „DMLS") oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahl schmelzen herbeigeführt werden. Additive manufacturing devices for manufacturing three-dimensional objects and associated processes are generally characterized in that objects are manufactured in them layer by layer by solidifying a shapeless (or wire-shaped) building material. Solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation, for example during laser sintering ("SLS" or "DMLS") or laser melting or electron beam melting.
Beispielsweise beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird der Einwirkbereich eines Laserstrahls („Laserfleck") auf eine Schicht des Aufbaumaterials über jene Stellen der Schicht bewegt, die dem Objektquerschnitt des herzustellenden Ob jekts in dieser Schicht entsprechen. Anstelle des Einbringens von Energie kann das selektive Verfestigen des aufgetragenen Aufbaumaterials auch durch 3D- Drucken erfolgen, beispielsweise durch Aufbringen eines Klebers bzw. Bindemit tels. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf das Herstellen eines Objekts mittels schichtweisen Auftragens und selektiven Verfestigens eines Aufbaumaterials unabhängig von der Art und Weise, in der das Aufbaumaterial verfestigt wird. For example, with laser sintering or laser melting, the area of action of a laser beam ("laser spot") on a layer of the building material is moved over those points of the layer that correspond to the object cross-section of the object to be produced in this layer Building material can also be made by 3D printing, for example by applying an adhesive or binding agent.
Andere Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung finden sich in der Be schreibung einer beispielhaften Ausführungsform unter Zuhilfenahme der beige fügten Zeichnungen. Figur 1 zeigt eine schematische Abbildung, teilweise wiedergegeben als Quer schnitt, einer Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Other features and embodiments of the invention can be found in the description of an exemplary embodiment with the aid of the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic illustration, partially reproduced as a cross section, of a device for building up a three-dimensional object in layers according to an embodiment of the present invention.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung ist eine an sich bekannte Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung al. Zum Aufbauen eines Objekts a2 enthält sie eine Prozesskammer a3 mit einer Kammerwandung a4. In der Prozesskammer a3 ist ein nach oben offener Baubehälter a5 mit einer Wandung a6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters a5 ist eine Arbeitsebene a7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene a7, der zum Aufbau des Objekts a2 verwendet werden kann, als Baufeld a8 bezeichnet wird. In dem Behälter a5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger alO ange ordnet, an dem eine Grundplatte all angebracht ist, die den Baubehälter a5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte all kann eine getrennt von dem Träger alO gebildete Platte sein, die an dem Träger alO befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger alO gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte all noch eine Bau plattform al2 angebracht sein, auf der das Objekt a2 aufgebaut wird. Das Ob jekt a2 kann aber auch auf der Grundplatte all selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform dient. In Figur 1 ist das in dem Baubehälter a5 auf der Bauplattform al2 zu bildende Objekt a2 unterhalb der Arbeitsebene a7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial al3. Die Lasersintervorrichtung al enthält weiter einen Vorratsbehälter al4 für ein durch elektromagnetische Strah lung verfestig bares pulverförmiges Aufbaumaterial al5 und einen in einer hori zontalen Richtung H bewegbaren Beschichter al6 zum Aufbringen des Aufbauma terials al5 auf das Baufeld a8. Die Lasersintervorrichtung al enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung a20 mit einem Laser a21, der einen Laserstrahl a22 als Energiestrahlbündel erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung a23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung a24 über ein Einkoppelfenster a25, das an der Oberseite der Prozesskammer a3 in deren Wandung a4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene a7 fokussiert wird. The device shown in Figure 1 is a known laser sintering or laser melting device al. To build up an object a2, it contains a process chamber a3 with a chamber wall a4. In the process chamber a3, a construction container a5, which is open at the top and has a wall a6, is arranged. A working plane a7 is defined through the upper opening of the building container a5, the area of the working plane a7 lying within the opening, which can be used to build up the object a2, is referred to as building field a8. In the container a5 is a movable in a vertical direction V carrier aO is arranged, on which a base plate is all attached, which closes the building container a5 at the bottom and thus forms its bottom. The base plate a1 can be a plate formed separately from the carrier a10, which is fastened to the carrier a10, or it can be formed integrally with the carrier a10. Depending on the powder and process used, a construction platform a2 can also be attached to the base plate, on which the object a2 is built. The object a2 can also be built on the base plate itself, which then serves as a construction platform. In FIG. 1, the object a2 to be formed in the building container a5 on the building platform al2 is shown below the working plane a7 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by building material al3 that has remained unsolidified. The laser sintering device al further contains a storage container al4 for a powdery building material al5 which can be solidified by electromagnetic radiation and a coater al6 movable in a horizontal direction H for applying the building material al5 to the building field a8. The laser sintering device a1 also contains an exposure device a20 with a laser a21, which generates a laser beam a22 as an energy beam, which is deflected via a deflection device a23 and through a focusing device a24 via a coupling window a25 which is attached to the top of the process chamber a3 in its wall a4 , is focused on the working plane a7.
