WO2012062253A2 - Vorrichtung zum herstellen, reparieren und/oder austauschen eines bauteils mittels eines durch energiestrahlung verfestigbaren pulvers, sowie ein verfahren und ein gemäss dem verfahren hergestellten bauteils - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen, reparieren und/oder austauschen eines bauteils mittels eines durch energiestrahlung verfestigbaren pulvers, sowie ein verfahren und ein gemäss dem verfahren hergestellten bauteils Download PDF

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Erwin Bayer
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Klaus Broichhausen
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • Apparatus for producing, repairing and / or replacing a component by means of a powder which can be hardened by energy radiation and a method and a method according to the invention
  • the present invention relates to a device for producing or repairing and / or replacing a component by means of at least one powder which can be hardened by an energy radiation.
  • the component is here for example an aircraft component, such as e.g. a vane element of an aircraft engine, such as a turbine engine.
  • the device and the method can also be used for any other component which can be produced or processed by means of a powder which can be solidified by energy radiation. The powder is thereby sintered or melted by the energy radiation to be solidified.
  • Current powder bed based, additive manufacturing processes are only able to work horizontally.
  • the device has a lowerable building platform, which is embedded in a floor surface, the floor area simultaneously forming the machining plane. Furthermore, the device is designed as a system for selective laser welding. In this case, a layer of a powder material is applied to the build platform with a leveling system. The corresponding region of the powder layer, which belongs to the base body to be produced, is applied from the first powder material according to the principle of selective laser beam melting.
  • a machining head in this case has a scanner, and a supply device in the form of a powder nozzle for a second material and a suction device.
  • DE 690 31 061 T2 discloses a multi-material system in which sintered powder is applied perpendicularly to a surface from a storage container or is vertically sprinkled onto the surface and rolled over a drum into a flat layer. A laser beam of a stationary laser is then directed to the surface via movable mirrors to solidify portions of the powder layer.
  • the object of the invention is to provide an improved device and an improved method for producing or repairing and / or replacing a component by means of a powder to be solidified by energy radiation.
  • an apparatus for producing, repairing and / or replacing a component by means of a powder solidifiable by energy radiation of an energy source, the apparatus comprising a support platform arranged at a predetermined angle ⁇ greater than 0 ° to a horizontal plane and to which the solidified by the energy radiation source powder can be applied.
  • the device has the advantage that powder is applied not only in a horizontal plane, as hitherto in the prior art, but can be applied in any plane, preferably a vertical plane. Furthermore, a method is provided for producing, repairing and / or replacing a component, the method having the following steps:
  • the method also has the advantage that the application and solidification of a powder layer can take place in different planes and not only in a horizontal plane.
  • the support platform and the powder layer connected to it at the angle ⁇ can be arranged to a horizontal plane, wherein for the angle ⁇ in particular that the angle ⁇ is in a range by the angle ⁇ > 0 ° and also the angle ⁇ is ⁇ 90 ° to the horizontal plane.
  • a layer of powder can also be built up vertically instead of horizontally.
  • the powder is a powder of nanoparticles and / or microparticles.
  • This powder has the advantage that it is particularly suitable for the construction of vertical or almost vertical powder layers, since it does not slide together on the support plate.
  • Fig. 1 is a schematic view of a device according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a schematic view of an apparatus according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a diagram illustrating the method for producing a component according to the invention.
  • the invention is directed in particular to the field of application of additive manufacturing for the production of components. This includes so-called rapid manufacturing or so-called rapid prototyping.
  • components are built up, in particular, in layers by material application.
  • EBM Electron Beam Melting
  • SLS Selective Laser Sintering
  • SLM Selective Laser Melting
  • 3D Printing the material to be added or applied is processed in powder form.
  • the powder is hereby applied in particular layer by layer on a building platform or a carrier. Subsequently, the powder layer is selectively solidified by means of energy radiation, such as a laser beam or electron beam.
  • the solidification of the respective powder layer is normally carried out on the basis of geometric data of the component to be produced.
  • the area of the powder layer may be e.g. scanned and belonging to the corresponding component layer section are solidified by energy radiation. The effect of the energy radiation melts or sinters the powder in this area.
  • the powder layer is solidified by selectively introducing a binder into the component-associated areas. Subsequently, a next powder layer is provided and in turn solidified.
  • the component such as an aircraft component such as a blade element or a part of a blade element, can be constructed or supplemented, e.g. in case of repair.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of a device 10 for producing, repairing and / or replacing a component 12 by means of at least one powder 16 to be solidified by an energy radiation source 14.
  • the later finished component 12 is shown in broken line in FIG Indicated line.
  • the powder 16 is thereby exposed by the energy radiation of the energy radiation source, e.g. melted or sintered and so solidified.
