WO2020173519A1 - Layering process and layering apparatus for the additive production of at least one component region of a component, and computer program product and storage medium - Google Patents

Layering process and layering apparatus for the additive production of at least one component region of a component, and computer program product and storage medium Download PDF

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WO2020173519A1
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Alexander Ladewig
Sebastian Rott
Katrin Friedberger
Steffen Schlothauer
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MTU Aero Engines AG
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Definitions

  • the invention relates to a layer construction method and a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component.
  • the invention further relates to a computer program product, a computer-readable storage medium and a component with at least one additively manufactured component area.
  • Additive layer construction processes describe processes in which geometric data are determined based on a virtual model of a component or component area to be manufactured, which is broken down into layer data (so-called "slicing"). Depending on the geometry of the model, an exposure or irradiation strategy is determined according to which the selective solidification of a material is to take place. In the layer construction process, the desired material is then deposited in layers and selectively scanned and solidified by means of the at least one energy beam in order to additively build up the desired component area. Various irradiation parameters such as the energy beam power and the exposure speed of an energy beam to be used for solidification are important for the resulting microstructure. The arrangement of so-called scan lines is also important.
  • the scan lines which can also be referred to as melting traces or exposure vectors, define the paths along which the at least one energy beam scans and melts the material and can generally run linearly or non-linearly.
  • additive or generative manufacturing processes differ from conventional abrasive or primary forming manufacturing methods.
  • additive manufacturing processes are generative laser sintering or laser melting processes, which can be used, for example, to manufacture components for turbomachines such as aircraft engines.
  • selective laser melting thin powder layers of the material or the materials used are applied to a building platform and melted and solidified locally with the aid of one or more laser beams in the area of a build-up and joining zone.
  • the construction platform is then lowered, another layer of powder applied and locally strengthened again. This cycle is repeated until the finished component or the finished component area is obtained.
  • the component can then be further processed if necessary or without further
  • Confirmation copy re processing steps are used.
  • the component is produced in a similar way by laser-assisted sintering of powdery materials.
  • the energy is supplied here, for example, by laser beams from a CC laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like.
  • Electron beam processes are also known in which the material is selectively scanned and solidified by one or more electron beams.
  • a disadvantage of the known layered construction method is the fact that components manufactured with them often have a comparatively high structural anisotropy, which can lead to different mechanical properties depending on the direction. This in turn can lead to reduced strengths and stiffnesses, which have to be taken into account and compensated for in the component design.
  • the object of the present invention is to improve a layer construction method and a layer construction device of the type mentioned at the outset in such a way that it is possible to manufacture components or component areas with more uniform mechanical properties in different spatial directions.
  • Further objects of the invention consist in specifying a computer program product and a computer-readable storage medium which enable a corresponding control of such a layer construction device.
  • a first aspect of the invention relates to a layered construction method for the additive manufacture of at least one component region of a component, in particular a component of a flow machine, comprising at least the following steps:
  • the at least one exposure parameter value can thus be set as a function of the reference false color values, whereby information from the optical tomography of the reference component area and additionally or alternatively the reference component can be used to determine the at least set an exposure parameter value.
  • zones of the reference component area or of the reference component that are produced during the additive manufacturing and heated to different degrees can be detected.
  • Optical tomography makes it possible, for example, to differentiate between warm and cold zones of the differently heated zones.
  • the intensity maxima can characterize the warmest zones. Accordingly, an uppermost intensity maximum of the intensity maxima can characterize the warmest zone.
  • the invention is based on the knowledge that the warm and cold zones can also be assigned different reference structural structures, that is to say, structural structures of the reference component area and additionally or alternatively of the reference component.
  • a warm zone can arise, for example, through longer exposure to energy beams, which can for example take place through laser irradiation, whereas a In comparison, the cold zone can arise due to a correspondingly shorter application of the energy beam.
  • the duration of the application of the energy beam can, however, have a decisive influence on the reference microstructure, so that larger material grains and greater structural anisotropy can occur with longer exposure to the energy beam (and correspondingly warm zone) than with shorter exposure to the energy beam (cold zone).
  • information about the respective reference microstructure dependent on the corresponding zones can also flow into the setting of the at least one exposure parameter value of the energy beam via the reference false color values.
  • This makes it possible, for example, to avoid larger temperature differences caused by the energy beam at mutually different points in the component area, which means that, for example, differences in structure anisotropy between the various points can be kept low and the component area can accordingly be created with more uniform mechanical properties in different spatial directions, as, for example, the reference component area.
  • the reference false color values can be designed as reference gray values, for example.
  • the reference false color values can be used to identify, for example, respective defects and thus defective structural areas of the reference component area and additionally or alternatively of the reference component. These defects (defective structural areas) can be present in several layers of the reference component area or the reference component and can be detected on the basis of the reference false color values.
  • the present layer construction method by setting the at least one exposure parameter value as a function of the reference monitoring data set, it can be avoided that the respective defects occurring in the reference component area or reference component also occur in the component area or the component. This also contributes in an advantageous manner to the design of the component area or the component with more uniform mechanical properties in different spatial directions compared to the reference component area or the reference component.
  • the at least one reference monitoring data set characterizes a reference structural structure distribution at least in the reference component area and at least one reference exposure parameter value assigned to the reference structural structure distribution.
  • the reference exposure parameter value can correspond, for example, to a reference energy input into the reference component area as a result of the application of an energy beam or an energy beam output, that is to say an energy beam output.
  • the reference exposure parameter value can correspond, for example, to a reference energy input into the reference component area as a result of the application of an energy beam or an energy beam output, that is to say an energy beam output.
  • At least one correction value is determined by which the at least one exposure parameter value is set differently from the at least one reference exposure parameter value, whereby at least the component area with a structure distribution is provided which has a lower defect density and / or a lower number of defects than the reference structure distribution.
  • the exposure parameter value can differ from the reference exposure parameter value by the correction value.
  • an energy input of the at least one energy beam is set as the at least one exposure parameter value. This is advantageous because by adjusting the energy input a particularly direct influencing of a microstructure in the component layer and thus in the component area of the component can take place.
  • the energy input can have the unit J / mm 3 and thus indicate an input of energy per unit volume.
  • a monitoring data set based on optical tomography of at least the component layer is created, which is compared with the reference monitoring data set to monitor the additive manufacturing of at least the component area.
  • the monitoring data set can include false color values recorded by optical tomography during the additive manufacturing of at least the component area. The monitoring can take place in that the false color values are compared with the reference false color values. This makes it possible to recognize if, for example, one of the false color values deviates by an impermissibly large amount from a corresponding reference false color value, which can indicate the presence of pores, cracks or other defects.
  • the false color values can be embodied as gray values, for example.
  • respective defects and thus defective structural areas of the component area and additionally or alternatively of the component can be recognized at an early stage.
  • These defects (defective structural areas) can be present in several component layers of the component area or the component and can be recognized on the basis of the false color values, in particular by comparing the false color values with the reference false color values.