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung al eine Steuereinheit a29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung al in koordinierter Weise zum Durchfüh ren des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit a29 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speicher medium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann. Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pul verschicht zunächst der Träger alO um eine Höhe abgesenkt, die der gewünsch ten Schichtdicke entspricht. Durch Verfahren des Beschichters al6 über die Arbeitsebene a7 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials al5 aufgebracht. Zu Sicherheit schiebt der Beschichter al6 eine etwas größere Men ge an Aufbaumaterial al5 vor sich her, als für den Aufbau der Schicht erforder lich ist. Den planmäßigen Überschuss an Aufbaumaterial al5 schiebt der Be schichter al6 in einen Überlaufbehälter al8. Auf beiden Seiten des Baubehälters a5 ist jeweils ein Überlaufbehälter al8 angeordnet. Das Aufbringen des pulver förmigen Aufbaumaterials al5 erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts a2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld a8, also den Bereich der Arbeitsebene a7, der durch eine Vertikalbewegung des Trägers alO abgesenkt werden kann. Anschließend wird der Querschnitt des herzustel lenden Objekts a2 von dem Laserstrahl a22 mit einem Strahlungseinwirkbereich (nicht gezeigt) abgetastet, der schematisch eine Schnittmenge des Energiestrahl bündels mit der Arbeitsebene a7 darstellt. Dadurch wird das pulverförmige Auf baumaterial al5 an Stellen verfestigt, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts a2 entsprechen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Ob jekt a2 fertiggestellt ist und dem Baubehälter a5 entnommen werden kann. Zum Erzeugen eines bevorzugt laminaren Prozessgasstroms a34 in der Prozesskammer a3 enthält die Lasersintervorrichtung al ferner einen Gaszuführkanal a32, eine Gaseinlassdüse a30, eine Gasauslassöffnung a31 und einen Gasabführkanal a33. Der Prozessgasstrom a34 bewegt sich horizontal über das Baufeld a8 hinweg. Auch die Gaszufuhr und -abfuhr kann von der Steuereinheit a29 gesteuert sein (nicht dargestellt). Das aus der Prozesskammer a3 abgesaugte Gas kann einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zugeführt werden, und das gefilterte Gas kann über den Gaszuführkanal a32 wieder der Prozesskammer a3 zugeführt werden, wodurch ein Umluftsystem mit einem geschlossenen Gaskreislauf gebildet wird. Statt lediglich einer Gaseinlassdüse a30 und einer Gasauslassöffnung a31 kön nen jeweils auch mehrere Düsen bzw. Öffnungen vorgesehen sein. Furthermore, the laser sintering device a1 contains a control unit a29, via which the individual components of the device a1 are controlled in a coordinated manner in order to carry out the construction process. The control unit a29 may contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the device on a storage medium from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit. In operation, to apply a powder layer, the carrier a10 is first lowered by a height that corresponds to the desired layer thickness. By moving the coater al6 over the working plane a7, a layer of the powdery build-up material al5 is then applied. To be on the safe side, the coater al6 pushes a somewhat larger amount of build-up material a5 in front of him than is necessary for building up the layer. The coater al6 pushes the planned surplus of construction material al5 into an overflow container al8. An overflow container al8 is arranged on both sides of the building container a5. The application of the powdery building material al5 takes place at least over the entire cross section of the object a2 to be produced, preferably over the entire construction field a8, that is the area of the working plane a7, which can be lowered by a vertical movement of the