  • a powder 16 is now used which has an order of magnitude in which the forces of attraction between the powder particles are preferably greater than the force of gravity.
  • the powder 16 may be provided or formed, for example, as a loose powder, as a pasty powder or as a viscous powder.
  • the powder 16 is used as a loose powder. More specifically, it is preferable to use, as the powder 16, a nanopowder or a nano-sized powder. This means that the powder consists of or substantially comprises nano-sized powder particles.
  • a powder 16 micropowder or powder in the micro range can be used.
  • the powder consists of powder particles in the micro range or has this substantially.
  • a powder 16 made of a combination of a nanopowder and a micropowder can also be used.
  • the powder 16 may be composed of one or more materials, for example, the powder 16 may comprise at least one metal powder, a metal alloy powder, a ceramic powder and / or a plastic powder, to name just a few examples of the powder 16.
  • the invention is not limited to these examples.
  • any powder 16 made of a material or combination of materials that is suitable by means of an energy radiation source 14, e.g. an electron beam or a laser beam, to be solidified.
  • an energy radiation source 14 e.g. an electron beam or a laser beam
  • any other energy source 14 suitable for solidifying an associated powder 16 may be used.
  • the powder 16 can now, as shown in Fig. 1, be applied to a carrier 20 or a carrier plate or support platform, in particular, be applied in layers.
  • the carrier 20 or the carrier plate or carrier platform can be positioned at an angle ⁇ to a horizontal plane 22, wherein the angle ⁇ can in particular in a range> 0 ° and ⁇ ⁇ 90 ° Hegen, in which case all intermediate values of the range for the Angle ⁇ are included.
  • the support plate 20 is e.g. arranged perpendicular or at an angle ⁇ of 90 ° to the horizontal plane 22.
  • a powder layer 26 is then applied vertically by means of a coating device 24 accordingly. Due to the fact that the powder 16 is, for example, a nanopowder, the powder layer 26 does not collapse or slide down on the carrier plate 20, but remains in its position, as indicated in FIG. 1. This is because, as described above, the attractive forces between the powder particles of the powder 16 are larger than those, for example. Gravity.
  • the coating device 24 may, for example, have a coating plate 28 on which a powder layer 26 is first applied, for example by means of a scraper or doctor blade 30 etc., eg in a horizontal position.
  • the coating plate 28 is designed to be movable so that it moves accordingly.
  • the coating plate 28 can be moved back or down in FIG.
  • the energy radiation source 14 for example a laser in FIG. 1, is preferably positioned or positionable perpendicular to the powder layer 26 and its carrier plate 20 in order to solidify a predetermined component region of the powder layer by means of its energy beam or laser beam.
  • the energy beam 18 or the energy radiation source 14 at least part of a beam guidance system of the energy beam 18 of the energy radiation source 14 and / or at least one optical fiber for guiding the energy beam 18 in one direction e.g. formed perpendicular to the powder layer 26 and its support plate 20 movable or movable to adjust the energy beam 18 so that it can suitably or optimally solidify the powder layer 26.
  • the focus of the laser beam 18 of the laser can be set as the energy radiation source 14 such that its focus is e.g. directly on the powder bed 26 is or hits.
  • the energy beam 18 or the energy radiation source 14 at least part of a beam guidance system of the energy beam 18 of the energy radiation source 14 and / or at least one light guide (eg glass fiber) for guiding the energy beam 18 in one or two further spatial directions can be additionally movable or movable , as indicated in Fig. 1 by the arrows Y and Z.
  • the carrier plate 20 with the powder layer in one, two or all three spatial directions (X, Y and / or Z-direction) be designed to be movable, in which case, for example, the energy source 14 may be fixed. After solidification of a component region of the powder layer 26, a next powder layer is applied to the previously solidified powder layer 26 by means of the coating plate 28 and this new powder layer is in turn solidified in the component region by means of the energy radiation source 14.
  • FIG. 2 shows the device 10 according to FIG. 1.
  • the coating plate 28 may also be coupled to the carrier plate 20 such that the powder 16 is introduced or filled in between the carrier plate 20 and the coating plate 28 is as indicated in Fig. 2.
  • the coating plate 28 in Fig. 2 is pivoted upwardly against the support plate 20, the powder 16 thereby being applied to the support plate 20, e.g. is pressed and forms a perpendicular to the support plate position perpendicular powder layer 26.
  • the coating plate 28 is also positioned or moved relative to the carrier plate 20 or is positioned relative to this carrier plate 20 in such a way that a predetermined powder layer thickness can be applied.
  • the Pul Verberg 16 is pressed as shown in Fig. 2 by the coating plate 28 to a powder layer 26 on the support plate 20.
  • the coating plate 28 is swung back or moved back and the powder layer 26 is solidified in a component area by means of the energy radiation source 14 to form a part of the component 12 as indicated by a broken line in FIG. 2.