  • a preferred, layer-by-layer comparison of the false color values with the reference false color values advantageously enables a particularly early and particularly precise assessment of whether, for example, rejects are produced during the manufacture of the component area or the component.
  • a layer-by-layer change in the at least one exposure parameter value can be made take place so that the exposure parameter value is set differently, so to speak, in different component layers of the component area.
  • a laser beam is used as the energy beam in step c). This is advantageous since the laser beam enables particularly targeted local solidification of the material.
  • At least one material from the group of steel, aluminum alloys, titanium alloys, cobalt-based alloys, chrome-based alloys, nickel-based alloys, copper alloys, intermetallic alloys or any mixture thereof is used as the material.
  • the material can in principle also be a plastic such as ABS, PLA, PETG, nylon, PET, PTFE or the like, components or component areas with higher mechanical, thermal and chemical loading can generally be used with the help of metallic and / or intermetallic materials to be established.
  • the material can contain elements from the iron, titanium, nickel, chromium, cobalt, copper, aluminum or titanium group.
  • the material can be an alloy from the group consisting of steel, aluminum alloy, titanium alloy, cobalt alloy, chromium alloy, nickel-based alloy or copper alloys.
  • the material can be a high temperature-resistant nickel-based alloy such as Mar M-247, Inconel 718 (IN718), Inconel 738 (IN738), Waspaloy or C263.
  • Intermetallic alloys such as Mg2Si and titanium aluminides can also be provided.
  • a second aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method, comprising:
  • At least one powder feed for applying at least one powder layer of a material to at least one build-up and joining zone of at least one movable
  • Build platform At least one radiation source for generating at least one energy beam for layer-by-layer and local solidification of the material by selective scanning and melting of the material along scan lines; and
  • control device which is designed to:
  • the control device is set up to control the radiation source and thereby set at least one exposure parameter value of the energy beam as a function of at least one reference monitoring data set, the at least one reference monitoring data set being based on at least one reference component area by optical tomography of a reference component is based on reference false color values detected during its additive production and characterizes local intensity maxima of the reference false color values, the control device being set up to set the at least one exposure parameter value of the energy beam as a function of at least one of the local intensity maxima.
  • the layer construction device can for example comprise a camera, in particular a thermal imaging camera, by means of which the reference false color values of the reference component region of the reference component can be recorded.
  • the layer construction device is designed as a selective laser sintering and / or melting device.
  • component areas and complete components can be produced whose mechanical properties are at least essentially direction-independent.
  • CO2 lasers, Nd: YAG lasers, Yb fiber lasers, diode lasers or the like can be provided to generate a laser beam as the energy beam. It can also be provided that two or more electron and / or laser beams are used as the respective energy beams.
  • a third aspect of the invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when the computer program product is executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to execute the layer construction method according to the first aspect of the invention.
  • a fourth aspect of the invention relates to a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to carry out the layer construction method according to the first aspect of the invention.
  • a computer-usable or computer-readable medium can be any device that can contain, store, communicate, disseminate, or transport the computer program product for use by or in connection with the instruction execution system or layered device.
  • the medium can be an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared or semiconductor system or a propagation medium per se, since signal carriers are not included in the definition of the physical, computer-readable medium.
  • Solid-state or solid-state memory include solid-state or solid-state memory, magnetic tape, a removable computer disk, direct access memory (RAM), read-only memory (ROM), rigid magnetic disk, and an optical disk such as read-only memory (CD-ROM, DVD, Blue-Ray etc.), or a writable optical disc (CD-R, DVD-R).
  • RAM direct access memory
  • ROM read-only memory
  • rigid magnetic disk and an optical disk such as read-only memory (CD-ROM, DVD, Blue-Ray etc.), or a writable optical disc (CD-R, DVD-R).
  • CD-ROM read-only memory
  • DVD-R writable optical disc
  • Processors as well as program code for implementing the various aspects of the invention can be centralized or distributed (or a combination thereof).
  • a fifth aspect of the invention relates to a component, in particular a turbine component of a turbomachine, comprising at least one component area which is produced by means of a layer construction device according to the second aspect of the invention and / or by means of a layer construction method according to the first aspect of the invention.
  • the component according to the invention has a highly uniform and at least essentially direction-independent joint structure, which leads to a significantly higher resistance to cyclic loads as well leads to significantly increased strength and stiffness values.
  • the features resulting therefrom and their advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects of the invention, with advantageous configurations of each aspect of the invention being regarded as advantageous configurations of the other aspects of the invention.
  • the component can be designed as a turbine blade for a gas turbine, in particular for an aircraft engine.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a layer construction device
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a layer surface of a reference component region of a reference component during its additive production, with reference false color values of the layer surface determined by optical tomography being shown;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a layer surface of a component region of a component during its additive production, with false color values of the layer surface determined by optical tomography being shown;
  • FIG. 4 shows a schematic detailed view of a surface segment within an area A framed by in FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a schematic detailed view of a further surface segment within a region B framed in FIG. 2;
  • Fig. 7 shows a further micrograph showing a further reference microstructure of the reference component area.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a layer construction device 10.
  • the layer construction device 10 is used for the additive manufacture of at least one component region 12 of a component 14 by an additive layer construction method.
  • the layer construction device 10 comprises at least one powder feed 16 with a powder container 18 and a coater 20.
  • the powder feed 16 is used to apply at least one powder layer of a material 22 to a construction and joining zone II of a construction platform 24 that can be moved according to arrow B.
  • the coater 20 moved according to arrow III in order to transport material 22 from the powder container 18 to the building and joining zone II.
  • the layer construction device 10 further comprises at least one radiation source 26 for generating at least one energy beam 28, for example in the form of a laser beam, for layer-wise and local solidification of the material 22 by the material 22 with the energy beam 28 along in Fig. 2 and 3 schematically indicated scan lines 40 is selectively scanned and melted.
  • a control device 30 is provided, which is designed to control the powder feed 16 so that it applies at least one powder layer of the material 22 to the building and joining zone II of the building platform 24 and the building platform 24 in layers by a predefined layer thickness according to the arrow B lowers.
  • the layer construction device 10 comprises an optical specific device 32, by means of which the energy beam 28 can be moved over the build-up and joining zone II.
  • the radiation source 26 and the device 32 are coupled to the control device 30 for data exchange.
  • the layer construction device 10 comprises a heating device 34, by means of which the powder bed can be heated to a desired base temperature.
  • the heating device 34 can, for example, have one or more induction coil (s) include. Alternatively or additionally, other heating elements, for example IR radiators or the like, can also be provided.
  • the control device 30 is set up to control the radiation source 26 and thereby set at least one exposure parameter value of the energy beam 28 as a function of at least one reference monitoring data set 50.
  • the reference monitoring data set 50 is based on reference false color values 64 recorded by optical tomography of at least one reference component region 60 of a reference component 62 during its additive production, as can be seen in FIG.
  • the reference monitoring data set 50 characterizes local intensity maxima 66 of the reference false color values 64.
  • the control device 30 is also set up to set the at least one exposure parameter value of the energy beam 28 as a function of at least one of the local intensity maxima 66.