carrier alO. The cross-section of the object a2 to be produced is then scanned by the laser beam a22 with a radiation area (not shown) which schematically represents an intersection of the energy beam with the working plane a7. As a result, the powdery building material al5 is solidified at points which correspond to the cross section of the object a2 to be produced. These steps are repeated until the object a2 is completed and the building container a5 can be removed. To generate a preferably laminar process gas flow a34 in the process chamber a3, the laser sintering device a1 further contains a gas supply channel a32, a gas inlet nozzle a30, a gas outlet opening a31 and a gas discharge channel a33. The process gas flow a34 moves horizontally over the construction field a8. The gas supply and discharge can also be controlled by the control unit a29 (not shown). The gas extracted from the process chamber a3 can be fed to a filter device (not shown), and the filtered gas can be fed back to the process chamber a3 via the gas feed channel a32, thereby forming a circulating air system with a closed gas circuit. Instead of just one gas inlet nozzle a30 and one gas outlet opening a31, several nozzles or openings can also be provided.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Vorratsbehälter al4 mindestens teilweise mit einer pulverförmigen Aluminiumlegierung al5, wie vorstehend angegeben, gefüllt. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft schließlich eine Alumini umlegierung mit einem Gehalt an 4 bis 6 Gew.-% Cu, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Mg und 0,1 bis 1 Gew.-% Ag, sowie 1,3 bis 15 Gew.-% an Metallen ausgewählt aus der Gruppe Ml umfassend Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, und Lanthanoide, wobei bevor- zugt der auf 99 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung auf Aluminium entfällt und wobei weiter bevorzugt der zu 100 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung auf Aluminium, Mangan, Silizium und Sauerstoff entfällt. In the device according to the invention, the storage container al4 is at least partially filled with a powdery aluminum alloy al5, as indicated above. A further aspect of the present invention finally relates to an aluminum alloy with a content of 4 to 6% by weight Cu, 0.1 to 1.5% by weight Mg and 0.1 to 1% by weight Ag, and 1 , 3 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, and lanthanoids, with the proportion of the alloy on aluminum, which is missing to 99% by weight, being preferred is omitted and, more preferably, the proportion of the alloy, which is missing by 100% by weight, is made up of aluminum, manganese, silicon and oxygen.
Im Weiteren wird die vorliegende Erfindung durch einige Beispiele illustriert, die jedoch nicht als in irgendeiner Weise maßgeblich für den Schutzumfang dieser Anmeldung aufgefasst werden sollten. The present invention is further illustrated by a few examples, which, however, should not be interpreted as being in any way relevant to the scope of protection of this application.
Beispiel 1: Example 1:
Verschiedene Aluminiumlegierungen mit den in Tabelle 1 angegebene Zusammen setzungen wurden mittels Direct metal laser sintering (DMLS) zu Testkörpern verarbeitet. Die so hergestellten Testkörper wurden in Bezug auf ihre Härte,Various aluminum alloys with the compositions given in Table 1 were processed into test specimens by means of direct metal laser sintering (DMLS). The test specimens produced in this way were tested for their hardness,
Streckgrenze bei 23°C und Zugfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse dieser Unter suchungen sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. Yield strength at 23 ° C and tensile strength investigated. The results of these investigations are also given in Table 1.
1 = wie hergestellt ; 2 = nach Wärmebehandlung. 1 = as manufactured; 2 = after heat treatment.
