WO2017028834A1 - Device and method for producing or repairing a three-dimensional object by means of a parabolic mirror - Google Patents

Device and method for producing or repairing a three-dimensional object by means of a parabolic mirror Download PDF

Info

Publication number
WO2017028834A1
WO2017028834A1 PCT/DE2016/000314 DE2016000314W WO2017028834A1 WO 2017028834 A1 WO2017028834 A1 WO 2017028834A1 DE 2016000314 W DE2016000314 W DE 2016000314W WO 2017028834 A1 WO2017028834 A1 WO 2017028834A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
parabolic mirror
layer
laser
material layer
laser beam
Prior art date
Application number
PCT/DE2016/000314
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick GAUTSCHI
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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 MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of WO2017028834A1 publication Critical patent/WO2017028834A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B22F12/45—Two or more
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/49—Scanners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a device for producing or repairing a three-dimensional object according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing or repairing a three-dimensional object according to the preamble of claim 9.
  • Methods and apparatus for producing three-dimensional objects, in particular of components are known in a great variety.
  • generative manufacturing methods so-called rapid manufacturing or rapid prototyping methods
  • metallic components can be produced, for example, by laser or electron beam melting or sintering methods.
  • at least one powdered component material is first applied in layers to a construction platform in the region of a building and joining zone of the device.
  • the component material is locally fused and / or sintered in layers by supplying energy to the component material in the region of the assembly and joining zone by means of at least one high-energy beam, for example an electron or laser beam.
  • the high-energy beam is controlled in dependence on a layer information of the component layer to be produced in each case.
  • the construction platform is lowered in layers by a predefined layer thickness. Thereafter, the said steps are repeated until the final completion of the component.
  • Comparable additive methods are known for the production of ceramic or plastic elements.
  • generative production methods for the production of components of a turbomachine such as, for example, components of an aircraft engine or a gas turbine are also known from the prior art, for example the method described in DE 10 2009 051 479 A1 or a corresponding apparatus for the production a component of a turbomachine.
  • this method by layer-wise application of at least one powdered component material on a construction platform in the region of a building and joining zone as well as layered and local melting or sintering of the component material by means in the Build-up and joining zone supplied energy produced a corresponding component.
  • the energy is supplied by laser beams, such as C0 2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser and diode laser, or by electron beams.
  • the laser beam strikes the powder-shaped component material perpendicularly to the laser device within a construction space of the device only at a point. In the edge regions of the installation space, the laser beam strikes another, unfavorable angle. In the case of a vertical impact of the laser beam, the resulting melting region is essentially circular. The further away from this ideal point the laser beam impinges on the powder surface, the more ellipsoid the melting range becomes. As the melting area is increased, areas on the object are created with significantly reduced quality.
  • Object of the present invention is therefore to provide a device and a method of the type mentioned, the great effort without a lot of additional degrees of freedom and thus improved settings for the path of the laser beam to achieve improved quality of the produced three-dimensional object or a Ensure repair of the three-dimensional object.
  • a first aspect of the invention relates to a device for producing or repairing a three-dimensional object comprising at least one installation space for a layered, successive solidification of at least one solidifiable material in predefined areas for the layered construction of the three-dimensional object or for the layered repair of individual areas of the three-dimensional object within of the construction space and at least one laser device for generating at least one laser beam by means of which a material Layer is locally fusible to an object layer and / or versinterbar.
  • At least one parabolic mirror or at least one parabolapthari formed device is disposed inside or above the space, wherein an inside of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device is aligned concave to the material layer and arranged the laser device between the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and the material layer is such that the generated laser beam impinges on the material layer via a beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device.
  • the laser beam generated by the laser device can be introduced into virtually all regions of the material layer within the construction space with predefined angles of incidence. Without much design effort, a plurality of additional degrees of freedom and thus improved adjustment options for the path of the laser beam to achieve an improved quality of the produced three-dimensional object or a repair of the three-dimensional object is provided.
  • the laser device is at least temporarily arranged within the installation space in the focal point of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device, such that the laser beam generated by the laser device about the beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device approximately perpendicular to the Material layer impinges on this.
  • the resulting melting region is substantially circular in almost all regions of the material layer. This contributes to the significant increase in quality of the produced three-dimensional object or to increase the quality of the repair of individual areas of the three-dimensional object.
  • the term "approximately perpendicular” is understood to mean that the laser beam strikes the material layer at an angle of 90 °, but slight deviations from the vertical in the range of +/- 5 ° should also be understood by the term “approximately perpendicular" ,
  • the laser device sends the laser beam in the direction of the concave in Direction of the material layer aligned inside of the parabolic mirror.
  • the installation space of the device described above is usually a process chamber for carrying out the additive manufacturing or repair process.
  • the three-dimensional object to be produced or repaired may be a component or a component region of an aircraft engine, in particular a compressor or a turbine.
  • the material used can be powdered, liquid or passively formed and usually consists of metal, a metal alloy, ceramic or plastic or a mixture thereof.
  • the parabolic mirror or the parabolic-mirror-like device and / or the laser device are designed to be movable relative to one another and / or relative to the material layer.
  • the laser device can no longer be at the focal point of the parabolic mirror, at least temporarily.
  • the region on the material layer which in the region of a laser shadow, that is to say the region hidden under the laser device by the laser device, can likewise be processed with the laser beam.
  • the distance between the laser device and the parabolic mirror or the inside of the parabolic mirror is increased.
  • the laser device can also be moved, for example along a central axis, which extends on the one hand through the focal point of the parabolic mirror and on the other hand lies perpendicular to the material layer. Other directions of movement of the laser device within the installation space of the device are possible.
  • the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device consists of a plurality of individual mirror elements, wherein the mirror elements are individually controllable and alignable.
  • the mirror elements can be designed in particular as hexagons, in particular honeycomb-shaped hexagons.
  • the laser device comprises at least one controllable and / or controllable optical system for deflecting and / or focusing its laser beam.
  • the laser beam can be directed not only in the direction of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device, but also directly on the material layer.
  • the laser beam can be directed directly into the region of the laser shadow on the material layer, such that it also impinges in this area approximately perpendicular to the material layer.
  • this comprises at least one optical system, wherein the optical system is coupled to an evaluation and the evaluation is designed such that based on at least one imaging by means of the optical system, a surface quality of the associated object layer and / or a defect is determined in the associated object layer.
  • the optical system may be an optical thermography system. This advantageously results in the possibility of recognizing possible defects in the surface quality of the object layer and / or defects in the object layer already during the production of the three-dimensional object. Possible defects can then be repaired before applying a further material layer by means of a further laser treatment.
  • the latter has at least one control device for controlling and / or regulating the laser device, for controlling and / or regulating the position of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and / or the laser device relative to the material layer and / or the control device. tion and / or regulation of the plurality of individual mirror elements of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device.
  • the position and position of the laser device relative to the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and the orientation and the amount of energy of the laser beam can be coordinated and performed.
  • a second aspect of the invention relates to a method for producing or repairing a three-dimensional object, wherein the method according to the invention comprises at least the following steps: a) layer-wise application of at least one material to at least one construction platform arranged within a construction space in the region of a build-up and joining zone ; b) layer-by-layer and local fusion and / or merging of the material by supplying energy by means of at least one laser beam in the region of the assembly and joining zone to form a layer of the object; c) layer-by-layer lowering of the build platform by a predefined layer thickness: and d) repeating steps a) to c) until completion of the object.
  • the laser beam is generated by a laser device for the layered and local fusing and / or United of the material, wherein the laser device between a parabolic mirror or a parabolaptartig device and the material layer is arranged, such that the laser beam generated by a beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device impinges on the material layer.
  • the laser beam generated by the laser device can be introduced into virtually all regions of the material layer within the construction space with predefined angles of incidence. Without great constructive effort, a large number of additional degrees of freedom and thus improved adjustment possibilities for the path of the laser beam are provided for achieving an improved quality of the three-dimensional object to be produced or a repair of the three-dimensional object.
  • the laser device can be arranged within the installation space at least temporarily in a focal point of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device, such that the laser beam generated by the laser device via a beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like Device approximately perpendicular to the material layer impinges on this.
  • the laser beam according to the invention can be deflected such that it impinges approximately perpendicularly in almost all regions of the material layer. This contributes to a significantly improved quality of the three-dimensional object to be produced or repaired.
  • the installation space described above is usually a process chamber for carrying out the generative manufacturing process
  • the three-dimensional object to be manufactured or repaired may be a component or a component region of an aircraft engine, in particular a compressor or a turbine
  • the material used may be powdery, liquid or pasty and usually consists of metal, a metal alloy, Ceramic or plastic or a mixture thereof.
  • the laser beam is deflected and / or focused via at least one controllable and / or controllable optical system of the laser device.
  • an exact alignment of the laser beam in the direction of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device or the inside of the parabolic mirror or the inside or the parabolaptartig designed device but also direct alignment and focusing of the laser beam on a portion of the material layer, which is below the Laser device and thus located in a range of a laser shadow possible.
  • the laser beam can be aligned such that it impinges approximately perpendicular to the region of the laser shadow on the material layer.
  • the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and / or the laser device during the manufacture or repair of the three-dimensional object relative to each other and / or moved relative to the material layer, such that the laser device at least temporarily no longer at the focal point of Parabolic or the parabolic mirror-like device is located.
  • At least one imaging device for a plurality of and / or each object layer of the three-dimensional object to be produced is generated by means of at least one optical system.
  • a surface quality of the associated object layer and / or a defect in the associated object layer can be determined.
  • the method according to the invention thus ensures that the surface quality of the individual object layers and / or defects is determined even before the application of a further material layer during the manufacturing or repair process of the three-dimensional object.
  • an additional energy supply via the at least one laser beam to improve the surface quality of the object layer and / or to repair the defect in the object layer is controlled based on the at least one imaging depending on the determined topography or morphology of the object layer.
  • the laser beam can also be controlled by moving the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and / or the laser device relative to the object layer.
  • the figure shows a schematic representation of a device according to the invention for the manufacture or repair of a three-dimensional object.
  • the FIGURE shows a schematically illustrated device 10 for the generative production or generative repair of a three-dimensional object 36.
  • the three-dimensional object 36 can be, for example, a component of a turbomachine. In particular, it may be a component of a turbine or a compressor of an aircraft engine.
  • the device 10 has a coater (not shown) for applying at least one powder layer of a material 16 to at least one assembly and joining zone 38 of a lowerable building platform 14.
  • the coater can be moved by means of a moving unit (not shown) within a construction space 12 of the device 10.
  • the movement of the coater is carried out over and along the build platform 14 and the assembly and joining zone 38, so that a uniform and layered order of the pul deformed material 16 as a material layer 22 on the build platform 14 is possible.
  • the material 16 is formed pulverformig in the described embodiment. In particular, it is a powder of metal or a metal alloy. But it is also possible that other materials such as ceramic or plastic or a mixture of metal, metal alloy, ceramic or plastic is used in other exemplary embodiments. In addition, there is the possibility that the material may not only be powdered, but also pasty or liquid. Optionally, other application methods by means of the coater are used when using such component materials.
  • the apparatus 10 furthermore comprises at least one laser device 18 for generating at least one laser beam 20, 32, 40, 46 by means of which the powder layer 22 in the region of the assembly and joining zone 38 can be fused locally and / or to form a molten bath to form an object or component layer is sinterable.
  • the laser device 18 can be arranged within the installation space 12 at least temporarily in the focal point 26 of a parabolic mirror 24 arranged above the installation space 12, such that the laser beam 20 generated by the laser device 18 is approximately perpendicular via a beam deflection on the inside of the parabolic mirror 24 impinges on the material layer 22 on this. It can be seen that the laser beams 20 emanating from the laser device 18 are directed towards the inside of the parabolic mirror 24.
  • the laser beams 20 are deflected or reflected, so that they impinge approximately perpendicular to the material layer 22.
  • the concave opening of the parabolic mirror 24 points in the direction of the material 16 or the building platform 14. Between the parabolic mirror 24 and the material 16 and the construction platform 14, the laser device 18 is arranged.
  • the distance between the laser device 18 originally located at the focal point 26 of the parabolic mirror 24 and the parabolic mirror 24 or its inside 42 can be increased by a movement of the parabolic mirror 24 and / or the laser device 18 along a central axis 34.
  • the laser device 18 would no longer be located in the focal point 26 but in a position 30 spaced therefrom or in a position 44 likewise spaced therefrom.
  • the laser device 18 Since the laser device 18 is no longer located in the focal point 26 of the parabolic mirror 24, a corresponding generated by the laser device 18 and directed in the direction of the parabolic mirror 24 laser beam 32 and 46 is deflected or reflected from the inside of the parabolic mirror 24 that he in a Angle different from the vertical right on the material layer 22 impinges. However, this can be accepted, since areas that are located on the material layer 22 in a region of the laser shadow 18 produced by the laser device 18 can nevertheless be irradiated.
  • the laser device 18 can also be moved vertically or at a different angle relative to the central axis 34.
  • the laser device 18 generates a laser beam 40 which is directed directly to the material layer 22, that is, without deflection by the parabolic mirror 24.