  • the reference monitoring data record 50 can be stored in a memory of the control device 30 and thus made available for the additive production of the component area 12 of the component 14 by the additive layer construction method.
  • the reference component region 60 and the component region 12 can preferably be congruent to one another. Accordingly, the reference component 62 and the component 14 can also be congruent to one another.
  • the layer construction device 10 in the present case comprises a camera 36, in particular a thermal imaging camera, by means of which the reference false color values 64 can be recorded.
  • the camera 36 is coupled to the control device 30 for data exchange.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a layer surface of the reference component region 60 and thus at least a section of the reference component 62 during its additive production using the layer construction device 10.
  • the reference false color values determined using the camera 36 by optical thermography are shown in FIG 64 and the various local intensity maxima 66 of the reference false color values 64 can be seen.
  • the reference monitoring data set 50 characterizes a reference structure distribution in the entire reference component 62 and in the reference component area 60.
  • the reference monitoring data set 50 characterizes at least one reference exposure parameter value assigned to the reference structure distribution.
  • the reference exposure parameter value can for example correspond to an energy input, which can be caused by the energy beam 28 to produce the reference component 62 from the material 22 during the additive production of the reference component 62.
  • the energy input can also be referred to as energy input.
  • the energy can be introduced as a function of location and additionally or alternatively as a function of the geometry.
  • the control device 30 is also set up to determine at least one correction value as a function of the reference structure distribution and the at least one reference exposure parameter value.
  • the at least one exposure parameter value is then set to differ by the at least one correction value from the at least one reference exposure parameter value, whereby at least the component region 12 is provided with a structure distribution which has a lower defect density and / or a lower number of defects than the reference structure distribution.
  • FIG. 3 shows, in a schematic representation, the layer surface of the component region 12 and thus at least a section of the component 14 during its additive manufacture by the layer construction method.
  • Fig. 3 also respective false color values 74 determined by means of the camera 36 by optical thermography can be seen.
  • the false color values 74 are also recorded and stored in layers with the aid of the camera 36.
  • the monitoring data record 70 is created, which is compared with the reference monitoring data record 50 for monitoring the additive manufacturing of at least the component region 12.
  • the monitoring data record 70 is stored in the memory of the control device 30.
  • FIG. 4 and 5 each show schematic detailed views of different surface segments of the reference component area 60.
  • FIG. 4 shows an enlarged illustration of an area A outlined in FIG. 2
  • FIG. 5 shows an enlarged illustration of an area B outlined in FIG .
  • area A during additive manufacturing, a greater amount of energy was introduced using the energy beam 28, with one of the intensity maxima 66 increasing in area A recognize is. Accordingly, a greater number of defects 76 (number of defects) in the form of pores and cracks and a greater density of defects 76 (defect density) can be seen in area A than in area B, as can be seen from a synopsis of FIGS. 4 and 5 .
  • FIG. 6 shows a micrograph of the region B shown in FIG. 5, whereas FIG. 7 shows a further micrograph of the region A shown in FIG.
  • the representations shown in FIG. 6 and FIG. 7 can be obtained, for example, by electron backscattering (EBSD).
  • EBSD electron backscattering
  • the present layer construction method or the present layer construction device 10 enables an effective estimation of an expected defect distribution in the form of a defect frequency and defect size or the defect density and additionally or alternatively the number of defects depending on the component geometry using the determined reference false color values 64 or false color values 74 , which can be, for example, respective gray values.
  • Optical tomography can use the reference false color values 64 or
  • False color values 74 a respective evaluation of an orientation and distribution of material grains of medium and maximum size take place.
  • a heat balance in the component 14 or in the component area 12 influenced by the melting using the energy beam 28 can also be optimized.
  • Optical tomography makes it possible to identify respective partial areas on the basis of the reference false color values 64 or false color values 74, in which different temperatures prevail.
  • the optical tomography can, for example, take into account heat conduction conditions in the component area 12 or in the reference component area 60 due to the respective component geometry and thus avoid unwanted changes in influencing variables such as a scan vector length and a track overlap. As a result, undesired, essential changes in the respective reference microstructure or microstructure and associated changes in the material properties (static and cyclic strength, defect density) of the melted material 22 can be avoided.
  • the layer construction method or the layer construction device 10 make it possible to use the local intensity maxima 66 in order to set the heat balance in a targeted manner.
  • a reference false color mean value can also be formed from the reference false color values 64 in order to keep the additive manufacturing of the component region 12 or the component 14 based on the reference false color mean value, which can be designed as a gray value position mean value, layer by layer.
  • a correlation between the local intensity maxima 66 of the reference false color values 64 and the material properties of the material 22 and the defect distribution can be used to additively produce the component region 12 or the component 14.
  • the reference component area 60 or the reference component 62 can initially be built up with a constant reference exposure parameter value of the energy beam 28 and recorded by optical tomography, whereby the reference false color values 64 can be recorded in layers, for example as reference gray values.
  • a normalization and adjustment of the recorded reference false color values 64 to a defined reference target value can be an input variable for calculating a parameter related to the component geometry of the component region 12 or the component 14 be in the form of the at least one exposure parameter value which, as the target, provides a more uniform microstructure and defect distribution in the component region 12 or in the component 14.
  • the at least one exposure parameter value for the additive manufacture of the component area 12 or the component 14 can be set in this way that the energy input during the production of the component region 12 or the component 14 is reduced by 20% compared to the additive production of the reference component region 60 or the reference component 62.
  • the analysis of the local reference false color values 64 (for example the local reference gray values) enables a local and thus location-dependent evaluation of the heat balance and the resulting material properties in the reference component 62 or the component 14.
  • the analysis of the local reference false color values 64 can be carried out as Input variable can be used for the structural geometry-dependent adaptation of the exposure parameter value.
  • Input variable By means of a three-dimensional analysis of a reference image stack composed of respective individual layers of the reference component region 60 or the reference component 62, particularly relevant regions for a destructive test can be identified.
  • the possibility of monitoring the reference false color values 64 can also be used to secure parameters for specific structural settings with specific mechanical properties.

Abstract

The invention relates to a layering process for the additive production of at least one component region (12) of a component (14), in particular a component (14) of a turbomachine. The layering process comprises at least the steps: a) providing at least one reference monitoring data set (50), which is based on reference false colour values (64) detected by optical tomography of at least one reference component region (60) of a reference component (62) during the adaptive production thereof and characterizes local intensity maxima (66) of the reference false colour values (64); b) applying at least one powder layer of a material (22) to at least one structure and a joining zone (II) of at least one movable construction platform (24); c) locally solidifying the material (22) to form a component layer by the material (22) being scanned selectively along scanning lines (40) with at least one beam of energy (28) and being melted, wherein at least one exposure parameter value of the beam of energy (28) is adjusted according to the at least one reference monitoring data set (50) and, as a result, according to at least one of the local intensity maxima (66), d) lowering the construction platform (24) layer by layer by a predefined layer thickness, and e) repeating the steps b) to d) until the component region (12) is completed. The invention also relates to a layering apparatus (10) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14), to a computer program product, to a computer-readable storage medium, and to a component (14) having at least one additively produced component region (12).