Zur Bestimmung der Härte wurde der hergestellte Testkörper der Brinell - Metho- de gemäß der Norm DIN EN ISO 6506-1: 2015" Metallische Werkstoffe - Här teprüfung nach Brinell - Teil 1: Prüfverfahren" unterzogen. Für die Bestimmung wurde Dichtewürfelproben verwendet. Die Tests werden für jede Probe dreimal durchgeführt, und die gemessenen Werte werden mit einer Genauigkeit von 1 HBW angegeben. To determine the hardness, the test specimen produced was subjected to the Brinell method in accordance with the standard DIN EN ISO 6506-1: 2015 "Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: Test method". Density cube samples were used for the determination. The tests are done three times for each sample and the measured values are reported with an accuracy of 1 HBW.
Der in Vergleichsprobe 1 hergestellte Testkörper wies massive Heißrisse auf. Bei Vergleichsprobe 2 waren die Heißrisse im Vergleich zu Vergleichsprobe 1 erheb lich reduziert, aber noch erkennbar; eine Wärmebehandlung des Testkörpers führte nicht zu einer Verbesserung der Härte des Materials. Das erfindungsgemä ße Material zeigte keine Heißrisse und gegenüber den Vergleichsproben erheblich verbesserte mechanische Eigenschaften schon direkt nach der Herstellung. Durch Wärmebehandlung (485°C/40 min und anschließendes Abschrecken mit Wasser und Auslagerung bei 25°C) ließen sich diese Eigenschaften noch erheblich ver bessern. The test body produced in comparative sample 1 exhibited massive hot cracks. In comparative sample 2, the hot cracks were considerably reduced compared to comparative sample 1, but were still recognizable; a heat treatment of the test body did not lead to an improvement in the hardness of the material. The material according to the invention showed no hot cracks and, compared with the comparison samples, mechanical properties were considerably improved even immediately after production. By heat treatment (485 ° C / 40 min and subsequent quenching with water and aging at 25 ° C) these properties could be improved considerably.
Beispiel 2: Example 2:
Ein aus der Aluminiumlegierung gemäß Beispiel 1 hergestellter Testkörper (-·-) wurde in Bezug auf seine Streckgrenzen-Eigenschaften mit entsprechenden Testkörpern aus anderen Materialien verglichen. Als Vergleichsmaterialien wurden Testkörper aus Scalmalloy (DMLS verarbeitet, -o-), der Aluminiumlegierung AW2618 (geschmiedet, T6, --), der Aluminiumlegierung 7075 (T6,-A-), der Aluminiumlegierung 2024 (T6, -x-) und Addmalloy (DMLS verarbeitet, -o-) ver wendet. Die Daten der Vergleichsmaterialien sind der Literatur, bzw. entspre chenden Datenblättern entnommen. Die Streckgrenzen von Testkörpern aus diesen Materialen sind in Fig. 2 wiedergegeben. A test body produced from the aluminum alloy according to Example 1 (- · -) was compared with respect to its yield strength properties with corresponding test bodies made of other materials. As comparison materials, test bodies made of Scalmalloy (DMLS processed, -o-), the aluminum alloy AW2618 (forged, T6, - -), the aluminum alloy 7075 (T6, -A-), the aluminum alloy 2024 (T6, -x-) and Addmalloy (DMLS processed, -o-) used. The data of the comparative materials are taken from the literature or the corresponding data sheets. The yield strengths of test specimens made from these materials are shown in FIG.