Abstract

Device (10) for producing or repairing a three-dimensional object (36) comprising at least one building zone (12) for successively compacting at least one compactable material (16) layer by layer in predefined regions for building up the three-dimensional object (36) layer by layer or for repairing individual regions of the three-dimensional object (36) layer by layer within the building zone (12); and a laser device (18) for generating at least one laser beam (20, 32, 40) by means of which a material layer (22) can be locally melted and/or sintered to form an object layer. In this case, at least one parabolic mirror (24) or at least one device formed in the manner of a parabolic mirror is arranged within or above the building zone (12), wherein an inner side (42) of the parabolic mirror (24) or of the device formed in the manner of a parabolic mirror is oriented concavely in relation to the material layer (22) and the laser device (18) is arranged between the parabolic mirror (24) or the device formed in the manner of a parabolic mirror and the material layer (22) in such a way that the generated laser beam (20) impinges on the material layer (22) as a result of a beam deflection by means of the parabolic mirror (24). Method for producing or repairing a three-dimensional object (36).

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG ODER REPARATUR  DEVICE AND METHOD FOR PRODUCTION OR REPAIR
EINES DREIDIMENSIONALEN OBJEKTS MITTELS EINES PARABOLSPIEGELS  A THREE-DIMENSIONAL OBJECT BY MEANS OF A PARABOL MIRROR
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten, insbesondere von Bauteilen sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind generative Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping- Verfahren) bekannt, bei denen das dreidimensionale Objekt beziehungsweise das Bauteil durch pulverbettbasierte, additive Fertigungsverfahren schichtweise aufgebaut wird. Vorwiegend metallische Bauteile können bei- spielsweise durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelz- oder -sinterverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst schichtweise mindestens ein pulverförmiger Bauteilwerkstoff auf eine Bauplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung aufgetragen. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff schichtweise lokal verschmolzen und/oder versintert, indem dem Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone Energie mittels wenigstens eines Hoch- energiestrahls, zum Beispiel eines Elektronen- oder Laserstrahls zugeführt wird. Der Hochenergiestrahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteilschicht gesteuert. Nach dem Verschmelzen und/oder Versintern wird die Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des Bauteils wiederholt. Vergleichbare additive Ver- fahren sind zur Herstellung von Keramik- oder Kunststoffelementen bekannt. The invention relates to a device for producing or repairing a three-dimensional object according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for producing or repairing a three-dimensional object according to the preamble of claim 9. Methods and apparatus for producing three-dimensional objects, in particular of components are known in a great variety. In particular, generative manufacturing methods (so-called rapid manufacturing or rapid prototyping methods) are known in which the three-dimensional object or the component is built up in layers by powder-bed-based, additive manufacturing processes. Primarily metallic components can be produced, for example, by laser or electron beam melting or sintering methods. In this case, at least one powdered component material is first applied in layers to a construction platform in the region of a building and joining zone of the device. Subsequently, the component material is locally fused and / or sintered in layers by supplying energy to the component material in the region of the assembly and joining zone by means of at least one high-energy beam, for example an electron or laser beam. The high-energy beam is controlled in dependence on a layer information of the component layer to be produced in each case. After fusing and / or sintering, the construction platform is lowered in layers by a predefined layer thickness. Thereafter, the said steps are repeated until the final completion of the component. Comparable additive methods are known for the production of ceramic or plastic elements.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere auch generative Herstellverfahren für die Herstellung von Bauteilen einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise von Bauteilen eines Flugtriebwerks oder einer Gasturbine bekannt, z.B. das in der DE 10 2009 051 479 AI beschriebene Ver- fahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine. Bei diesem Verfahren wird durch schichtweisen Auftrag von mindestens einem pulver- förmigen Bauteilwerkstoff auf einer Bauplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone sowie schichtweises und lokales Schmelzen oder Sintern des Bauteilwerkstoffs mittels im Bereich der Aufbau- und Fügezone zugeführter Energie ein entsprechendes Bauteil hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei über Laserstrahlen, wie beispielsweise C02-Laser, Nd: YAG-Laser, Yb-Faserlaser sowie Diodenlaser, oder durch Elektronenstrahlen. In bekannten Vorrichtungen zur generativen Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels Laserenergie (z.B. Selektive Laserschmelzanlagen) trifft der Laserstrahl innerhalb eines Bauraums der Vorrichtung nur in einem Punkt senkrecht zur Lasereinrichtung senkrecht auf den pul- verförmigen Bauteilwerkstoff. In den Randbereichen des Bauraums trifft der Laserstrahl in einem anderen, ungünstigen Winkel auf. Bei einem senkrechten Auftreffen des Laserstrahls ist der re- sultierende Schmelzbereich im Wesentlichen kreisförmig. Je weiter entfernt von diesem Idealpunkt der Laserstrahl auf der Pulveroberfläche auftrifft, desto ellipsoider wird der Schmelzbereich. Da hierbei die Schmelzfläche vergrößert wird, entstehen Bereiche am Objekt mit deutlich verminderter Qualität. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne großen konstruktiven Aufwand eine Vielzahl an zusätzlichen Freiheitsgraden und damit verbesserte Einstellmöglichkeiten für den Weg des Laserstrahls zur Erzielung einer verbesserten Qualität des herzustellenden dreidimensionalen Objekts oder einer Reparatur des dreidimensionalen Objekts gewährleisten. In particular, generative production methods for the production of components of a turbomachine, such as, for example, components of an aircraft engine or a gas turbine are also known from the prior art, for example the method described in DE 10 2009 051 479 A1 or a corresponding apparatus for the production a component of a turbomachine. In this method, by layer-wise application of at least one powdered component material on a construction platform in the region of a building and joining zone as well as layered and local melting or sintering of the component material by means in the Build-up and joining zone supplied energy produced a corresponding component. The energy is supplied by laser beams, such as C0 2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser and diode laser, or by electron beams. In known devices for the generative production of three-dimensional objects by means of laser energy (eg, selective laser melting systems), the laser beam strikes the powder-shaped component material perpendicularly to the laser device within a construction space of the device only at a point. In the edge regions of the installation space, the laser beam strikes another, unfavorable angle. In the case of a vertical impact of the laser beam, the resulting melting region is essentially circular. The further away from this ideal point the laser beam impinges on the powder surface, the more ellipsoid the melting range becomes. As the melting area is increased, areas on the object are created with significantly reduced quality. Object of the present invention is therefore to provide a device and a method of the type mentioned, the great effort without a lot of additional degrees of freedom and thus improved settings for the path of the laser beam to achieve improved quality of the produced three-dimensional object or a Ensure repair of the three-dimensional object.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vor- teilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind. This object is achieved by a device for producing or repairing a three-dimensional object having the features of patent claim 1 and a method having the features of claim 9. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the device are to be regarded as advantageous embodiments of the method and vice versa.