  • the coating plate 28 is now positioned or moved relative to the support plate 20, so that the powder for the next powder layer between the support plate 20 and here the last powder layer 26 and the coating plate 28 may be provided.
  • the coating plate 28 is again pivoted against the support plate 20 and the last powder layer 26, respectively, with the predetermined distance between the support plate 20 and the coating plate 28 being adjusted or adjusted to provide the new powder layer having a predetermined powder layer thickness on the previous powder layer 26 , Thereafter, the coating plate 28 is pivoted back again so that the new powder layer in the component area can be solidified by the energy radiation source 14 and its energy radiation 18.
  • the support plate 20 can be provided, for example, with at least one additional recess 32, which serves to form a dome or holding element 34 of the component 12 to be produced, as shown in FIG. This means that powder 16 is also applied in the recess 32 and is additionally solidified by means of the energy radiation source 14.
  • the component 12 can additionally be held or positioned on the carrier plate 20 by the mandrel or the holding element 34. After completion of the component, then this mandrel or the holding member 34 can then be easily removed again, by cutting off the holding element of the component by means of a suitable method, eg by laser cutting, sawing, etc.
  • the device 10 may further optionally additionally comprise a process chamber (not shown) in which the coating and the solidification of the powder layer take place.
  • a type of assembly line production can be provided, in which in a first station the carrier plate 20 is coated with the respective powder layer 26 by the coating device 24 and in a next station the respective powder layer 26 is solidified in a component region by the energy radiation source 14.
  • the carrier plate 20 can be designed to be movable from one station to the next station.
  • the device may additionally include a scanner 36, as indicated in Fig. 2 with a dotted line, e.g. can be coupled to the energy radiation source 14 and / or an optical beam guidance system and can also be coupled to this movable or movable. By the scanner 36, the respective powder layer 26 can be scanned to solidify the corresponding component layer of the component.
  • Fig. 3 is now a diagram for illustrating the method for producing, repairing and / or replacing a component according to the invention.
  • an inclined at an angle ⁇ to a horizontal plane carrier. plate provided.
  • a powder layer is applied to the carrier plate by means of a coating device with a coating plate (step S1).
  • a component region of the powder layer is solidified by means of an energy radiation source (step S2).
  • a powder layer having a predetermined new powder layer thickness on the previous powder layer is applied through the coating platform, the coating plate being positioned relative to the support plate to apply the powder layer having the predetermined powder layer thickness (step S3).
  • the energy ray of the energy radiation source is positioned such that it can suitably solidify a component region of the powder layer (step S4).
  • the focus of the energy beam is adjusted such that it meets the powder layer to be solidified.
  • the steps of applying and solidifying the powder layer are repeated until the component is completed.
  • an aircraft component such as e.g. a blade element, manufactured, repaired or replaced in this way.
  • an aircraft component such as e.g. a blade element, manufactured, repaired or replaced in this way.
  • the powder application can also be done through a nozzle.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, insbesondere eines Flugzeugbauteil s, mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Trägerplattform aufweist, welche in einem vorbestimmten Winkel größer 0° zu einer horizontalen Ebene angeordnet und auf welche das durch die Energiestrahlungsquelle verfestigbare Pulver aufbringbar ist.

Description

Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers, sowie ein Verfahren und ein gemäß dem
Verfahren hergestellten Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels wenigstens eines durch eine Energie Strahlung verfestigbaren Pulvers. Das Bauteil ist hier beispielsweise ein Flugzeugbauteil, wie z.B. ein Schaufelelement eines Flugzeugtriebwerks, beispielsweise eines Turbinenstrahltriebwerks. Grundsätz- lieh können die Vorrichtung und das Verfahren aber auch für jedes andere Bauteil eingesetzt werden, das mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers herstellbar oder bearbeitbar ist. Das Pulver wird dabei, um verfestigt zu werden, durch die Energiestrahlung gesintert oder geschmolzen. Derzeitige pulverbettbasierte, generative Fertigungsverfahren sind nur in der Lage horizontal zu arbeiten.