Aus Figur 2 wird ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung schon bei 23°C die höchste Streckgrenze aller getesteten Materialen hatte, wobei nur Scalmalloy und die Aluminiumlegierung 7075 eine Streckgrenze in einem ähnlich hohen Bereich aufwiesen. Gegenüber der hochtemperaturfesten Knetle gierung AW-2618A betrug der Unterschied etwa 27%. Ab einer Temperatur von etwa 100 bis 120°C fällt die Streckgrenze der Aluminiumlegierung 7075 stark ab, die von Scalmalloy ist bei diesen Temperaturen sogar noch deutlich geringer. Die Streckgrenze der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung nimmt im Gegensatz dazu bei diesen Temperaturen nur geringfügig ab. Bei etwa 200°C weist die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung eine um etwa 42% bessere Streckgrenze auf, als die zweibeste Legierung AW 2618A. From FIG. 2 it can be seen that the aluminum alloy according to the invention already had the highest yield point of all tested materials at 23 ° C., only Scalmalloy and the aluminum alloy 7075 exhibiting a yield point in a similarly high range. Compared to the high-temperature-resistant kneading alloy AW-2618A, the difference was about 27%. From a temperature of around 100 to 120 ° C, the yield strength of the 7075 aluminum alloy drops sharply, while that of Scalmalloy is even significantly lower at these temperatures. In contrast, the yield strength of the aluminum alloy according to the invention only decreases slightly at these temperatures. At around 200 ° C., the aluminum alloy according to the invention has a yield point that is around 42% better than the second best alloy AW 2618A.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Pulverförmige Aluminiumlegierung mit Cu, Zn oder Si/Mg als relevantestem Legierungselement, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung weiterhin einen Gehalt von 1 bis 15 Gew.-% an Metallen ausgewählt aus der Gruppe Ml umfassend Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, und Lanthanoide aufweist. 1. Powdery aluminum alloy with Cu, Zn or Si / Mg as the most relevant alloy element, characterized in that the alloy furthermore has a content of 1 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe, Ti , Ta, V, and lanthanoids.
2. Pulverförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass sie einen Gehalt von mindestens 1,3 Gew.-%, bevorzugt 2,0 Gew.-% bis zu 8,0 Gew.-%, und weiter bevorzugt 2,5 Gew.-% bis zu 5,0 Gew.-% an Metallen der Gruppe Ml, bevorzugt an Zr und/oder Ti enthält. 2. Powdered aluminum alloy according to claim 1, characterized in that it has a content of at least 1.3% by weight, preferably 2.0% by weight up to 8.0% by weight, and more preferably 2.5 % By weight up to 5.0% by weight of metals of group Ml, preferably of Zr and / or Ti.
3. Pulverförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Alu miniumlegierung einen Gehalt an 4 bis 6 Gew.-% Cu, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Mg und 0,1 bis 1 Gew.-% Ag aufweist, und wobei bevorzugt der zu 99 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung auf Aluminium entfällt. 3. Powdery aluminum alloy according to claim 1 or 2, wherein the aluminum alloy has a content of 4 to 6 wt .-% Cu, 0.1 to 1.5 wt .-% Mg and 0.1 to 1 wt .-% Ag , and where the portion of the alloy, which is 99% by weight, is preferably aluminum.
4. Pulverförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 3 mit einem Gehalt von mindestens 4,5 Gew.-% und/oder höchstens 5,8 Gew.-%, bevorzugt min destens 4,8 Gew.-% und/oder höchstens 5,5 Gew.-% Cu, mindestens 0,2 Gew.-% und/oder höchstens 1,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,3 Gew.- % und/oder höchstens 1,2 Gew.-% Mg, und mindestens 0,05 Gew.-% und/oder höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-% und/oder höchstens 0,4 Gew.-% Ag. 4. Powdered aluminum alloy according to claim 3 with a content of at least 4.5% by weight and / or at most 5.8% by weight, preferably at least 4.8% by weight and / or at most 5.5% by weight. -% Cu, at least 0.2% by weight and / or at most 1.5% by weight, preferably at least 0.3% by weight and / or at most 1.2% by weight Mg, and at least 0, 05% by weight and / or at most 0.6% by weight, preferably at least 0.2% by weight and / or at most 0.4% by weight Ag.
5. Pulverförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, weiterhin umfassend bis zu 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gew.-% Sauerstoff, bis zu 0,6 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 0,55 Gew.-% Mangan und bis zu 0,3 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gew.-% Silizium. 5. Powdery aluminum alloy according to claim 3, further comprising up to 0.2 wt .-%, preferably 0.05 to 0.15 wt .-% oxygen, up to 0.6 wt .-%, preferably 0.2 to 0 , 55 wt .-% manganese and up to 0.3 wt .-%, preferably 0.05 to 0.15 wt .-% silicon.