Description

Schichtbauverfahren und Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bau teilbereichs eines Bauteils sowie Computerprogrammprodukt und Speichermedium Layer construction method and layer construction device for the additive manufacture of at least one construction part area of a component as well as computer program product and storage medium
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium und ein Bauteil mit wenigstens einem additiv hergestellten Bauteilbereich. The invention relates to a layer construction method and a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component. The invention further relates to a computer program product, a computer-readable storage medium and a component with at least one additively manufactured component area.
Additive Schichtbauverfahren bezeichnen Prozesse, bei denen anhand eines virtuellen Modells eines herzustellenden Bauteils oder Bauteilbereichs Geometriedaten ermittelt werden, welche in Schichtdaten zerlegt werden (sog.„slicen“). Abhängig von der Geometrie des Modells wird eine Belichtungs- bzw. Bestrahlungsstrategie bestimmt, gemäß welcher die selektive Verfestigung eines Werkstoffs erfolgen soll. Beim Schichtbauverfahren wird dann der gewünschte Werkstoff schichtweise abgelagert und selektiv mittels des wenigstens einen Energiestrahls abgetastet und verfestigt, um den gewünschten Bauteilbereich additiv aufzubauen. Verschiedene Bestrahlungs parameter wie beispielsweise die Energiestrahlleistung und die Belichtungsgeschwindigkeit eines zum Verfestigen zu verwendenden Energiestrahls sind für die entstehende Gefügestruktur von Bedeutung. Zusätzlich ist auch die Anordnung von sogenannten Scanlinien von Bedeutung. Die Scanlinien, welche auch als Schmelzspuren oder als Belichtungsvektoren bezeichnet werden können, definieren die Strecken, entlang welchen der wenigstens eine Energiestrahl den Werkstoff abtastet und aufschmilzt und können generell linear oder nicht-linear verlaufen. Damit unterscheiden sich additive bzw. generative Herstellungsverfahren von konventionellen abtragenden oder urformenden Fertigungsmethoden. Beispiele für additive Herstellungsverfahren sind generative Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren, die beispielsweise zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen wie Flugtriebwerke verwendet werden können. Beim selektiven Laserschmelzen werden dünne Pulverschichten des Werkstoffs oder der verwendeten Werkstoffe auf eine Bauplattform aufgebracht und mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen lokal im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgeschmolzen und verfestigt. Anschließend wird die Bauplattform abgesenkt, eine weitere Pulverschicht aufgebracht und erneut lokal ver festigt. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das fertige Bauteil bzw. der fertige Bauteilbereich erhalten wird. Das Bauteil kann anschließend bei Bedarf weiterbearbeitet oder ohne weite- Additive layer construction processes describe processes in which geometric data are determined based on a virtual model of a component or component area to be manufactured, which is broken down into layer data (so-called "slicing"). Depending on the geometry of the model, an exposure or irradiation strategy is determined according to which the selective solidification of a material is to take place. In the layer construction process, the desired material is then deposited in layers and selectively scanned and solidified by means of the at least one energy beam in order to additively build up the desired component area. Various irradiation parameters such as the energy beam power and the exposure speed of an energy beam to be used for solidification are important for the resulting microstructure. The arrangement of so-called scan lines is also important. The scan lines, which can also be referred to as melting traces or exposure vectors, define the paths along which the at least one energy beam scans and melts the material and can generally run linearly or non-linearly. This means that additive or generative manufacturing processes differ from conventional abrasive or primary forming manufacturing methods. Examples of additive manufacturing processes are generative laser sintering or laser melting processes, which can be used, for example, to manufacture components for turbomachines such as aircraft engines. In selective laser melting, thin powder layers of the material or the materials used are applied to a building platform and melted and solidified locally with the aid of one or more laser beams in the area of a build-up and joining zone. The construction platform is then lowered, another layer of powder applied and locally strengthened again. This cycle is repeated until the finished component or the finished component area is obtained. The component can then be further processed if necessary or without further
Bestätigungskopie re Bearbeitungsschritte verwendet werden. Beim selektiven Lasersintem wird das Bauteil in ähn licher Weise durch laserunterstütztes Sintern von pulverförmigen Werkstoffen hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei beispielsweise durch Laserstrahlen eines CC -Lasers, Nd:YAG-Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen. Ebenfalls bekannt sind Elekt ronenstrahlverfahren, bei welchen der Werkstoff durch einen oder mehrere Elektronenstrahlen selektiv abgetastet und verfestigt wird. Confirmation copy re processing steps are used. With selective laser sintering, the component is produced in a similar way by laser-assisted sintering of powdery materials. The energy is supplied here, for example, by laser beams from a CC laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like. Electron beam processes are also known in which the material is selectively scanned and solidified by one or more electron beams.
Als nachteilig an den bekannten Schichtbauverfahren ist der Umstand anzusehen, dass damit hergestellte Bauteile häufig eine vergleichsweise hohe Gefügeanisotropie aufweisen, die zu rich tungsabhängig unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften fuhren kann. Dies kann wiederum zu verringerten Festigkeiten und Steifigkeiten führen, die bei der Bauteilauslegung zu berücksichtigen und zu kompensieren sind. A disadvantage of the known layered construction method is the fact that components manufactured with them often have a comparatively high structural anisotropy, which can lead to different mechanical properties depending on the direction. This in turn can lead to reduced strengths and stiffnesses, which have to be taken into account and compensated for in the component design.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine Herstellung von Bauteilen oder Bauteilbereichen mit gleichmäßigeren mechanischen Eigenschaften in unterschiedlichen Raum richtungen ermöglicht ist. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium anzugeben, welche eine entsprechende Steuerung einer solchen Schichtbauvorrichtung ermöglichen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit wenigstens einem additiv hergestellten Bauteilbereich mit gleichmä ßigeren mechanischen Eigenschaften in unterschiedlichen Raumrichtungen anzugeben. The object of the present invention is to improve a layer construction method and a layer construction device of the type mentioned at the outset in such a way that it is possible to manufacture components or component areas with more uniform mechanical properties in different spatial directions. Further objects of the invention consist in specifying a computer program product and a computer-readable storage medium which enable a corresponding control of such a layer construction device. Finally, it is the object of the invention to specify a component with at least one additively manufactured component area with more uniform mechanical properties in different spatial directions.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Schichtbauverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Schichtbauvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 10, durch ein computerlesbares Speichermedium gemäß Patentanspruch 11 sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfin- dungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsma schine, umfassend zumindest folgende Schritte: The objects are achieved according to the invention by a layer construction method with the features of claim 1, by a layer construction device with the features of claim 8, by a computer program product according to claim 10, by a computer-readable storage medium according to claim 11 and by a component according to claim 12. Advantageous refinements with expedient refinements of the invention are specified in the respective subclaims, with advantageous refinements of each aspect of the invention being regarded as advantageous refinements of the other respective aspects of the invention. A first aspect of the invention relates to a layered construction method for the additive manufacture of at least one component region of a component, in particular a component of a flow machine, comprising at least the following steps:
a) Bereitstellen zumindest eines Referenz-Überwachungsdatensatzes, welcher auf durch optische Tomographie zumindest eines Referenz-Bauteilbereichs eines Refe renz-Bauteils während dessen additiver Herstellung erfassten Referenz- Falschfarbwerten basiert und lokale Intensitätsmaxima der Referenz-Falschfarbwerte charakterisiert; a) providing at least one reference monitoring data set which is based on reference false color values detected by optical tomography of at least one reference component area of a reference component during its additive manufacture and characterizes local intensity maxima of the reference false color values;
b) Aufträgen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone mindestens einer bewegbaren Bauplattform; b) application of at least one powder layer of a material to at least one building and joining zone of at least one movable building platform;
c) lokales Verfestigen des Werkstoffs zum Ausbilden einer Bauteilschicht, indem der Werkstoff mit wenigstens einem Energiestrahl entlang von Scanlinien selektiv abgetastet und aufgeschmolzen wird, wobei wenigstens ein Belichtungsparameterwert des Energiestrahls in Abhängigkeit von dem zumindest einen Referenz- Überwachungsdatensatz und dadurch in Abhängigkeit von zumindest einem der loka len Intentsitätsmaxima eingestellt wird; c) local solidification of the material to form a component layer by the material is selectively scanned and melted with at least one energy beam along scan lines, at least one exposure parameter value of the energy beam depending on the at least one reference monitoring data set and thereby depending on at least one of the local intensity maxima is set;
d) Schichtweises Absenken der Bauplattform um eine vordefinierte Schichtdicke; und e) Wiederholen der Schritte b) bis d) bis zur Fertigstellung des Bauteilbereichs. d) Lowering the construction platform layer by layer by a predefined layer thickness; and e) repeating steps b) to d) until the component area is completed.