So sind aus dem Stand der Technik, wie er in der DE 199 35 274 Cl offenbart ist, ein generatives Fertigungsverfahren und eine zugehörige Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung weist dabei eine absenkbare Bauplattform auf, die in eine Bodenfläche eingelassen ist, wobei die Bodenfläche gleichzeitig die Bearbeitungsebene bildet. Weiter ist die Vorrichtung als Anlage zum selektiven Laserschweißen ausgebildet. Dabei wird mit einem Nivellierungssystem eine Schicht eines Pulverwerkstoffs auf die Bauplattform aufgebracht. Der entsprechende Bereich der Pulverschicht, der zu dem herzustellenden Grundkörper gehört, wird aus dem ersten Pulverwerkstoff nach dem Prinzip des selektiven Laserstrahlschmelzens aufgebracht. Ein Bearbeitungskopf weist hierbei einen Scanner, sowie eine Zufuhreinrichtung in Form einer Pulverdüse für einen zweiten Werkstoff und eine Absaugvorrichtung auf. Der zweite Werkstoff kann dabei dem Fokus eines Laserstrahls zugeführt und dort aufgeschmolzen werden. Weiter ist in der DE 690 31 061 T2 ein Mehrmaterialsystem offenbart, bei welchem aus einem Vorratsbehälter Sinterpulver senkrecht auf eine Oberfläche aufgebracht oder auf die Oberfläche senkrecht gerieselt und über eine Trommel zu einer ebenen Schicht gewalzt wird. Ein Laserstrahl eines feststehenden Lasers wird dann über bewegliche Spiegel auf die Oberfläche geleitet, um Bauteilbereiche der Pulverschicht zu verfestigen.
In beiden Dokumenten des Standes der Technik wird das zu verfestigende Pulver auf eine hori- zontale Bauplattform aufgetragen bzw. horizontal verarbeitet. Dadurch können Bauteile nur in einer Ebene hergestellt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren bereitzustellen zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch eine Energiestrahlung zu verfestigenden Pulvers.
Gemäß der Erfindung werden nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden, zum Re- parieren und/oder zum Austauschen eines Bauteils bereitgestellt. Genauer gesagt wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers, wobei die Vorrichtung eine Trägerplattform aufweist, welche in einem vorbestimmten Winkel α größer 0° zu einer horizontalen Ebene angeordnet und auf welche das durch die Energie Strahlungsquelle verfestigbare Pulver aufbringbar ist.
Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass Pulver nicht nur in einer horizontalen Ebene, wie bisher im Stand der Technik, aufgetragen wird, sondern in einer beliebigen Ebene, vorzugsweise einer senkrechten Ebene aufgetragen werden kann. Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt, zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Energiestrahlungsquelle zum Verfestigen eines mittels der Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers;
Bereitstellen einer Trägerplattform welche in einem vorbestimmten Winkel α größer 0° zu einer horizontalen Ebene angeordnet ist;
Aufbringen einer durch die Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulverschicht des Pulvers auf die Trägerplattform; und
Verfestigen eines Bauteilsbereichs der Pulverschicht durch die Energiestrahlungsquelle. Das Verfahren hat ebenfalls den Vorteil, dass das Aufbringen und Verfestigen einer Pulverschicht in verschiedenen Ebenen und nicht nur in einer horizontalen Ebene erfolgen kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Trägerplattform und die mit ihr verbundene Pulverschicht in dem Winkel α zu einer horizontalen Ebene anordenbar, wobei für den Winkel α insbesondere gilt, dass der Winkel α in einem Bereich liegt, indem der Winkel α > 0° und außerdem der Winkel α < 90° zu der horizontalen Ebene ist. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Pulver schicht auch senkrecht aufgebaut werden kann statt wie bisher horizontal.
In einer anderen Form ist das Pulver ein Pulver aus Nanopartikeln und/oder Mikropartikeln. Die- ses Pulver hat den Vorteil, dass es sich insbesondere zum Aufbau von senkrechten oder fast senkrechten Pulver schichten eignet, da es nicht in sich zusammen rutsch auf der Trägerplatte.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils gemäß der Erfindung. In den Figuren sind gleiche Elemente oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, sofern nicht Gegenteiliges ausgeführt ist. Die Erfindung ist insbesondere auf das Anwendungsgebiet der generativen Fertigung zur Herstellung von Bauteilen gerichtet. Dazu gehört das sog. Rapid Manufacturing oder auch das sog. Rapid Prototyping. Bei der generativen Fertigung werden Bauteile insbesondere schichtweise durch Materialauftrag aufgebaut. Hierbei wird bei den entsprechenden Verfahren, die als Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) oder 3D-Printing bekannt sind, der hinzuzufügende oder aufzutragende Werkstoff in Pulverform verarbeitet. Das Pulver wird hierbei insbesondere schichtweise auf eine Bauplattform oder einen Träger aufgetragen. Anschließend wird die Pulver schicht selektiv mittels einer Energiestrahlung verfestigt, wie z.B. eines Laserstrahls oder Elektronenstrahls.