6. Pulverförmige Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mittlere Partikelgröße d50 im Be reich von 0,1 bis 500 pm aufweist, bevorzugt von mindestens 1 und/oder höchstens 200 pm, besonders bevorzugt mindestens 10 und/oder höchs tens 80 pm. 6. Powdered aluminum alloy according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has an average particle size d50 in the range from 0.1 to 500 pm, preferably of at least 1 and / or at most 200 pm, particularly preferably at least 10 and / or at most 80 pm.
7. Pulverförmige Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gehalt an Metall-Boriden, -Nitriden und -Carbiden von weniger als 0,2 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% und weiterbevorzugt weniger als 0,05 Gew.-% aufweist. 7. Powdered aluminum alloy according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has a content of metal borides, nitrides and carbides of less than 0.2% by weight, preferably less than 0.1% by weight and more preferably less than 0.05 wt%.
8. Verfahren zur Herstellung einer pulverförmigen Aluminiumlegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt des Verdüsens der flüssigen Legierung bei einer Temperatur von > 850°C und bevorzugt > 1050°C, oder einen Schritt des mechanischen Legierens, und gegebenenfalls Nachbearbeitung beinhaltet. 8. The method for producing a powdery aluminum alloy according to any one of the preceding claims, characterized in that the method includes a step of atomizing the liquid alloy at a temperature of> 850 ° C and preferably> 1050 ° C, or a step of mechanical alloying, and possibly includes post-processing.
9. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Ob jekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, insbesondere mit tels Zufuhr von Strahlungsenergie, an Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, bevorzugt in dem die Stellen mit mindestens einem Einwirkbereich, insbesondere einem Strahlungseinwirkbereich eines Energiestrahlbündels, abgetastet werden, oder indem das Aufbaumaterial in den Strahlungseinwirkbereich einge bracht und geschmolzen und auf ein Substrat aufgebracht wird, wobei das Aufbaumaterial eine pulverförmige Aluminiumlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eine entsprechende drahtförmige Aluminiumlegie rung umfasst und vorzugsweise aus dieser besteht. 9. A method for producing a three-dimensional object, the object being produced by applying a building material layer on layer and selectively solidifying the building material, in particular by means of supplying radiant energy, at points in each layer that are assigned to the cross-section of the object in this layer are, preferably in that the points are scanned with at least one area of action, in particular a radiation area of action of an energy beam, or by bringing the construction material into the radiation exposure area and melting it and applying it to a substrate, the construction material being a powdery aluminum alloy according to one of claims 1 to 7 or a corresponding wire-shaped aluminum alloy and preferably consists of this.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die pulverförmige Aluminiumlegierung vorgeheizt wird, bevorzugt auf eine Temperatur von mindestens 100°C, besonders bevorzugt höchstens 400°C. 10. The method according to claim 9, wherein the powdered aluminum alloy is preheated, preferably to a temperature of at least 100 ° C, particularly preferably at most 400 ° C.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das hergestellte dreidimensi onale Objekt einer Wärmebehandlung unterzogen wird, vorzugsweise bei einer Temperatur von 400 °C bis 500 °C, und/oder für einen Zeitraum von 20 bis 200 Min. 11. The method according to claim 9 or 10, wherein the manufactured three-dimensional object is subjected to a heat treatment, preferably at a temperature of 400 ° C to 500 ° C, and / or for a period of 20 to 200 minutes.
12. Dreidimensionales Objekt hergestellt unter Verwendung einer pulverförmi gen Aluminiumlegierung, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 8, wobei die pulverförmige Aluminiumlegierung eine Alumi niumlegierung wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 angegeben ist und wo bei das dreidimensionale Objekt eine solche Aluminiumlegierung umfasst oder aus dieser besteht. 12. Three-dimensional object produced using a pulverförmi gene aluminum alloy, in particular produced by a method according to claim 8, wherein the powdered aluminum alloy is an aluminum alloy as specified in one of claims 1 to 7 and where in the three-dimensional object comprises such an aluminum alloy or from this exists.