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts umfassend mindestens einen Bauraum für ein schichtweises, aufein- derfolgendes Verfestigen mindestens eines verfestigbaren Werkstoffs in vordefinierten Bereichen zum schichtweisen Aufbau des dreidimensionalen Objekts oder zur schichtweisen Reparatur einzelner Bereiche des dreidimensionalen Objekts innerhalb des Bauraums und mindestens eine Lasereinrichtung zum Erzeugen wenigstens eines Laserstrahls mittels welchem eine Werkstoff- Schicht lokal zu einer Objektschicht verschmelzbar und/oder versinterbar ist. Zudem ist inner- oder überhalb des Bauraums mindestens ein Parabolspiegel oder mindestens eine parabolspiegelartige ausgebildete Vorrichtung angeordnet, wobei eine Innenseite des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung konkav zu der Werkstoffschicht ausgerichtet ist und die Lasereinrichtung zwischen dem Parabolspiegel oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und der Werkstoffschicht angeordnet ist, derart, dass der erzeugte Laserstrahl über eine Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung auf der Werkstoffschicht auftrifft. Damit wird erfindungsgemäß erreicht, dass mittels des über der Lasereinrichtung angeordneten Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung der von der Lasereinrichtung erzeugte Laserstrahl in nahezu alle Bereiche der Werkstoffschicht innerhalb des Bauraums mit vordefinierten Einstrahlwinkeln eingeleitet werden kann. Ohne großen konstruktiven Aufwand wird eine Vielzahl an zusätzlichen Freiheitsgraden und damit verbesserte Einstellmöglichkeiten für den Weg des Laserstrahls zur Erzielung einer verbesserten Qualität des herzustellenden dreidimensionalen Objekts oder einer Reparatur des dreidimensionalen Objekts bereitgestellt. A first aspect of the invention relates to a device for producing or repairing a three-dimensional object comprising at least one installation space for a layered, successive solidification of at least one solidifiable material in predefined areas for the layered construction of the three-dimensional object or for the layered repair of individual areas of the three-dimensional object within of the construction space and at least one laser device for generating at least one laser beam by means of which a material Layer is locally fusible to an object layer and / or versinterbar. In addition, at least one parabolic mirror or at least one parabolspiegelartige formed device is disposed inside or above the space, wherein an inside of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device is aligned concave to the material layer and arranged the laser device between the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and the material layer is such that the generated laser beam impinges on the material layer via a beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device. Thus, according to the invention, it is achieved that by means of the parabolic mirror arranged above the laser device or the device constructed like a parabolic mirror, the laser beam generated by the laser device can be introduced into virtually all regions of the material layer within the construction space with predefined angles of incidence. Without much design effort, a plurality of additional degrees of freedom and thus improved adjustment options for the path of the laser beam to achieve an improved quality of the produced three-dimensional object or a repair of the three-dimensional object is provided.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Lasereinrichtung innerhalb des Bauraums zumindest zeitweise im Brennpunkt des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung angeordnet, derart, dass der von der Lasereinrichtung erzeugte Laserstrahl über die Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung ungefähr senkrecht zu der Werkstoffschicht auf dieser auftrifft. Damit wird erfindungsgemäß erreicht, dass mittels des über der Lasereinrichtung angeordneten Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung der von der Lasereinrichtung erzeugte und auf eine Innenseite des Parabolspiegels gerichtete Laserstrahl in nahezu allen Bereichen der Werkstoffschicht ungefähr senkrecht auf dieser auftrifft. Vorteilhafterweise ist durch das senkrechte Auftreffen des Laserstrahls der resultierende Schmelzbereich in nahezu allen Bereichen der Werkstoffschicht im Wesentlichen kreisförmig. Dies trägt zur deutlichen Qualitätssteigerung des herzustellenden dreidimensionalen Objekts beziehungsweise zur Steigerung der Qualität der Reparatur einzelner Bereiche des dreidimensionalen Objekts bei. Unter der Bezeichnung„ungefähr senkrecht" wird dabei verstanden, dass der Laserstrahl in einem Winkel von 90° auf die Werkstoffschicht auftrifft. Geringfügige Abweichungen von der Senkrechten im Bereich von +/- 5° sollten aber ebenfalls unter dem Begriff„ungefähr senkrecht" verstanden werden. Erfindungsgemäß sendet die Lasereinrichtung den Laserstrahl in Richtung der konkav in Richtung der Werkstoffschicht ausgerichteten Innenseite des Parabolspiegels. An der Innenseite des Parabolspiegels wird der Laserstrahl dann derart abgelenkt, dass er ungefähr senkrecht auf die Werkstoffschicht auftrifft. Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Bauraum der Vorrichtung handelt es sich üblicherweise um eine Prozesskammer zur Durchführung des generativen Herstellungs- oder Reparaturverfahrens. Bei dem herzustellenden oder zu reparierenden dreidimensionalen Objekt kann es sich um ein Bauteil oder einen Bauteilbereich eines Flugtriebwerks, insbesondere eines Verdichters oder einer Turbine handeln. Der verwendete Werkstoff kann pul verförmig, flüssig oder pas- tös ausgebildet sein und besteht üblicherweise aus Metall, einer Metalllegierung, Keramik oder Kunststoff oder einer Mischung daraus. In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the laser device is at least temporarily arranged within the installation space in the focal point of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device, such that the laser beam generated by the laser device about the beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device approximately perpendicular to the Material layer impinges on this. Thus, according to the invention, it is achieved that, by means of the parabolic mirror arranged above the laser device or the device constructed in the manner of a parabolic mirror, the laser beam generated by the laser device and directed onto an inner side of the parabolic mirror impinges approximately perpendicularly on almost all regions of the material layer. Advantageously, due to the vertical impact of the laser beam, the resulting melting region is substantially circular in almost all regions of the material layer. This contributes to the significant increase in quality of the produced three-dimensional object or to increase the quality of the repair of individual areas of the three-dimensional object. The term "approximately perpendicular" is understood to mean that the laser beam strikes the material layer at an angle of 90 °, but slight deviations from the vertical in the range of +/- 5 ° should also be understood by the term "approximately perpendicular" , According to the invention, the laser device sends the laser beam in the direction of the concave in Direction of the material layer aligned inside of the parabolic mirror. On the inside of the parabolic mirror, the laser beam is then deflected so that it impinges approximately perpendicular to the material layer. The installation space of the device described above is usually a process chamber for carrying out the additive manufacturing or repair process. The three-dimensional object to be produced or repaired may be a component or a component region of an aircraft engine, in particular a compressor or a turbine. The material used can be powdered, liquid or passively formed and usually consists of metal, a metal alloy, ceramic or plastic or a mixture thereof.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Parabolspiegel oder die parabolspiegelartig ausgebildete Vorrichtung und/oder die Lasereinrichtung rela- tiv zueinander und/oder relativ zur Werkstoffschicht beweglich ausgebildet. Die Lasereinrichtung kann beispielhaft zumindest zeitweise nicht mehr im Brennpunkt des Parabolspiegels liegen. Damit besteht aber vorteilhafterweise die Möglichkeit, dass der Bereich auf der Werkstoffschicht, der im Bereich eines Laserschattens, das heißt den durch die Lasereinrichtung verdeckten Bereich unterhalb der Lasereinrichtung, ebenfalls mit dem Laserstrahl bearbeitet werden kann. Beispielsweise wird durch ein vertikales Verfahren des Parabolspiegels der Abstand zwischen der Lasereinrichtung und dem Parabolspiegel beziehungsweise der Innenseite des Parabolspiegels vergrößert. Ist aber der durch das Verfahren des Parabolspiegels vergrößerte Abstand größer als der ursprüngliche Abstand, der durch den Brennpunkt des Parabolspiegels und dem Parabolspiegel selbst beziehungsweise dessen Innenseite definiert wird, wird der Laserstrahl in Richtung des Bereichs des Laserschattens auf der Werkstoffschicht hin reflektiert. Dabei kann in Kauf genommen werden, dass der Laserstrahl nicht ganz senkrecht auf der Werkstoffschicht auftrifft. Um eine Bestrahlung des Bereichs des Laserschattens zu ermöglichen, kann auch die Lasereinrichtung bewegt werden, beispielsweise entlang einer Mittelachse, die einerseits durch den Brennpunkt des Parabolspiegels verläuft und andererseits senkrecht zur Werkstoffschicht liegt. Auch andere Bewegungsrichtungen der Lasereinrichtung innerhalb des Bauraums der Vorrichtung sind möglich. Die Bewegung des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und/oder der Lasereinrichtung kann beispielsweise mittels elektrischer Motoren, Piezoaktuatoren, Schrittmotoren, mechanischer Vorrichtungen oder dergleichen erfolgen. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Parabolspiegel oder die parabolspiegelartig ausgebildete Vorrichtung aus einer Vielzahl einzelner Spiegelelemente, wobei die Spiegelelemente einzeln ansteuerbar und ausrichtbar sind. Die Spie- gelelemente können dabei insbesondere als Sechsecke, insbesondere wabenförmige Sechsecke, ausgebildet sein. Durch eine derartige Ausgestaltung des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung ergibt sich eine äußerst exakte Ablenkung beziehungsweise Reflexion des auftreffenden Laserstrahls. In further advantageous embodiments of the device according to the invention, the parabolic mirror or the parabolic-mirror-like device and / or the laser device are designed to be movable relative to one another and / or relative to the material layer. By way of example, the laser device can no longer be at the focal point of the parabolic mirror, at least temporarily. However, there is advantageously the possibility that the region on the material layer, which in the region of a laser shadow, that is to say the region hidden under the laser device by the laser device, can likewise be processed with the laser beam. For example, by a vertical method of the parabolic mirror, the distance between the laser device and the parabolic mirror or the inside of the parabolic mirror is increased. But if the increased by the process of the parabolic mirror distance greater than the original distance, which is defined by the focal point of the parabolic mirror and the parabolic mirror itself or the inside, the laser beam is reflected in the direction of the region of the laser shadow on the material layer. It can be accepted that the laser beam is not quite perpendicular to the material layer. In order to enable irradiation of the region of the laser shadow, the laser device can also be moved, for example along a central axis, which extends on the one hand through the focal point of the parabolic mirror and on the other hand lies perpendicular to the material layer. Other directions of movement of the laser device within the installation space of the device are possible. The movement of the parabolic mirror or the parabolspiegelartig formed device and / or the laser device can be done for example by means of electric motors, piezo actuators, stepper motors, mechanical devices or the like. In further advantageous embodiments of the device according to the invention, the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device consists of a plurality of individual mirror elements, wherein the mirror elements are individually controllable and alignable. The mirror elements can be designed in particular as hexagons, in particular honeycomb-shaped hexagons. Such a configuration of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device results in a very accurate deflection or reflection of the incident laser beam.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Lasereinrichtung mindestens ein steuerbares und/oder regelbares optisches System zum Ablenken und/oder Fokussieren ihres Laserstrahls. Dadurch besteht unter anderem die Möglichkeit, dass der Laserstrahl nicht nur in Richtung des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung, sondern auch direkt auf die Werkstoffschicht gerichtet werden kann. So kann vorteilhafterweise der Laserstrahl direkt in den Bereich des Laserschattens auf die Werkstoffschicht gerichtet werden, derart, dass er auch in diesem Bereich ungefähr senkrecht zur Werkstoffschicht auftrifft. In further advantageous embodiments of the device according to the invention, the laser device comprises at least one controllable and / or controllable optical system for deflecting and / or focusing its laser beam. As a result, there is, inter alia, the possibility that the laser beam can be directed not only in the direction of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device, but also directly on the material layer. Thus, advantageously, the laser beam can be directed directly into the region of the laser shadow on the material layer, such that it also impinges in this area approximately perpendicular to the material layer.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens ein optisches System, wobei das optische System mit einer Auswerteeinrichtung gekoppelt ist und die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass anhand wenigstens einer bildgebenden Aufnahme mittels des optischen Systems eine Oberflächengüte der zugeordneten Objektschicht und/oder eine Fehlstelle in der zugeordneten Objektsschicht ermittelt wird. Insbesondere kann es sich bei dem optischen System um ein optisches Thermografiesystem handeln. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit bereits während der Herstellung des dreidimensionalen Objekts mögliche Mängel in der Oberflächengüte der Objektschicht und/oder Fehlstellen in der Objektschicht zu erkennen. Mögliche Fehlstellen können dann vor dem Auftrag einer weiteren Werkstoffschicht mittels einer weiteren Laserbehandlung repariert werden. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese mindestens eine Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Lasereinrichtung, zur Steuerung und/oder Regelung der Lage des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und/oder der Lasereinrichtung relativ zur Werkstoffschicht und/oder zur Steue- rung und/oder Regelung der Vielzahl einzelner Spiegelelemente des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung auf. Vorteilhafterweise kann somit zum Beispiel mittels einer einzelnen Steuervorrichtung die Lage und Position der Lasereinrichtung relativ zum Parabolspiegel oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung sowie die Ausrichtung und die Energiemenge des Laserstrahls koordiniert und durchgeführt werden. In further advantageous embodiments of the device according to the invention, this comprises at least one optical system, wherein the optical system is coupled to an evaluation and the evaluation is designed such that based on at least one imaging by means of the optical system, a surface quality of the associated object layer and / or a defect is determined in the associated object layer. In particular, the optical system may be an optical thermography system. This advantageously results in the possibility of recognizing possible defects in the surface quality of the object layer and / or defects in the object layer already during the production of the three-dimensional object. Possible defects can then be repaired before applying a further material layer by means of a further laser treatment. In further advantageous embodiments of the device according to the invention, the latter has at least one control device for controlling and / or regulating the laser device, for controlling and / or regulating the position of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and / or the laser device relative to the material layer and / or the control device. tion and / or regulation of the plurality of individual mirror elements of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device. Advantageously, thus, for example by means of a single control device, the position and position of the laser device relative to the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and the orientation and the amount of energy of the laser beam can be coordinated and performed.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: a) Schichtweises Auftragen von mindestens einem Werkstoff auf mindestens eine in- nerhalb eines Bauraums angeordnete Bauplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone; b) schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Vereintem des Werkstoffs durch Zufuhren von Energie mittels wenigstens eines Laserstrahls im Bereich der Aufbau- und Fügezone zum Ausbilden einer Schicht des Objekts; c) schichtweises Absenken der Bauplattform um eine vordefinierte Schichtdicke: und d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis zur Fertigstellung des Ob- jekts. Dabei wird für das schichtweise und lokale Verschmelzen und/oder Vereintem des Werkstoffs der Laserstrahl mittels einer Lasereinrichtung erzeugt, wobei die Lasereinrichtung zwischen einem Parabolspiegel oder einer parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und der Werkstoffschicht angeordnet ist, derart, dass der erzeugte Laserstrahl über eine Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung auf der Werkstoffschicht auftrifft. Damit wird erfindungsgemäß erreicht, dass mittels des über der Lasereinrichtung angeordneten Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung der von der Lasereinrichtung erzeugte Laserstrahl in nahezu alle Bereiche der Werkstoffschicht innerhalb des Bauraums mit vordefinierten Einstrahlwinkeln eingeleitet werden kann. Ohne großen konstruktiven Aufwand wird eine Vielzahl an zusätzlichen Freiheitsgraden und damit ver- besserte Einstellmöglichkeiten für den Weg des Laserstrahls zur Erzielung einer verbesserten Qualität des herzustellenden dreidimensionalen Objekts oder einer Reparatur des dreidimensionalen Objekts bereitgestellt. A second aspect of the invention relates to a method for producing or repairing a three-dimensional object, wherein the method according to the invention comprises at least the following steps: a) layer-wise application of at least one material to at least one construction platform arranged within a construction space in the region of a build-up and joining zone ; b) layer-by-layer and local fusion and / or merging of the material by supplying energy by means of at least one laser beam in the region of the assembly and joining zone to form a layer of the object; c) layer-by-layer lowering of the build platform by a predefined layer thickness: and d) repeating steps a) to c) until completion of the object. In this case, the laser beam is generated by a laser device for the layered and local fusing and / or United of the material, wherein the laser device between a parabolic mirror or a parabolspiegelartig device and the material layer is arranged, such that the laser beam generated by a beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device impinges on the material layer. Thus, according to the invention, it is achieved that by means of the parabolic mirror arranged above the laser device or the device constructed like a parabolic mirror, the laser beam generated by the laser device can be introduced into virtually all regions of the material layer within the construction space with predefined angles of incidence. Without great constructive effort, a large number of additional degrees of freedom and thus improved adjustment possibilities for the path of the laser beam are provided for achieving an improved quality of the three-dimensional object to be produced or a repair of the three-dimensional object.