Die Verfestigung der jeweiligen Pulverschicht erfolgt dabei normalerweise auf Basis von Geometriedaten des herzustellenden Bauteils. Dabei kann der Bereich der Pulverschicht z.B. abgescannt und der zu der entsprechenden Bauteil schicht gehörende Abschnitt mittels Energiestrahlung verfestigt werden. Durch Einwirken der Energiestrahlung schmilzt oder versintert das Pul- ver in diesem Bereich. Im Fall des 3D-Printings wird die Pulverschicht verfestigt, indem ein Binder selektiv in die zum Bauteil gehörenden Bereiche eingebracht wird. Anschließend wird eine nächste Pulverschicht vorgesehen und wiederum verfestigt. Auf diese Weise kann Schicht für Schicht das Bauteil, wie beispielsweise ein Flugzeugbauteil wie ein Schaufelelement oder ein Teil eines Schaufelelements, aufgebaut oder ergänzt werden, z.B. im Falle einer Reparatur.
In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausfuhrungsform einer Vorrichtung 10 gezeigt zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils 12 mittels wenigstens eines durch eine Energiestrahlungsquelle 14 zu verfestigenden Pulvers 16. Das spätere fertige Bauteil 12 ist in Fig. 1 mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Das Pulver 16 wird dabei durch die Energie- Strahlung der Energiestrahlungsquelle z.B. geschmolzen oder gesintert und so verfestigt.
Dabei wird gemäß der Erfindung nun ein Pulver 16 eingesetzt, dass eine Größenordnung aufweist, in der die Anziehungskräfte zwischen den Pulverpartikeln vorzugsweise größer sind als die Schwerkraft. Auf diese Weise können Pulverschichten in im Wesentlichen jeder Lage aufge- baut werden, insbesondere in einem Bereich zwischen 0° und 90° zu einer horizontalen Ebene, da die Pulverpartikel am Bauteil haften oder zusammenhaften. Das Pulver 16 kann beispielsweise als loses Pulver, als pastöses Pulver oder z.B. als dickflüssiges Pulver vorgesehen oder ausgebildet werden. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel wird das Pulver 16 als loses Pulver verwendet. Genauer gesagt wird vorzugsweise als Pulver 16 ein Nanopulver oder ein Pulver im Nanobereich eingesetzt. Das bedeutet, dass das Pulver aus Pulverpartikeln im Nanobereich besteht oder diese im Wesentlichen aufweist. Wahlweise kann auch ein Pulver 16 Mikropulver oder Pulver im Mikrobereich eingesetzt werden. Hierbei besteht das Pulver aus Pulverpartikeln im Mikrobereich oder weist diese im Wesentlichen auf. Grundsätzlich kann auch ein Pulver 16 aus eine Kombination aus einem Nanopulver und einem Mikropulver verwendet werden.
Das Pulver 16 kann dabei aus einem oder mehreren Werkstoffen zusammengesetzt sein, bei- spielsweise kann das Pulver 16 wenigstens ein Metallpulver, ein Metalllegierungspulver, ein Keramikpulver und/oder auch ein Kunststoffpulver aufweisen, um nur einige Beispiele für das Pulver 16 zu nennen. Die Erfindung ist auf diese Beispiele aber nicht beschränkt. Grundsätzlich kann jedes Pulver 16 aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination verwendet werden, das geeignet ist mittels einer Energiestrahlungsquelle 14, wie z.B. einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl, verfestigt zu werden. Die Erfindung ist aber auf Laserstrahlen und Elektronenstrahlen als Energiestrahlung 18 nicht beschränkt. Grundsätzlich kann jede andere Energiestrahlungsquelle 14 eingesetzt werden, die geeignet ist, ein zugeordnetes Pulver 16 zu verfestigen. Das Pulver 16 kann nun, wie in Fig. 1 gezeigt ist, auf einen Träger 20 oder eine Trägerplatte bzw. Trägerplattformaufgebracht werden, insbesondere schichtweise aufgebracht werden. Der Träger 20 oder die Trägerplatte bzw. Trägerplattform kann dabei in einem Winkel α zu einer horizontalen Ebene 22 positioniert sein, wobei der Winkel α insbesondere in einem Bereich > 0° und α < 90° Hegen kann, wobei hierbei alle Zwischenwerte des Bereichs für den Winkel α mit eingeschlossen sind. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Trägerplatte 20 z.B. senkrecht oder in einem Winkel α von 90° zu der horizontalen Ebene 22 angeordnet.