13. Dreidimensionales Objekt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Streckgrenze von mindestens 400 MPa und/oder höchstens 550 MPa, bevorzugt mindestens 440 MPa und besonders bevorzugt im Bereich von 460 bis 500 MPa und/oder eine Zugfestigkeit von 450 MPa bevorzugt mindestens 470 MPa und/oder höchstens 550 MPa und besonders bevor zugt im Bereich von 500 bis 550 MPa aufweist. 13. Three-dimensional object according to claim 12, characterized in that it has a yield strength of at least 400 MPa and / or at most 550 MPa, preferably at least 440 MPa and particularly preferably in the range of 460 to 500 MPa and / or a tensile strength of 450 MPa, preferably at least 470 MPa and / or at most 550 MPa and particularly preferably in the range from 500 to 550 MPa.
14. Herstellvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung, eine Prozesskammer, die als offener Behälter mit einer Behälterwandung ausge führt ist, einen in der Prozesskammer befindlichen Träger, wobei Prozess kammer und Träger gegeneinander in vertikaler Richtung beweglich sind, einen Vorratsbehälter und einen in horizontaler Richtung bewegbaren Be schichter aufweist, und wobei der Vorratsbehälter mindestens teilweise mit einer pulverförmigen Aluminiumlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 gefüllt ist. 14. Manufacturing device for performing a method according to claim 9, wherein the device is a laser sintering or laser melting device, a process chamber which is an open container with a container wall, a carrier located in the process chamber, the process chamber and carrier against each other in the vertical direction are movable, comprises a storage container and a horizontally movable loading layer, and wherein the storage container is at least partially filled with a powdery aluminum alloy according to one of claims 1 to 7.
15. Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 4 bis 6 Gew.-% Cu, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Mg und 0,1 bis 1 Gew.-% Ag, sowie 1,3 bis 15 Gew.-% an Metal len ausgewählt aus der Gruppe Ml umfassend Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, und Lanthanoide, wobei bevorzugt der zu 99 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung auf Aluminium entfällt und wobei weiter bevorzugt der zu 100 Gew.-% fehlende Anteil der Legierung auf Aluminium, Mangan, Silizium und Sauerstoff entfällt. 15. Aluminum alloy with a content of 4 to 6% by weight Cu, 0.1 to 1.5% by weight Mg and 0.1 to 1% by weight Ag, and 1.3 to 15% by weight of metals selected from the group Ml comprising Mo, Nb, Zr, Fe, Ti, Ta, V, and lanthanides, where the 99% by weight missing portion of the alloy is preferably aluminum and more preferably the 100% by weight missing portion of the alloy is aluminum, manganese, silicon and oxygen.
EP21716322.9A 2020-03-30 2021-03-30 High-strength aluminum alloys for structural applications, which are processable by additive manufacturing Pending EP4126422A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020108781.0A DE102020108781A1 (en) 2020-03-30 2020-03-30 High-strength aluminum alloys for structural applications that can be processed using additive manufacturing
PCT/EP2021/058253 WO2021198231A1 (en) 2020-03-30 2021-03-30 High-strength aluminum alloys for structural applications, which are processable by additive manufacturing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4126422A1 true EP4126422A1 (en) 2023-02-08

Family

ID=75377755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21716322.9A Pending EP4126422A1 (en) 2020-03-30 2021-03-30 High-strength aluminum alloys for structural applications, which are processable by additive manufacturing

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230135943A1 (en)
EP (1) EP4126422A1 (en)
JP (1) JP2023525209A (en)
CN (1) CN115427173A (en)
DE (1) DE102020108781A1 (en)
WO (1) WO2021198231A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220170138A1 (en) * 2020-12-02 2022-06-02 GM Global Technology Operations LLC Aluminum alloy for casting and additive manufacturing of engine components for high temperature applications
CN113969367B (en) * 2021-10-27 2022-08-09 长沙新材料产业研究院有限公司 Aluminum-lithium alloy material, aluminum-lithium alloy component and preparation method of aluminum-lithium alloy component
CN114959379B (en) * 2022-03-31 2023-04-25 华南理工大学 Heat-resistant high-strength aluminum alloy suitable for selective laser melting and preparation method thereof
CN115927932B (en) * 2022-12-20 2024-03-15 苏州凯宥电子科技有限公司 High-strength die-casting aluminum alloy and preparation method thereof