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei die Laserein- richtung innerhalb des Bauraums zumindest zeitweise in einem Brennpunkt des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung angeordnet wird, derart, dass der von der Lasereinrichtung erzeugte Laserstrahl über eine Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung ungefähr senkrecht zu der Werkstoffschicht auf dieser auftrifft. Vorteilhafterweise kann der Laserstrahl erfindungsgemäß derart abgelenkt werden, dass er in nahezu allen Bereichen der Werkstoffschicht ungefähr senkrecht auftrifft. Dies trägt zu einer deutlich verbesserten Qualität des herzustellenden oder zu reparierenden dreidimensionalen Objekts bei. Dabei wird unter dem Begriff„ungefähr senkrecht" verstanden, dass der Laserstrahl in einem Winkel von 90° +/- 5° auf die Werkstoffschicht auftrifft. Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Bauraum handelt es sich üblicherweise um eine Prozesskammer zur Durchführung des generativen Herstellungs- oder Reparaturverfahrens. Bei dem herzustellenden oder zu reparierenden dreidimensionalen Objekt kann es sich um ein Bauteil oder einen Bauteilbereich eines Flugtriebwerks, insbesondere eines Verdichters oder einer Turbine handeln. Der verwendete Werkstoff kann pulverförmig, flüssig oder pastös ausgebildet sein und besteht üblicherweise aus Metall, einer Metalllegierung, Keramik oder Kunststoff oder einer Mischung daraus. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the laser device can be arranged within the installation space at least temporarily in a focal point of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device, such that the laser beam generated by the laser device via a beam deflection by means of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like Device approximately perpendicular to the material layer impinges on this. Advantageously, the laser beam according to the invention can be deflected such that it impinges approximately perpendicularly in almost all regions of the material layer. This contributes to a significantly improved quality of the three-dimensional object to be produced or repaired. In this case, the term "approximately perpendicular" means that the laser beam impinges on the material layer at an angle of 90 ° +/- 5 ° The installation space described above is usually a process chamber for carrying out the generative manufacturing process The three-dimensional object to be manufactured or repaired may be a component or a component region of an aircraft engine, in particular a compressor or a turbine The material used may be powdery, liquid or pasty and usually consists of metal, a metal alloy, Ceramic or plastic or a mixture thereof.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laser- strahl über mindestens ein steuerbares und/oder regelbares optisches System der Lasereinrichtung abgelenkt und/oder fokussiert. Damit ist eine exakte Ausrichtung des Laserstrahls in Richtung des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung beziehungsweise der Innenseite des Parabolspiegels oder der Innenseite oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung aber auch eine direkte Ausrichtung und Fokussierung des Laserstrahls auf einen Be- reich der Werkstoffschicht, die sich unterhalb der Lasereinrichtung und damit in einem Bereich eines Laserschattens befindet, möglich. Insbesondere kann der Laserstrahl derart ausgerichtet werden, dass er ungefähr senkrecht auf den Bereich des Laserschattens auf der Werkstoffschicht auftrifft. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Parabolspiegel oder die parabolspiegelartig ausgebildete Vorrichtung und/oder die Lasereinrichtung während der Herstellung oder Reparatur des dreidimensionalen Objekts relativ zueinander und/oder relativ zur Werkstoffschicht bewegt, derart, dass die Lasereinrichtung zumindest zeitweise nicht mehr im Brennpunkt des Parabolspiegels oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung liegt. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise eine alternative Möglichkeit zur Belichtung beziehungsweise Bestrahlung des sich im Laserschatten befindlichen Bereichs der Werkstoffschicht. Wie im Vorhergehenden bereits beschrieben, kann dabei in Kauf genommen werden, dass der Laserstrahl in diesen Fällen nicht ganz senkrecht auf die Werkstoffschicht auftrifft. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels mindestens einem optischen System wenigstens eine bildgebende Aufnahme für mehrere und/oder jede Objektschicht des herzustellenden dreidimensionalen Objekts erzeugt. Dabei kann anhand der wenigstens einen bildgebenden Aufnahme eine Oberflächengüte der zugeordneten Objektschicht und/oder eine Fehlstelle in der zugeordneten Objektschicht ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet somit, dass bereits während des Herstellungs- oder Reparaturprozesses des dreidimensionalen Objekts die Oberflächengüte der einzelnen Objektschichten und/oder Fehlstellen noch vor dem Auftrag einer weiteren Werkstoffschicht ermittelt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, dass anhand der wenigstens einen bildgebenden Aufnahme in Abhängigkeit der ermittelten Topographie beziehungsweise Morphologie der Objektschicht eine zusätzliche Energiezuführung über den wenigstens einen Laserstrahl zur Verbesserung der Oberflächengüte der Objektschicht und/oder zur Reparatur der Fehlstelle in der Objektschicht gesteuert wird. Dabei kann der Laserstrahl auch über ein Bewegen des Parabolspiegels oder der para- bolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und/oder der Lasereinrichtung relativ zur Objektschicht gesteuert werden. So ist es möglich, die entsprechende Fehlstelle beispielsweise mit Laserstrahlen zu belichten, die mit variierenden Winkeln auf dem entsprechenden Bereich der Objektschicht auftreffen, um die aufgefundene Fehlstelle zu reparieren. Die sich aus der Verwendung der Vorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ergebenden Merkmale und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the laser beam is deflected and / or focused via at least one controllable and / or controllable optical system of the laser device. However, an exact alignment of the laser beam in the direction of the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device or the inside of the parabolic mirror or the inside or the parabolspiegelartig designed device but also direct alignment and focusing of the laser beam on a portion of the material layer, which is below the Laser device and thus located in a range of a laser shadow possible. In particular, the laser beam can be aligned such that it impinges approximately perpendicular to the region of the laser shadow on the material layer. In further advantageous embodiments of the method according to the invention, the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and / or the laser device during the manufacture or repair of the three-dimensional object relative to each other and / or moved relative to the material layer, such that the laser device at least temporarily no longer at the focal point of Parabolic or the parabolic mirror-like device is located. This advantageously results in an alternative possibility for exposure or irradiation of the region of the material layer located in the laser shadow. As already described above, it can be accepted that the laser beam in these cases does not impinge quite perpendicular to the material layer. In further advantageous embodiments of the method according to the invention, at least one imaging device for a plurality of and / or each object layer of the three-dimensional object to be produced is generated by means of at least one optical system. In this case, based on the at least one imaging image, a surface quality of the associated object layer and / or a defect in the associated object layer can be determined. The method according to the invention thus ensures that the surface quality of the individual object layers and / or defects is determined even before the application of a further material layer during the manufacturing or repair process of the three-dimensional object. In addition, there is the possibility that an additional energy supply via the at least one laser beam to improve the surface quality of the object layer and / or to repair the defect in the object layer is controlled based on the at least one imaging depending on the determined topography or morphology of the object layer. In this case, the laser beam can also be controlled by moving the parabolic mirror or the parabolic mirror-like device and / or the laser device relative to the object layer. Thus, it is possible to expose the corresponding defect, for example, with laser beams which impinge at varying angles on the corresponding region of the object layer in order to repair the defect found. The features and advantages resulting from the use of the device according to the first aspect of the invention can be taken from the descriptions of the first aspect of the invention, advantageous embodiments of the first aspect of the invention being regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa. Further features of the invention will become apparent from the claims, the embodiment and the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiment can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention.
Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts. Die Figur zeigt eine schematisch dargestellte Vorrichtung 10 zur generativen Herstellung oder generativen Reparatur eines dreidimensionalen Objekts 36. Bei dem dreidimensionalen Objekt 36 kann es sich beispielhaft um ein Bauteil einer Strömungsmaschine handeln. Insbesondere kann es sich dabei um ein Bauteil einer Turbine oder eines Verdichters eines Flugtriebwerks handeln. Die Vorrichtung 10 weist dabei einen Beschichter (nicht dargestellt) zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs 16 auf zumindest eine Aufbau- und Fügezone 38 einer absenkbaren Bauplattform 14 auf. Der Beschichter ist mittels einer Verfahreinheit (nicht dargestellt) innerhalb eines Bauraums 12 der Vorrichtung 10 verfahrbar. Die Bewegung des Beschichters erfolgt dabei über und entlang der Bauplattform 14 beziehungsweise der Aufbau- und Fügezone 38, so dass ein gleichmäßiger und schichtweiser Auftrag des pul verförmigen Werkstoffs 16 als Werkstoffschicht 22 auf die Bauplattform 14 möglich ist. Der Werkstoff 16 ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel pulverformig ausgebildet. Insbesondere handelt es sich um ein Pulver aus Metall oder einer Metalllegierung. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass in anderen Ausfuhrungsbeispielen weitere Werkstoffe wie zum Beispiel Keramik oder Kunststoff oder eine Mischung aus Metall, Metalllegierung, Keramik oder Kunststoff verwendet wird. Zudem besteht die Möglichkeit, dass der Werkstoff nicht nur pulverformig, sondern auch pastös oder flüssig aufgebildet sein kann. Gegebenenfalls werden bei Verwendung derartiger Bauteilwerkstoffe andere Auftragsverfahren mittels des Beschichters angewandt. Die Vorrichtung 10 umfasst des Weiteren mindestens eine Lasereinrichtung 18 zum Erzeugen wenigstens eines Laserstrahls 20, 32, 40, 46 mittels welchem die Pulverschicht 22 im Bereich der Aufbau- und Fügezone 38 lokal unter Ausbildung eines Schmelzbades zu einer Objekt- oder Bauteilschicht verschmelzbar und/oder versinterbar ist. Man erkennt, dass die Lasereinrichtung 18 innerhalb des Bauraums 12 zumindest zeitweise im Brennpunkt 26 eines über dem Bauraum 12 angeordneten Parabolspiegels 24 angeordnet sein kann, derart, dass der von der Lasereinrichtung 18 erzeugte Laserstrahl 20 über eine Strahlablenkung an der Innenseite des Parabolspiegels 24 ungefähr senkrecht zu der Werkstoffschicht 22 auf dieser auftrifft. Man erkennt, dass die von der Lasereinrichtung 18 ausgehenden Laserstrahlen 20 auf die Innenseite des Parabolspiegels 24 gerichtet sind. An dieser werden die Laserstrahlen 20 abgelenkt beziehungsweise reflektiert, sodass sie ungefähr senkrecht auf der Werkstoffschicht 22 auftreffen. Die konkave Öffnung des Parabolspiegels 24 zeigt in Richtung des Werkstoffs 16 bzw. der Bauplattform 14. Zwischen dem Parabolspiegel 24 und dem Werkstoff 16 bzw. der Bauplattform 14 ist die Lasereinrichtung 18 angeordnet. The figure shows a schematic representation of a device according to the invention for the manufacture or repair of a three-dimensional object. The FIGURE shows a schematically illustrated device 10 for the generative production or generative repair of a three-dimensional object 36. The three-dimensional object 36 can be, for example, a component of a turbomachine. In particular, it may be a component of a turbine or a compressor of an aircraft engine. In this case, the device 10 has a coater (not shown) for applying at least one powder layer of a material 16 to at least one assembly and joining zone 38 of a lowerable building platform 14. The coater can be moved by means of a moving unit (not shown) within a construction space 12 of the device 10. The movement of the coater is carried out over and along the build platform 14 and the assembly and joining zone 38, so that a uniform and layered order of the pul deformed material 16 as a material layer 22 on the build platform 14 is possible. The material 16 is formed pulverformig in the described embodiment. In particular, it is a powder of metal or a metal alloy. But it is also possible that other materials such as ceramic or plastic or a mixture of metal, metal alloy, ceramic or plastic is used in other exemplary embodiments. In addition, there is the possibility that the material may not only be powdered, but also pasty or liquid. Optionally, other application methods by means of the coater are used when using such component materials. The apparatus 10 furthermore comprises at least one laser device 18 for generating at least one laser beam 20, 32, 40, 46 by means of which the powder layer 22 in the region of the assembly and joining zone 38 can be fused locally and / or to form a molten bath to form an object or component layer is sinterable. It can be seen that the laser device 18 can be arranged within the installation space 12 at least temporarily in the focal point 26 of a parabolic mirror 24 arranged above the installation space 12, such that the laser beam 20 generated by the laser device 18 is approximately perpendicular via a beam deflection on the inside of the parabolic mirror 24 impinges on the material layer 22 on this. It can be seen that the laser beams 20 emanating from the laser device 18 are directed towards the inside of the parabolic mirror 24. At this laser beams 20 are deflected or reflected, so that they impinge approximately perpendicular to the material layer 22. The concave opening of the parabolic mirror 24 points in the direction of the material 16 or the building platform 14. Between the parabolic mirror 24 and the material 16 and the construction platform 14, the laser device 18 is arranged.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Möglichkeit des Betreibens der Vor- richtung 10 schematisch dargestellt. So kann der Abstand zwischen der sich ursprünglich im Brennpunkt 26 des Parabolspiegels 24 befindlichen Lasereinrichtung 18 und dem Parabolspiegel 24 beziehungsweise dessen Innenseite 42 durch eine Bewegung des Parabolspiegels 24 und/oder der Lasereinrichtung 18 entlang einer Mittelachse 34 zueinander vergrößert werden. Die Lasereinrichtung 18 würde in diesem zweiten Anwendungsfall sich nicht mehr im Brennpunkt 26 son- dem in einer davon beabstandeten Position 30 oder einer ebenfalls davon beabstandeten Position 44 befinden. Da sich die Lasereinrichtung 18 nicht mehr im Brennpunkt 26 des Parabolspiegels 24 befindet, wird ein entsprechend von der Lasereinrichtung 18 erzeugter und in Richtung des Parabolspiegels 24 gerichteter Laserstrahl 32 bzw. 46 derart von der Innenseite des Parabolspiegels 24 abgelenkt beziehungsweise reflektiert, dass er in einem Winkel unterschiedlich zur Senk- rechten auf der Werkstoffschicht 22 auftrifft. Dies kann aber in Kauf genommen werden, da somit Bereiche, die sich in einem Bereich des durch die Lasereinrichtung 18 entstehenden Laserschattens 28 auf der Werkstoffschicht 22 befinden, dennoch bestrahlt werden können. Die Lasereinrichtung 18 kann auch senkrecht oder in einem anderen Winkel relativ zur Mittelachse 34 bewegt werden. In the illustrated embodiment, another way of operating the device 10 is shown schematically. Thus, the distance between the laser device 18 originally located at the focal point 26 of the parabolic mirror 24 and the parabolic mirror 24 or its inside 42 can be increased by a movement of the parabolic mirror 24 and / or the laser device 18 along a central axis 34. In this second application, the laser device 18 would no longer be located in the focal point 26 but in a position 30 spaced therefrom or in a position 44 likewise spaced therefrom. Since the laser device 18 is no longer located in the focal point 26 of the parabolic mirror 24, a corresponding generated by the laser device 18 and directed in the direction of the parabolic mirror 24 laser beam 32 and 46 is deflected or reflected from the inside of the parabolic mirror 24 that he in a Angle different from the vertical right on the material layer 22 impinges. However, this can be accepted, since areas that are located on the material layer 22 in a region of the laser shadow 18 produced by the laser device 18 can nevertheless be irradiated. The laser device 18 can also be moved vertically or at a different angle relative to the central axis 34.
Es ist aber auch möglich, dass gemäß einem weiteren Anwendungsfall die Lasereinrichtung 18 einen Laserstrahl 40 erzeugt, der direkt auf die Werkstoffschicht 22, das heißt ohne Ablenkung durch den Parabolspiegel 24, gerichtet wird. But it is also possible that, according to another application, the laser device 18 generates a laser beam 40 which is directed directly to the material layer 22, that is, without deflection by the parabolic mirror 24.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Vorrichtung 10 device
12 Bauraum  12 space
14 Bauplattform  14 construction platform
16 Werkstoff  16 material
18 Lasereinrichtung  18 laser device
20 Laserstrahl  20 laser beam
22 Werkstoffschicht 22 material layer
24 Parabolspiegel 24 parabolic mirrors
26 Brennpunkt  26 focal point
28 Laserschattenbereich 28 laser shadow area
30 Position Lasereinrichtung30 position laser device
32 Laserstrahl 32 laser beam
34 Mittelachse  34 central axis
36 Objekt  36 object
38 Aufbau- und Fügezone 38 Assembly and joining zone
40 Laserstrahl 40 laser beam
42 Innenseite  42 inside
44 Position Lasereinrichtung 44 position laser device
46 Laserstrahl 46 laser beam