Auf die Trägerplatte 20 wird nun mittels einer Beschichtungseinrichtung 24 eine Pulverschicht 26 entsprechend senkrecht aufgebracht. Aufgrund dessen, dass das Pulver 16 beispielsweise ein Nanopulver ist, fällt die Pulverschicht 26 nicht in sich zusammen oder rutscht nach unten auf der Trägerplatte 20 ab, sondern verbleibt in ihrer Position, wie in Fig. 1 angedeutet ist. Dies liegt, daran, wie zuvor beschrieben wurde, dass die Anziehungskräfte zwischen den Pulverpartikeln des Pulvers 16 beispielsweise größer sind als die. Schwerkraft. Die Beschichtungseinrichtung 24 kann dabei beispielsweise eine Beschichtungsplatte 28 aufweisen, auf welcher zunächst z.B. in einer horizontalen Position eine Pulverschicht 26 aufgebracht wird, z.B. mittels eines Abstreifers oder Rakels 30 usw.. Die Beschichtungsplatte 28 ist beweg- lieh ausgebildet, so dass sie entsprechend bewegt, bzw. hier nach oben geschwenkt und gegebenenfalls in Längsrichtung verfahren werden kann, wie durch einen Pfeil A in Fig. 1 angedeutet ist und zu der Trägerplatte 20 bewegt, so dass sich ein vorbestimmter Abstand zwischen der Beschichtungsplatte 28 und der Trägerplatte 20 einstellt, welcher beispielsweise der gewünschten Pulverschichtdicke entspricht. Nach dem Auftragen der Pulverschicht 26 auf die Trägerplatte 20 kann die Beschichtungsplatte 28 zurück oder nach unten in Fig. 1 bewegt werden.
Die Energie Strahlungsquelle 14, wie beispielsweise ein Laser in Fig. 1, ist vorzugsweise senkrecht zu der Pulverschicht 26 und deren Trägerplatte 20 positioniert oder positionierbar, um einen vorbestimmten Bauteilbereich der Pulverschicht mittels seines Energiestrahls bzw. hier La- serstrahls zu verfestigen. Dabei ist der Energiestrahl 18 bzw. die Energie Strahlungsquelle 14, zumindest ein Teil eines Strahlfuhrungssystems des Energiestrahls 18 der Energiestrahlungsquelle 14 und/oder auch wenigstens ein Lichtleiter zum Leiten des Energiestrahls 18 in einer Richtung z.B. senkrecht zu der Pulverschicht 26 und ihrer Trägerplatte 20 verfahrbar oder beweglich ausgebildet, um den Energiestrahl 18 so einzustellen, dass er die Pulverschicht 26 geeignet oder optimal verfestigen kann. Dazu kann der Fokus des Laserstrahls 18 des Lasers als Energiestrahlungsquelle 14 derart eingestellt werden, dass sein Fokus z.B. direkt auf dem Pulverbett 26 liegt oder auftrifft.
Außerdem kann der Energiestrahl 18 bzw. die Energiestrahlungsquelle 14, zumindest ein Teil eines Strahlfuhrungssystems des Energiestrahls 18 der Energiestrahlungsquelle 14 und/oder auch wenigstens ein Lichtleiter (z.B. Glasfaser) zum Leiten des Energiestrahls 18 in einer oder zwei weiteren Raumrichtungen zusätzlich verfahrbar oder beweglich ausgebildet sein, wie in Fig. 1 mit den Pfeilen Y und Z angedeutet ist. Stattdessen kann grundsätzlich auch die Trägerplatte 20 mit der Pulverschicht in einer, zwei oder allen drei Raumrichtungen (X, Y und/oder Z-Richtung) verfahrbar ausgebildet sein, wobei in diesem Fall z.B. die Energiestrahlungsquelle 14 fest vorgesehen sein kann. Nach dem Verfestigen eines Bauteilbereichs der Pulverschicht 26 wird eine nächste Pulverschicht mittels der Beschichtungsplatte 28 auf die zuvor verfestigte Pulverschicht 26 aufgebracht und diese neue Pulverschicht wiederum in dem Bauteilbereich mittels der Energiestrahlungsquelle 14 verfestigt.
In Fig. 2 ist nun die Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 gezeigt. Statt wie in Fig. 1 auf die Beschichtungsplatte 28 z.B. in einer horizontalen Position eine Pulverschicht aufzubringen, beispielsweise mittels einer Abstreifereinrichtung oder eines Rakels, kann in Fig. 2 die Beschichtungsplatte 28 auch so mit der Trägerplatte 20 gekoppelt sein, dass zwischen die Trägerplatte 20 und die Be- schichtungsplatte 28 das Pulver 16 eingeführt oder eingefüllt wird, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Dann wird die Beschichtungsplatte 28 in Fig. 2 nach oben geschwenkt gegen die Trägerplatte 20, wobei das Pulver 16 dabei an die Trägerplatte 20 z.B. angedrückt wird und eine entsprechend der Trägerplattenposition senkrechte Pulverschicht 26 bildet. Die Beschichtungsplatte 28 wird dabei außerdem so zu der Trägerplatte 20 positioniert bzw. bewegt oder ist so zu dieser Trägerplatte 20 positioniert, dass eine vorbestimmte Pulverschichtdicke aufgetragen werden kann. Der Pul Verberg 16 wird wie in Fig. 2 durch die Beschichtungsplatte 28 zu einer Pulverschicht 26 auf die Trägerplatte 20 gedrückt.