CN115958296B (en) * 2023-03-08 2023-06-16 北京航星机器制造有限公司 Welding forming method for forming AlSi10Mg aluminum alloy structural member by selective laser melting

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5211910A (en) 1990-01-26 1993-05-18 Martin Marietta Corporation Ultra high strength aluminum-base alloys
DE102005024790A1 (en) 2005-05-26 2006-12-07 Eos Gmbh Electro Optical Systems Radiant heating for heating the building material in a laser sintering device
FR3033602B1 (en) * 2015-03-11 2017-03-24 Microturbo REALIZATION OF SEMI-MONOBLOCK RECTIFIER STAGES, BY ADDITIVE MANUFACTURE
EP3181711B1 (en) 2015-12-14 2020-02-26 Apworks GmbH Aluminium alloy containing scandium for powder metallurgy technologies
KR20180117721A (en) * 2016-04-07 2018-10-29 아르코닉 인코포레이티드 A high volume of ceramic phase having iron, silicon, vanadium and copper and an aluminum alloy
CN106676342B (en) * 2016-12-23 2018-06-12 北京有色金属研究总院 A kind of automobile air conditioner compressor aluminium base blade material and preparation method
FR3065178B1 (en) 2017-04-14 2022-04-29 C Tec Constellium Tech Center METHOD FOR MANUFACTURING AN ALUMINUM ALLOY PART
CN110144502B (en) 2019-05-31 2020-06-16 中南大学 3D printing aluminum-lithium alloy, preparation method thereof and part printing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20230135943A1 (en) 2023-05-04
DE102020108781A1 (en) 2021-09-30
JP2023525209A (en) 2023-06-15
WO2021198231A1 (en) 2021-10-07
CN115427173A (en) 2022-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4126422A1 (en) High-strength aluminum alloys for structural applications, which are processable by additive manufacturing
EP3181711B1 (en) Aluminium alloy containing scandium for powder metallurgy technologies
EP3691815B1 (en) Additive manufactured component and method of manufacturing thereof
EP2794152B1 (en) Method for manufacturing a compact component, and component that can be produced by means of the method
EP2704863B1 (en) Method for producing a component
DE69532617T2 (en) Target for sputtering with ultrafine oriented grains
EP3874073A1 (en) High-strength aluminium alloys for the additive manufacturing of three-dimensional objects
EP2185738B1 (en) Production of alloys based on titanium aluminides
DE102015115962B4 (en) Process for creating a metallic material mixture in additive manufacturing
DE102018133579A1 (en) Aluminum alloy powder for additive manufacturing and method of making a part by making from this powder
DE1909781A1 (en) Metal powder made from kneaded composite particles and method for their production
DE112007000673T5 (en) Magnesium alloy with high strength and high toughness and process for its preparation
DE4412768A1 (en) Method for the production of particles from metallic melt
EP2178664A1 (en) Aluminium-based duplex-aluminium material with a first phase and a second phase and method for producing said duplex-aluminium material
EP3069802A1 (en) Method for producing a component made of a compound material with a metal matrix and incorporated intermetallic phases
EP3166741A1 (en) Method for producing a component
DE1558507A1 (en) New nickel alloy and process for its manufacture
DE102011120988A1 (en) Planar semifinished product of aluminum alloy matrix composite having boron carbide-particles, useful for manufacturing a plate, comprises boron carbide particles-containing layers, and a matrix-forming aluminum alloy comprising silicon
DE102013005008A1 (en) Process for the production of components from a material containing carbon nanotubes
EP3328574A1 (en) Method and device for producing a monotectic alloy
EP3411171B1 (en) Method for producing a three-dimensional hard metal body in layers
WO2020016301A1 (en) Use of powders of highly reflective metals for additive manufacture
WO2023030714A1 (en) Method for additively manufacturing a metal component, and additively manufactured component
DE102019209458A1 (en) Cr-rich Al alloy with high compressive and shear strength
DE102020117761A1 (en) Aluminum material and method for producing an aluminum material

Legal Events

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

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

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

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

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220825

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

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

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)