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (10) zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts (36) umfassend: A device (10) for manufacturing or repairing a three-dimensional object (36) comprising:
- mindestens einen Bauraum (12) für ein schichtweises, aufeinanderfolgendes Verfestigen mindestens eines verfestigbaren Werkstoffs (16) in vordefinierten Bereichen zum schichtweisen Aufbau des dreidimensionalen Objekts (36) oder zur schichtweisen Reparatur einzelner Bereiche des dreidimensionalen Objekts (36) innerhalb des Bauraums (12); und  at least one installation space (12) for a layered, successive solidification of at least one solidifiable material (16) in predefined areas for the layered construction of the three-dimensional object (36) or for the layered repair of individual areas of the three-dimensional object (36) within the construction space (12) ; and
eine Lasereinrichtung (18) zum Erzeugen wenigstens eines Laserstrahls (20, 32, 40) mittels welchem eine Werkstoffschicht (22) lokal zu einer Objektschicht verschmelzbar und/oder versinterbar ist,  a laser device (18) for generating at least one laser beam (20, 32, 40) by means of which a material layer (22) can be fused and / or sintered locally to form an object layer,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
inner- oder überhalb des Bauraums (12) mindestens ein Parabolspiegel (24) oder mindestens eine parabolspiegelartige ausgebildete Vorrichtung angeordnet ist, wobei eine Innenseite (42) des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung konkav zu der Werkstoffschicht (22) ausgerichtet ist und die Lasereinrichtung (18) zwischen dem Parabolspiegel (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und der Werkstoffschicht (22) angeordnet ist, derart, dass der erzeugte Laserstrahl (20, 32, 46) über eine Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung auf der Werkstoffschicht (22) auftrifft.  inside or above the installation space (12) at least one parabolic mirror (24) or at least one parabolspiegelartige formed device is arranged, wherein an inner side (42) of the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device is aligned concave to the material layer (22) and the laser device (18) is arranged between the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device and the material layer (22), such that the generated laser beam (20, 32, 46) via a beam deflection by means of the parabolic mirror (24) or the parabolspiegelspiegelartig trained device on the material layer (22) impinges.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , 2. Device (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Lasereinrichtung (18) zumindest zeitweise im Brennpunkt (26) des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung angeordnet ist, derart, dass der von der Lasereinrichtung (18) erzeugte Laserstrahl (20) über die Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung ungefähr senkrecht zu der Werkstoffschicht (22) auf dieser auftrifft.  the laser device (18) is arranged at least temporarily in the focal point (26) of the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror device, such that the laser beam (20) generated by the laser device (18) is deflected by the parabolic mirror (24) or the parabolspiegelartig formed device approximately perpendicular to the material layer (22) impinges on this.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Device (10) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Parabolspiegel (24) oder die parabolspiegelartig ausgebildete Vorrichtung und/oder die Lasereinrichtung (18) relativ zueinander und/oder relativ zur Werkstoffschicht (22) beweglich ausgebildet sind. characterized in that the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device and / or the laser device (18) are designed to be movable relative to one another and / or relative to the material layer (22).
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Parabolspiegel (24) oder die parabolspiegelartig ausgebildete Vorrichtung aus einer Vielzahl einzelner Spiegelelemente besteht, wobei die Spiegelelemente einzeln ansteuerbar und ausrichtbar sind. the parabolic mirror (24) or the parabolspiegelartig formed device consists of a plurality of individual mirror elements, wherein the mirror elements are individually controlled and aligned.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Lasereinrichtung (18) mindestens ein steuerbares und/oder regelbares optisches System zum Ablenken und/oder Fokussieren ihres Laserstrahls (20, 32, 40, 46) umfasst. the laser device (18) comprises at least one controllable and / or controllable optical system for deflecting and / or focusing its laser beam (20, 32, 40, 46).
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Vorrichtung (10) mindestens ein optisches System umfasst, wobei das optische System mit einer Auswerteeinrichtung gekoppelt ist und die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass anhand wenigstens einer bildgebenden Aufnahme mittels des optischen Systems eine Oberflächengüte der zugeordneten Objektschicht und/oder eine Fehlstelle in der zugeordneten Objektschicht ermittelt wird. the device (10) comprises at least one optical system, wherein the optical system is coupled to an evaluation device and the evaluation device is designed such that based on at least one imaging by means of the optical system, a surface quality of the associated object layer and / or a defect in the associated Object layer is determined.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, Device (10) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das optische System ein optisches Thermografiesystem umfasst. the optical system comprises an optical thermography system.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Vorrichtung (10) mindestens eine Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Lasereinrichtung (18), zur Steuerung und/oder Regelung der Lage des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und/oder der Lasereinrichtung (18) relativ zur Werkstoffschicht (22) und/oder zur Steuerung und/oder Rege- lung der Vielzahl einzelner Spiegelelemente des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung umfasst. the device (10) at least one control device for controlling and / or regulating the laser device (18), for controlling and / or regulating the position of the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device and / or the laser device (18) relative to the material layer ( 22) and / or for the control and / or regulation Development of the plurality of individual mirror elements of the parabolic mirror (24) or the parabolspiegelartig formed device comprises.
9. Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts (36) zumindest folgende Schritte umfassend: 9. A method of manufacturing or repairing a three-dimensional object (36) comprising at least the following steps:
a) Schichtweises Auftragen von mindestens einem Werkstoff (16) auf mindestens eine innerhalb eines Bauraums (12) angeordneten Bauplattform (14) im Bereich einer Aufbau- und Fügezone (38);  a) layer-wise application of at least one material (16) on at least one within a construction space (12) arranged building platform (14) in the region of a build-up and joining zone (38);
b) Schichtweises und lokales Verschmelzen und/oder Vereintem des Werkstoffs (16) durch Zuführen von Energie mittels wenigstens eines Laserstrahls (20, 32, 40) im Bereich der Aufbau- und Fügezone (38) zum Ausbilden einer Schicht des Objekts (36);  b) layer-wise and local fusing and / or merging of the material (16) by supplying energy by means of at least one laser beam (20, 32, 40) in the region of the build-up and joining zone (38) to form a layer of the object (36);
c) Schichtweises Absenken der Bauplattform (14) um eine vordefinierte Schichtdicke; und  c) layer by layer lowering of the construction platform (14) by a predefined layer thickness; and
d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis zur Fertigstellung des Objekts (36), dadurch gekennzeichnet, dass  d) repeating steps a) to c) until the completion of the object (36), characterized in that
für das schichtweise und lokale Verschmelzen und/oder Vereintem des Werkstoffs (16) der Laserstrahl (20, 32, 46) mittels einer Lasereinrichtung (18) erzeugt wird, die zwischen einem Parabolspiegel (24) oder einer parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und der Werkstoffschicht (22) angeordnet ist, derart, dass der erzeugte Laserstrahl (20, 32, 46) über eine Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung auf der Werkstoffschicht (22) auftrifft.  for the layer-by-layer and local fusing and / or merging of the material (16), the laser beam (20, 32, 46) is produced by means of a laser device (18) arranged between a parabolic mirror (24) or a device constructed like a parabolic mirror and the material layer (22 ) is arranged, such that the generated laser beam (20, 32, 46) via a beam deflection by means of the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device on the material layer (22) impinges.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Lasereinrichtung (18) innerhalb des Bauraums (12) zumindest zeitweise in einem Brennpunkt (26) des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung angeordnet wird, derart, dass der von der Lasereinrichtung (18) erzeugte Laserstrahl (20) über eine Strahlablenkung mittels des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung ungefähr senkrecht zu der Werkstoffschicht (22) auf dieser auftrifft. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, the laser device (18) is arranged within the installation space (12) at least temporarily in a focal point (26) of the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device, such that the laser beam (20) generated by the laser device (18) is deflected by a beam by means of the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device approximately perpendicular to the material layer (22) impinges on this. Method according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das der Laserstrahl (20, 32, 40, 46) über mindestens ein steuerbares und/oder regelbares optisches System der Lasereinrichtung (18) und/oder des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung abgelenkt und/oder fokussiert wird und/oder über ein Bewegen des Parabolspiegels (24) oder der parabolspiegelartig ausgebildeten Vorrichtung und/oder der Lasereinrichtung (18) relativ zueinander und/oder relativ zur Objektschicht gesteuert wird. the laser beam (20, 32, 40, 46) is deflected and / or focused via at least one controllable and / or controllable optical system of the laser device (18) and / or the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device and / or via moving the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device and / or the laser device (18) relative to one another and / or relative to the object layer is controlled.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, Method according to one of claims 9 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Parabolspiegel (24) oder die parabolspiegelartig ausgebildete Vorrichtung und/oder die Lasereinrichtung (18) während der Herstellung oder Reparatur des dreidimensionalen Objekts (36) relativ zueinander und/oder relativ zur Werkstoffschicht (22) bewegt werden. the parabolic mirror (24) or the parabolic mirror-like device and / or the laser device (18) during the manufacture or repair of the three-dimensional object (36) relative to each other and / or relative to the material layer (22) are moved.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, Method according to one of claims 9 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mittels mindestens einem optischen System wenigstens eine bildgebende Aufnahme für mehrere und/oder jede Objektschicht erzeugt wird. By means of at least one optical system at least one imaging image for a plurality of and / or each object layer is generated.
Verfahren nach Anspruch 13, Method according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
anhand der wenigstens einen bildgebenden Aufnahme eine Oberflächengüte der zugeordneten Objektschicht und/oder eine Fehlstelle in der zugeordneten Objektschicht ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 14, Based on the at least one imaging image, a surface quality of the associated object layer and / or a defect in the associated object layer is determined. Method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
anhand der wenigstens einen bildgebenden Aufnahme in Abhängigkeit der ermittelten Topographie bzw. Morphologie der Objektschicht eine zusätzliche Energiezufuhrung über den wenigstens einen Laserstrahl (20, 32, 40, 46) zur Verbesserung der Oberflächengüte der Objektschicht und/oder zur Reparatur der Fehlstelle in der Objektschicht gesteuert wird. controlled by the at least one imaging recording depending on the determined topography or morphology of the object layer, an additional energy supply via the at least one laser beam (20, 32, 40, 46) for improving the surface quality of the object layer and / or repair of the defect in the object layer becomes.
PCT/DE2016/000314 2015-08-20 2016-08-11 Device and method for producing or repairing a three-dimensional object by means of a parabolic mirror WO2017028834A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015215853.5 2015-08-20
DE102015215853.5A DE102015215853A1 (en) 2015-08-20 2015-08-20 Device and method for producing or repairing a three-dimensional object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017028834A1 true WO2017028834A1 (en) 2017-02-23