Dies ist von Vorteil, da somit der wenigstens eine Belichtungsparameterwert in Abhängigkeit von den Referenz-Falschfarbwerten eingestellt werden kann, wodurch Informationen aus der optischen Tomographie des Referenz-Bauteilbereichs und zusätzlich oder alternativ des Referenz- Bauteils herangezogen werden können, um anhand dieser Informationen den wenigstens einen Belichtungsparameterwert einzustellen. Anhand der Referenz-Falschfarbwerte können während der additiven Herstellung entstehende, unterschiedlich stark erwärmte Zonen des Referenz- Bauteilbereichs bzw. des Referenz-Bauteils detektiert werden. Die optische Tomographie gestattet es beispielsweise warme von kalten Zonen der unterschiedlich stark erwärmten Zonen zu un terscheiden. Die Intensitätsmaxima können dabei jeweils die wärmsten Zonen charakterisieren. So kann dementsprechend ein oberstes Intensitätsmaximum der Intensitätsmaxima die wärmste Zone charakterisieren. Zudem liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass den warmen und kalten Zonen auch jeweils unterschiedliche Referenz-Gefugestrukturen, also Gefügestruktu ren des Referenz-Bauteilbereichs und zusätzlich oder alternativ des Referenz-Bauteils, zugeordnet sein können. Eine warme Zone kann beispielsweise durch längere Energiestrahlbeaufschlagung, welche beispielsweise durch Laserbestrahlung erfolgen kann, entstehen, wohingegen eine im Vergleich dazu kalte Zone durch entsprechend kürzere Energiestrahlbeaufschlagung entste hen kann. Die Dauer der Energiestrahlbeaufschlagung kann jedoch die Referenz-Gefügestruktur maßgeblich beeinflussen, sodass bei längerer Energiestrahlbeaufschlagung (und entsprechend warmer Zone) größere Werkstoffkömer sowie eine größere Gefügeanisotropie auftreten können, als bei kürzerer Energiestrahlbeaufschlagung (kalte Zone). Dementsprechend können über die Referenz-Falschfarbwerte auch Informationen über die jeweilige, von den entsprechenden Zonen abhängige Referenz-Gefügestruktur in die Einstellung des wenigstens einen Belichtungsparameterwertes des Energiestrahls einfließen. Dies ermöglicht es beispielsweise größere, durch den Energiestrahl bewirkte Temperaturunterschiede an voneinander verschiedenen Stellen des Bauteilbereichs zu vermeiden, wodurch dementsprechend beispielsweise Gefugeanisotropieunter- schiede zwischen den verschiedenen Stellen gering gehalten werden können und der Bauteilbe reich dementsprechend mit gleichmäßigeren mechanischen Eigenschaften in unterschiedlichen Raumrichtungen erstellt werden kann, als beispielsweise der Referenz-Bauteilbereich. Die Refe renz-Falschfarbwerte können beispielsweise als Referenz-Grauwerte ausgebildet sein. This is advantageous because the at least one exposure parameter value can thus be set as a function of the reference false color values, whereby information from the optical tomography of the reference component area and additionally or alternatively the reference component can be used to determine the at least set an exposure parameter value. On the basis of the reference false color values, zones of the reference component area or of the reference component that are produced during the additive manufacturing and heated to different degrees can be detected. Optical tomography makes it possible, for example, to differentiate between warm and cold zones of the differently heated zones. The intensity maxima can characterize the warmest zones. Accordingly, an uppermost intensity maximum of the intensity maxima can characterize the warmest zone. In addition, the invention is based on the knowledge that the warm and cold zones can also be assigned different reference structural structures, that is to say, structural structures of the reference component area and additionally or alternatively of the reference component. A warm zone can arise, for example, through longer exposure to energy beams, which can for example take place through laser irradiation, whereas a In comparison, the cold zone can arise due to a correspondingly shorter application of the energy beam. The duration of the application of the energy beam can, however, have a decisive influence on the reference microstructure, so that larger material grains and greater structural anisotropy can occur with longer exposure to the energy beam (and correspondingly warm zone) than with shorter exposure to the energy beam (cold zone). Correspondingly, information about the respective reference microstructure dependent on the corresponding zones can also flow into the setting of the at least one exposure parameter value of the energy beam via the reference false color values. This makes it possible, for example, to avoid larger temperature differences caused by the energy beam at mutually different points in the component area, which means that, for example, differences in structure anisotropy between the various points can be kept low and the component area can accordingly be created with more uniform mechanical properties in different spatial directions, as, for example, the reference component area. The reference false color values can be designed as reference gray values, for example.