Anschließend wird Beschichtungsplatte 28 zurückgeschwenkt oder zurückbewegt und die Pul- verschicht 26 in einem Bauteilbereich mittels der Energiestrahlungsquelle 14 verfestigt, um einen Teil des Bauteils 12, wie mit einer gestrichelten Linie in Fig. 2 angedeutet ist, auszubilden. Die Beschichtungsplatte 28 wird nun relative zu der Trägerplatte 20 positioniert oder bewegt, so dass das Pulver für die nächste Pulverschicht zwischen der Trägerplatte 20 bzw. hier der letzten Pulverschicht 26 und der Beschichtungsplatte 28 vorgesehen werden kann. Anschließend wird die Beschichtungsplatte 28 wieder gegen die Trägerplatte 20 bzw. die letzte Pulverschicht 26 geschwenkt, wobei der vorbestimmte Abstand zwischen der Trägerplatte 20 und der Beschichtungsplatte 28 eingestellt wird oder eingestellt ist, um die neue Pulverschicht mit einer vorbestimmten Pulverschichtdicke auf der vorherigen Pulverschicht 26 vorzusehen. Danach wird die Beschichtungsplatte 28 wieder zurückgeschwenkt, so dass die neue Pulverschicht im Bauteilbe- reich durch die Energie Strahlungsquelle 14 und deren Energiestrahlung 18 verfestigt werden kann. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Trägerplatte 20 beispielsweise mit wenigstens einer zusätzlichen Aussparung 32 versehen sein, welche zur Ausbildung eines Doms oder Halteelements 34 des herzustellenden Bauteils 12 dient, wie in Fig. 2 gezeigt. Das bedeutet, dass Pulver 16 auch in die Aussparung 32 aufgebracht und ebenfalls mittels der Energiestrahlungsquelle 14 zusätzlich verfestigt wird. Beim anschließenden Verfestigen des Pulvers 16 im Bauteilbereich, kann das Bauteil 12 zusätzlich an der Trägerplatte 20 durch den Dorn oder das Halteelement 34 gehalten oder positioniert werden. Nach der Fertigstellung des Bauteils, kann dann dieser Dorn oder das Halteelement 34 dann leicht wieder entfernt werden, durch Abtrennen des Haltelements von dem Bauteil mittels eines geeigneten Verfahrens, z.B. durch Laserabtrennen, absägen usw.
Die Vorrichtung 10 kann des Weiteren wahlweise zusätzlich eine Prozesskammer (nicht dargestellt) aufweisen, in welcher die Beschichtung und das Verfestigen der Pulverschicht erfolgen. Ebenso kann eine Art Fließbandfertigung vorgesehen werden, bei welcher in einer ersten Station die Trägerplatte 20 mit der jeweiligen Pulverschicht 26 durch die Beschichtungseinrichtung 24 beschichtet und in einer nächsten Station die jeweilige Pulverschicht 26 in einem Bauteilbereich durch die Energiestrahlungsquelle 14 verfestigt wird. Dabei kann z.B. die Trägerplatte 20 von einer Station zur nächsten Station verfahrbar ausgebildet sein. In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Ausfuhrungsformen kann die Vorrichtung wahlweise auch zusätzlich einen Scanner 36 aufweisen, wie in Fig. 2 mit einer gepunkteten Linie angedeutet ist, welcher z.B. mit der Energie Strahlungsquelle 14 und/oder einem optischen Strahlführungssystem koppelbar ist und ebenfalls mit dieser beweglich bzw. verfahrbar gekoppelt werden kann. Durch den Scanner 36 kann die jeweilige Pulverschicht 26 gescannt werden zum Verfestigen der entsprechenden Bauteilschicht des Bauteils.
In Fig. 3 ist nun ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zum Herstellen, Reparieren und oder Austauschen eines Bauteils gemäß der Erfindung gezeigt. Gemäß der Erfindung wird eine in einem Winkel α zu einer horizontalen Ebene geneigte Träger- . platte vorgesehen. Dabei wird auf die Trägerplatte eine Pulverschicht mittels einer Beschichtungseinrichtung mit einer Beschichtungsplatte aufgebracht (Schritt Sl). Anschließend wird ein Bauteilbereich der Pulverschicht mittels einer Energiestrahlungsquelle verfestigt (Schritt S2). In einem nächsten Schritt wird eine Pulverschicht mit einer vorbestimmten neuen Pulverschichtdi- cke auf der vorherigen Pulverschicht durch die Beschichtungsplattform aufgetragen, wobei die Beschichtungsplatte relativ zu der Trägerplatte positioniert wird, um die Pulverschicht mit der vorbestimmten Pulverschichtdicke aufzubringen (Schritt S3). Des Weiteren wird der Energie- strahl der Energiestrahlungsquelle derart positioniert, dass er einen Bauteilbereich der Pulverschicht geeignet verfestigen kann (Schritt S4). Dabei wird beispielsweise der Fokus des Energiestrahls derart eingestellt, dass er auf die zu verfestigende Pulverschicht trifft. Die Schritte des Aufbringens und Verfestigens der Pulverschicht werden wiederholt, bis das Bauteil fertig gestellt ist.