Family

ID=57112993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2016/000314 WO2017028834A1 (en) 2015-08-20 2016-08-11 Device and method for producing or repairing a three-dimensional object by means of a parabolic mirror

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015215853A1 (en)
WO (1) WO2017028834A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3096296B1 (en) * 2019-05-23 2023-11-24 Inst De Rech Tech Jules Verne Additive manufacturing process

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6756561B2 (en) * 1999-09-30 2004-06-29 National Research Council Of Canada Laser consolidation apparatus for manufacturing precise structures
US20110061591A1 (en) * 2009-09-17 2011-03-17 Sciaky, Inc. Electron beam layer manufacturing
DE102009051479A1 (en) 2009-10-30 2011-05-05 Mtu Aero Engines Gmbh Method and device for producing a component of a turbomachine
US20110122381A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 Kevin Hickerson Imaging Assembly
WO2014094882A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 European Space Agency Additive manufacturing method using focused light heating source

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014212246B3 (en) * 2014-06-26 2015-08-06 MTU Aero Engines AG Method and device for quality assurance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6756561B2 (en) * 1999-09-30 2004-06-29 National Research Council Of Canada Laser consolidation apparatus for manufacturing precise structures
US20110061591A1 (en) * 2009-09-17 2011-03-17 Sciaky, Inc. Electron beam layer manufacturing
DE102009051479A1 (en) 2009-10-30 2011-05-05 Mtu Aero Engines Gmbh Method and device for producing a component of a turbomachine
US20110122381A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 Kevin Hickerson Imaging Assembly
WO2014094882A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 European Space Agency Additive manufacturing method using focused light heating source

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015215853A1 (en) 2017-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2857139B1 (en) Device for laser processing materials with a laser head movable along a space direction
EP2335848B1 (en) Optical irradiation unit for an assembly for producing workpieces by means of irradiating powder layers with laser radiation
EP1993812B1 (en) Method and device for the production of a three-dimensional object
DE102014108061A1 (en) Device and method for the generative production of at least one component region of a component
EP3160669A1 (en) Rapid manufacturing method and device for the same comprising oppositely-directed protective gas streams parallel to the powder layer
EP3242762A1 (en) Device and generative layer-building process for producing a three-dimensional object by multiple beams
EP2913124A2 (en) Production of residual compressive stresses in generative production
WO2014154879A1 (en) Method and device for producing a three-dimensional object
DE102014108081A1 (en) Device and method for the generative production of at least one component region of a component
EP2544840A1 (en) Method and device for producing a component
DE102009051551A1 (en) Method and device for producing a component of a turbomachine
DE102014214943A1 (en) Device and method for the generative production of at least one component region of a component
DE102010029078A1 (en) Producing an article by layer-wise structures made of powdered metallic or ceramic material, comprises individually preparing material powder layers subsequent to each other on a support, and location-selectively solidifying each layer
WO2016207123A1 (en) Apparatus for the additive manufacturing of at least one three-dimensional object
DE102013011675A1 (en) Method for additive component production with reduced thermal gradients
DE102015216402A1 (en) Device and method for producing or repairing a three-dimensional object
DE102016205437A1 (en) Device and method for producing or repairing a three-dimensional object
DE102010046467A1 (en) Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame
WO2012062253A2 (en) Device for producing, repairing, and/or replacing a component by means of a powder that can be solidified by energy radiation, and a method and a component produced according to the method
DE102016225616A1 (en) Device and method for the generative production of components
DE102020204003A1 (en) Process and device for additive manufacturing using powder-bed-based jet melting
WO2017028834A1 (en) Device and method for producing or repairing a three-dimensional object by means of a parabolic mirror
EP2857177A1 (en) Method for layered construction of a three-dimensional component and device for performing the method
WO2017001098A1 (en) Apparatus and method for powder-based laser build-up welding
EP2929962A1 (en) Method and device for improving material quality in generative production methods

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16778190

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WA Withdrawal of international application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016778190

Country of ref document: EP