Darüber hinaus können anhand der Referenz-Falschfarbwerte beispielsweise jeweilige Defekte und damit defektbehaftete Gefugebereiche des Referenz-Bauteilbereichs und zusätzlich oder al ternativ des Referenz-Bauteils erkannt werden. Diese Defekte (defektbehaftete Gefügebereiche) können in mehreren Schichten des Referenz-Bauteilbereichs bzw. des Referenz-Bauteils vorlie gen und anhand der Referenz-Falschfarbwerte detektiert werden. Bei dem vorliegenden Schichtbauverfahren kann durch das Einstellen des wenigstens einen Belichtungsparameterwertes in Abhängigkeit von dem Referenz-Überwachungsdatensatz vermieden werden, dass die jeweili gen, in dem Referenz-Bauteilbereich bzw. Referenz-Bauteil auftretenden Defekte auch in dem Bauteilbereich bzw. dem Bauteil auftreten. Auch dies trägt in vorteilhafter Weise zur Ausgestaltung des Bauteilbereichs bzw. des Bauteils mit im Vergleich zu dem Referenz-Bauteilbereich bzw. dem Referenz-Bauteil gleichmäßigeren, mechanischen Eigenschaften in unterschiedlichen Raumrichtungen bei. In addition, the reference false color values can be used to identify, for example, respective defects and thus defective structural areas of the reference component area and additionally or alternatively of the reference component. These defects (defective structural areas) can be present in several layers of the reference component area or the reference component and can be detected on the basis of the reference false color values. In the present layer construction method, by setting the at least one exposure parameter value as a function of the reference monitoring data set, it can be avoided that the respective defects occurring in the reference component area or reference component also occur in the component area or the component. This also contributes in an advantageous manner to the design of the component area or the component with more uniform mechanical properties in different spatial directions compared to the reference component area or the reference component.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung charakterisiert der zumindest eine Referenz- Überwachungsdatensatz eine Referenz-Gefügestrukturverteilung zumindest in dem Referenz- Bauteilbereich sowie zumindest einen, der Referenz-Gefügestrukturverteilung zugeordneten Referenz-Belichtungsparameterwert. Unter der Referenz-Gefügestrukturverteilung kann eine Ver teilung von unterschiedlichen Gefügestrukturen im Referenz-Bauteilbereich und zusätzlich oder alternativ im Referenzbauteil verstanden werden. Durch die Zuordnung des zumindest einen Referenz-Belichtungsparameterwertes zu der Referenz-Gefügestrukturverteilung kann in vorteil hafter Weise ein direkter Zusammenhang zwischen dem Referenz-Belichtungsparameterwert und der Referenz-Gefügestrukturverteilung geschaffen werden kann. Dies gestattet eine besonders gezielte Einstellung des Belichtungsparameterwertes um dadurch eine besonders wunsch gemäße, insbesondere homogene, Gefügestrukturverteilung in dem Bauteilbereich zu erzielen. In an advantageous development of the invention, the at least one reference monitoring data set characterizes a reference structural structure distribution at least in the reference component area and at least one reference exposure parameter value assigned to the reference structural structure distribution. Under the reference microstructure distribution, a distribution of different microstructures in the reference component area and additionally or alternatively be understood in the reference component. By assigning the at least one reference exposure parameter value to the reference structure distribution, a direct relationship between the reference exposure parameter value and the reference structure distribution can be created in an advantageous manner. This allows a particularly targeted setting of the exposure parameter value in order to thereby achieve a particularly desired, in particular homogeneous, structural distribution in the component area.
Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Referenz-Gefügestrukturverteilung von dem Re- ferenz-Belichtungsparameterwert abhängt. Der Referenz-Belichtungsparameterwert kann beispielsweise einem Referenz-Energieeintrag in den Referenz-Bauteilbereich infolge von Energie strahlbeaufschlagung oder einer Energiestrahl leistung, also einer Leistung des Energiestrahls, entsprechen. Es hat sich beispielsweise allgemein gezeigt, dass mit höherem Referenz- Energieeintrag anhand des Energiestrahls in Teilbereiche des Referenz-Bauteilbereichs auch eine größere Gefügeanisotropie und damit größere Werkstoffkömer in diesen Teilbereichen auftreten, wobei die Teilbereiche des Referenz-Bauteilbereichs mit höherem Referenz-Energieeintrag auch durch entsprechend höhere, durch optische Tomographie ermittelte Referenz-Falschfarbwerte, beispielsweise in Form von höheren Grauwerten, erkannt, insbesondere quantifiziert werden können. Je höher also die Referenz-Falschfarbwerte (beispielsweise Referenz-Grauwerte) sind, desto größer sind infolge des Referenz-Energieeintrags auch die entsprechenden Werkstoffkörner bzw. die entsprechende Gefügeanisotropie im Referenz-Bauteilbereich bzw. im Referenz- Bauteil. This is based on the knowledge that the reference structure distribution depends on the reference exposure parameter value. The reference exposure parameter value can correspond, for example, to a reference energy input into the reference component area as a result of the application of an energy beam or an energy beam output, that is to say an energy beam output. For example, it has generally been shown that with a higher reference energy input based on the energy beam in sub-areas of the reference component area, a greater structural anisotropy and thus larger material grains occur in these sub-areas, with the sub-areas of the reference component area with a higher reference energy input also correspondingly higher reference false color values determined by optical tomography, for example in the form of higher gray values, can be recognized, in particular quantified. The higher the reference false color values (for example reference gray values), the greater the corresponding material grains or the corresponding structural anisotropy in the reference component area or in the reference component as a result of the reference energy input.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Abhängigkeit von der Refe renz-Gefügestrukturverteilung und dem zumindest einen Referenz-Belichtungsparameterwert wenigstens ein Korrekturwert ermittelt, um welchen der wenigstens eine Belichtungsparameterwert von dem zumindest einen Referenz-Belichtungsparameterwert abweichend eingestellt wird, wodurch zumindest der Bauteilbereich mit einer Gefügestrukturverteilung versehen wird, welche eine geringere Defektdichte und/oder eine geringere Defektanzahl aufweist, als die Referenz- Gefügestrukturverteilung. Mit anderen Worten kann sich der Belichtungsparameterwert also um den Korrekturwert von dem Referenz-Belichtungsparameterwert unterscheiden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine besonders gezielte Verringerung der Defektdichte, also mit anderen Worten eine Dichte an Defekten und zusätzlich oder alternativ der Defektanzahl, also mit ande- ren Worten eine Anzahl der Defekte, erfolgen. Derartige Defekte können als fehlerhafte Gefüge bereiche, beispielsweise als Poren oder Risse, ausgebildet sein. In a further advantageous development of the invention, depending on the reference structure distribution and the at least one reference exposure parameter value, at least one correction value is determined by which the at least one exposure parameter value is set differently from the at least one reference exposure parameter value, whereby at least the component area with a structure distribution is provided which has a lower defect density and / or a lower number of defects than the reference structure distribution. In other words, the exposure parameter value can differ from the reference exposure parameter value by the correction value. As a result, a particularly targeted reduction in the defect density, in other words a density of defects and additionally or alternatively the number of defects, i.e. with other In other words, a number of the defects occur. Such defects can be formed as faulty structural areas, for example as pores or cracks.