Als Bauteil kann insbesondere ein Flugzeugbauteil, wie z.B. ein Schaufelelement, auf diese Weise hergestellt, repariert oder ausgetauscht werden. Es können aber auch alle anderen Arten von Bauteilen vorgesehen werden, welche mittels eines durch eine Energiestrahlung zu verfestigenden Pulvers hergestellt werden.
Durch einen Aufbau in jeder beliebigen Ebene ist es möglich zudem Bauteile lokal zu reparieren. Auch der Neuaufbau von Bauteilen in z.B. vertikaler Orientierung, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, bringt Vorteil. So können beispielsweise einfache und kontinuierliche Prozesse realisiert werden.
Ferner kann der Pulverauftrag auch durch eine Düse erfolgen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausfiihrungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfaltige Art und Weise modifi- zierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (10) zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils (12), insbesondere eines Flugzeugbauteils, mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle (14) verfestigbaren Pulvers (16),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (10) eine Trägerplattform (20) aufweist, welche in einem vorbestimmten Winkel (a) größer 0° zu einer horizontalen Ebene (22) angeordnet und aufweiche das durch die Energiestrahlungsquelle (14) verfestigbare Pulver (16) aufbringbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel ( ) größer 0° und kleiner gleich 90° zu der horizontalen Ebene (22) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver (16) ein Pulver aus Nanopartikeln und oder Mikropartikeln ist oder zumindest aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver (16) mittels einer Beschichtungseinrichtung auf die Trägerplattform (20) aufbringbar ist, wobei die Beschichtungseinrichtung eine beweglich ausgebildete Beschichtungsplatte (28) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplattform (20) und die Beschichtungsplatte (28) derart miteinander gekoppelt sind, dass das Pulver (16) zwischen der Trägerplattform (20) und der Beschichtungsplatte (28) einfüllbar und durch das Bewegen der Beschichtungsplatte (28) gegen die Trägerplattform (20) als Pulverschicht (26) auf die Trägerplattform (20) aufbringbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Beschichtungsplatte (28) das Pulver (16) als eine Pulverschicht aufbringbar ist und die Beschichtungsplatte (28) mit der Pulverschicht gegen die Trägerplattform (20) zum Aufbringen oder Ausbilden der gewünschten Pulverschicht (26) auf die Trägerplattform (20) bewegbar ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägeφlattform (20) wenigstens eine Aussparung (32) zum Ausbilden eines Halteelements (34) an dem Bauteil (12) aufweist, wobei das Halteelement (34) nach dem Fertigstellen des Bauteils (12) wieder entfernbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (18) oder die Energiestrahlungsquelle (14) relativ zu der jeweiligen zu verfestigenden Pulverschicht (26) einstellbar ausgebildet ist, wobei insbesondere der Abstand des Fokus des Energiestrahls (18) der Energiestrahlungsquelle (14) zu der zugeordneten Pulverschicht (26) derart einstellbar ist, dass der Fokus auf die Pulverschicht (26) trifft.
Verfahren zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils (12), insbesondere eines Flugzeugbauteils, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Energiestrahlungsquelle (14) zum Verfestigen eines mittels der Energiestrahlungsquelle (14) verfestigbaren Pulvers (16);
Bereitstellen einer
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(20) welche in einem vorbestimmten Winkel (a) größer 0° zu einer horizontalen Ebene (22) angeordnet ist;
Aufbringen einer durch die Energiestrahlungsquelle (14) verfestigbaren Pulver Schicht (26) des Pulvers (16) auf die Trägerplattform (20); und
Verfestigen eines Bauteilsbereichs der Pulverschicht (26) durch die Energie strahlungsquel- le (14).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter den Schritt aufweist:
Einstellen des Abstands des Fokus der Energiestrahlung (18) der Energiestrahlungsquelle (14) von der jeweiligen Pulverschicht (26) zum Verfestigen eines Bauteilbereichs der Pulverschicht (26), wobei der Energiestrahl (18) mit seinem Fokus auf die zu verfestigende Pulverschicht (26) trifft. 11. Bauteil (12), welches gemäß dem Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 hergestellt, repariert und/oder ausgetauscht ist.
12. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12) als ein Flugzeugbauteil, insbesondere als Schaufelelement eines Flugzeugtriebwerks, ausgebildet ist.
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