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als der wenigstens eine Belich tungsparameterwert ein Energieeintrag des wenigstens einen Energiestrahls eingestellt. Dies ist von Vorteil, da durch das Einstellen des Energieeintrags eine besonders direkte Beeinflussung einer Gefügestruktur in der Bauteilschicht und damit im Bauteilbereich des Bauteils erfolgen kann. Der Energieeintrag kann die Einheit J/mm3 aufweisen und damit einen Eintrag von Ener gie pro Volumeneinheit angeben. In a further advantageous development of the invention, an energy input of the at least one energy beam is set as the at least one exposure parameter value. This is advantageous because by adjusting the energy input a particularly direct influencing of a microstructure in the component layer and thus in the component area of the component can take place. The energy input can have the unit J / mm 3 and thus indicate an input of energy per unit volume.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt c) ein auf optischer Tomographie zumindest der Bauteilschicht basierender Überwachungsdatensatz erstellt, welcher zur Überwachung des additiven Herstellens zumindest des Bauteilbereichs mit dem Referenz- Überwachungsdatensatz verglichen wird. Dies ist von Vorteil, da somit bereits während des ad ditiven Herstellens des Bauteilbereichs beispielsweise Poren und zusätzlich oder alternativ Risse erkannt werden können. Der Überwachungsdatensatz kann während des additiven Herstellens zumindest des Bauteilbereichs durch die optische Tomographie erfasste Falschfarbwerte umfas sen. Die Überwachung kann erfolgen, indem die Falschfarbwerte mit den Referenz- Falschfarbwerten verglichen werden. Dadurch kann erkannt werden, wenn beispielsweise einer der Falschfarbwerte um einen unzulässig großen Wertebetrag von einem entsprechenden Referenz-Falschfarbwert abweicht, was auf ein Vorliegen von Poren, Rissen oder anderen Defekten hinweisen kann. Die Falschfarbwerte können - ebenso wie die Referenz-Falschfarbwerte - bei spielsweise als Grauwerte ausgebildet sein. Anhand der Falschfarbwerte können also beispielsweise jeweilige Defekte und damit defektbehaftete Gefügebereiche des Bauteilbereichs und zusätzlich oder alternativ des Bauteils frühzeitig erkannt werden. Diese Defekte (defektbehaftete Gefügebereiche) können in mehreren Bauteilschichten des Bauteilbereichs bzw. des Bauteils vorliegen und anhand der Falschfarbwerte, insbesondere durch Vergleich der Falschfarbwerte mit den Referenz-Falschfarbwerten, erkannt werden. Ein bevorzugter, schichtweiser Vergleich der Falschfarbwerte mit den Referenz-Falschfarbwerten ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders frühzeitige und insbesondere genaue Bewertung, ob beispielsweise beim Herstellen des Bauteilbereichs bzw. des Bauteils Ausschuss produziert wird. Darüber hinaus kann vorzugsweise basierend auf dem schichtweisen Vergleich der Falschfarbwerte mit den Referenz- Falsch färb werten eine schichtweise Änderung des wenigstens einen Belichtungsparameterwertes erfolgen, sodass der Belichtungsparameterwert sozusagen in jeweils unterschiedlichen Bauteilschichten des Bauteilbereichs unterschiedlich eingestellt wird. Dadurch ist es möglich auf eine besonders defektbehaftete Bauteilschicht weitere Bauteilschichten mit weniger Defekten aufzu bauen, um zu vermeiden, dass bei der Herstellung des Bauteilbereichs Ausschuss produziert wird. In a further advantageous development of the invention, in step c) a monitoring data set based on optical tomography of at least the component layer is created, which is compared with the reference monitoring data set to monitor the additive manufacturing of at least the component area. This is advantageous because pores and, additionally or alternatively, cracks can already be recognized during the additive manufacturing of the component area. The monitoring data set can include false color values recorded by optical tomography during the additive manufacturing of at least the component area. The monitoring can take place in that the false color values are compared with the reference false color values. This makes it possible to recognize if, for example, one of the false color values deviates by an impermissibly large amount from a corresponding reference false color value, which can indicate the presence of pores, cracks or other defects. Like the reference false color values, the false color values can be embodied as gray values, for example. Using the false color values, for example, respective defects and thus defective structural areas of the component area and additionally or alternatively of the component can be recognized at an early stage. These defects (defective structural areas) can be present in several component layers of the component area or the component and can be recognized on the basis of the false color values, in particular by comparing the false color values with the reference false color values. A preferred, layer-by-layer comparison of the false color values with the reference false color values advantageously enables a particularly early and particularly precise assessment of whether, for example, rejects are produced during the manufacture of the component area or the component. In addition, based on the layer-by-layer comparison of the false color values with the reference false color values, a layer-by-layer change in the at least one exposure parameter value can be made take place so that the exposure parameter value is set differently, so to speak, in different component layers of the component area. As a result, it is possible to build further component layers with fewer defects on a component layer that is particularly subject to defects in order to avoid rejects being produced during the production of the component area.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt c) ein Laserstrahl als der Energiestrahl verwendet. Dies ist von Vorteil, da durch den Laserstrahl ein besonders gezieltes lokales Verfestigen des Werkstoffs ermöglicht ist. In a further advantageous development of the invention, a laser beam is used as the energy beam in step c). This is advantageous since the laser beam enables particularly targeted local solidification of the material.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als der Werkstoff wenigstens ein Material aus der Gruppe Stahl, Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Kobaltbasislegie rungen, Chrombasislegierungen, Nickelbasislegierungen, Kupferlegierungen, intermetallische Legierungen oder eine beliebige Mischung hieraus verwendet. Obwohl der Werkstoff grundsätz lich auch ein Kunststoff wie beispielsweise ABS, PLA, PETG, Nylon, PET, PTFE oder dergleichen sein kann, können mit Hilfe von metallischen und/oder intermetallischen Werkstoffen ge nerell Bauteile bzw. Bauteilbereiche mit höherer mechanischer, thermischer und chemischer Be ständigkeit hergestellt werden. Beispielsweise kann der Werkstoff Elemente aus der Gruppe Eisen, Titan, Nickel, Chrom, Cobalt, Kupfer, Aluminium oder Titan enthalten. Der Werkstoff kann eine Legierung aus der Gruppe Stahl, Aluminiumlegierung, Titanlegierung, Kobaltlegierung, Chromlegierung, Nickelbasislegierung oder Kupferlegierungen sein. Beispielsweise kann der Werkstoff eine hochtemperaturfeste Nickelbasislegierungen wie etwa Mar M-247, Inconel 718 (IN718), Inconel 738 (IN738), Waspaloy oder C263 sein. Ebenso können intermetallische Legierungen wie Mg2Si und Titanaluminide vorgesehen sein. In a further advantageous development of the invention, at least one material from the group of steel, aluminum alloys, titanium alloys, cobalt-based alloys, chrome-based alloys, nickel-based alloys, copper alloys, intermetallic alloys or any mixture thereof is used as the material. Although the material can in principle also be a plastic such as ABS, PLA, PETG, nylon, PET, PTFE or the like, components or component areas with higher mechanical, thermal and chemical loading can generally be used with the help of metallic and / or intermetallic materials to be established. For example, the material can contain elements from the iron, titanium, nickel, chromium, cobalt, copper, aluminum or titanium group. The material can be an alloy from the group consisting of steel, aluminum alloy, titanium alloy, cobalt alloy, chromium alloy, nickel-based alloy or copper alloys. For example, the material can be a high temperature-resistant nickel-based alloy such as Mar M-247, Inconel 718 (IN718), Inconel 738 (IN738), Waspaloy or C263. Intermetallic alloys such as Mg2Si and titanium aluminides can also be provided.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils durch ein additives Schichtbauverfahren, umfassend: A second aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component region of a component by an additive layer construction method, comprising:
- mindestens eine Pulverzufuhrung zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht ei nes Werkstoffs auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone mindestens einer bewegbaren - At least one powder feed for applying at least one powder layer of a material to at least one build-up and joining zone of at least one movable
Bauplattform; - mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls zum schichtweisen und lokalen Verfestigen des Werkstoffs durch selektives Abtasten und Aufschmelzen des Werkstoffs entlang von Scanlinien; und Build platform; - At least one radiation source for generating at least one energy beam for layer-by-layer and local solidification of the material by selective scanning and melting of the material along scan lines; and
- eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist: - a control device which is designed to:
- die Pulverzuführung so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs auf die Aufbau- und Fügezone der Bauplattform aufträgt; und - to control the powder supply so that it applies at least one powder layer of the material to the construction and joining zone of the construction platform; and
- die Bauplattform so zu steuern, dass diese schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt wird. - to control the building platform so that it is lowered layer by layer by a predefined layer thickness.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle anzusteuern und dadurch wenigstens einen Belichtungsparameterwert des Energie strahls in Abhängigkeit von zumindest einem Referenz-Überwachungsdatensatz einzustellen, wobei der zumindest eine Referenz-Überwachungsdatensatz auf durch optische Tomographie zumindest eines Referenz-Bauteilbereichs eines Referenz-Bauteils während dessen additiver Herstellung erfassten Referenz-Falschfarbwerten basiert und lokale Intensitätsmaxima der Refe renz-Falschfarbwerte charakterisiert, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Belichtungsparameterwert des Energiestrahls in Abhängigkeit von zumindest ei nem der lokalen Intensitätsmaxima einzustellen. Die Schichtbauvorrichtung kann beispielsweise eine Kamera, insbesondere Wärmebildkamera, umfassen, mittels welcher die Referenz- Falschfarbwerte des Referenz-Bauteilbereichs des Referenz-Bauteils erfasst werden können. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts der Erfin dung zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen sind. Umgekehrt sind vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung anzusehen. According to the invention it is provided that the control device is set up to control the radiation source and thereby set at least one exposure parameter value of the energy beam as a function of at least one reference monitoring data set, the at least one reference monitoring data set being based on at least one reference component area by optical tomography of a reference component is based on reference false color values detected during its additive production and characterizes local intensity maxima of the reference false color values, the control device being set up to set the at least one exposure parameter value of the energy beam as a function of at least one of the local intensity maxima. The layer construction device can for example comprise a camera, in particular a thermal imaging camera, by means of which the reference false color values of the reference component region of the reference component can be recorded. Further features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, with advantageous refinements of the first aspect of the invention being regarded as advantageous refinements of the second aspect of the invention. Conversely, advantageous configurations of the second aspect of the invention are to be regarded as advantageous configurations of the first aspect of the invention.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schichtbauvorrichtung als selektive Lasersinter- und/oder -Schmelzvorrichtung ausgebildet. Hierdurch können Bauteilbereiche und komplette Bauteile hergestellt werden, deren mechanischen Eigenschaften zumindest im Wesentlichen richtungsunabhängig sind. Zur Erzeugung eines Laserstrahls als der Energiestrahl können beispielsweise CO2-Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder dergleichen vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Elektronen- und/oder La serstrahlen als jeweilige Energiestrahlen verwendet werden. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Schichtbauvorrichtung veranlassen, das Schichtbauverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen. Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Schichtbauvorrichtung veranlassen, das Schichtbauverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen. In an advantageous development of the invention, the layer construction device is designed as a selective laser sintering and / or melting device. In this way, component areas and complete components can be produced whose mechanical properties are at least essentially direction-independent. For example, CO2 lasers, Nd: YAG lasers, Yb fiber lasers, diode lasers or the like can be provided to generate a laser beam as the energy beam. It can also be provided that two or more electron and / or laser beams are used as the respective energy beams. A third aspect of the invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when the computer program product is executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to execute the layer construction method according to the first aspect of the invention. A fourth aspect of the invention relates to a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to carry out the layer construction method according to the first aspect of the invention.
Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe eines Computerprogrammprodukts realisiert werden, das Programmmodule umfasst, die von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugänglich sind und Programmcode speichern, der von oder in Verbindung mit ei nem oder mehreren Computern, Prozessoren oder Befehlsausfuhrungssystemen einer Schicht bauvorrichtung verwendet wird. Für die Zwecke dieser Beschreibung kann ein computerver wendbares oder computerlesbares Medium jede Vorrichtung sein, die das Computerprogrammprodukt zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausfuhrungssystem oder der Schichtbauvorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Das Medium kann ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem oder ein Ausbreitungsmedium an sich sein, da Signalträger nicht in der Definition des physischen, computerlesbaren Mediums enthalten sind. Dazu gehören ein Halbleiter- oder Festkörperspeicher, Magnetband, eine austauschbare Computerdiskette, ein Di rektzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), eine starre Magnetplatte und eine optische Platte wie ein Nur-Lese-Speicher (CD-ROM, DVD, Blue-Ray etc.), oder eine beschreibbare optische Platte (CD-R, DVD-R). Sowohl Prozessoren als auch Programmcode zur Implementierung der einzelnen Aspekte der Erfindung können zentralisiert oder verteilt werden (oder eine Kombination davon). The present invention can be implemented with the aid of a computer program product comprising program modules accessible from a computer usable or computer readable medium and storing program code that is used by or in connection with one or more computers, processors or instruction execution systems of a layer building device. For purposes of this description, a computer-usable or computer-readable medium can be any device that can contain, store, communicate, disseminate, or transport the computer program product for use by or in connection with the instruction execution system or layered device. The medium can be an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared or semiconductor system or a propagation medium per se, since signal carriers are not included in the definition of the physical, computer-readable medium. These include solid-state or solid-state memory, magnetic tape, a removable computer disk, direct access memory (RAM), read-only memory (ROM), rigid magnetic disk, and an optical disk such as read-only memory (CD-ROM, DVD, Blue-Ray etc.), or a writable optical disc (CD-R, DVD-R). Processors as well as program code for implementing the various aspects of the invention can be centralized or distributed (or a combination thereof).
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere Turbinenbauteil einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest einen Bauteilbereich, der mittels einer Schichtbau Vor richtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und/oder mittels eines Schichtbauverfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt ist. Hierdurch weist das erfmdungsgemäße Bauteil eine stark vergleichmäßigte und zumindest im Wesentlichen richtungsunabhängige Ge- fugestruktur auf, die zu einer wesentlich höheren Beständigkeit gegen zyklische Lasten sowie zu signifikant erhöhten Festigkeits- und Steifigkeitswerten führt. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Aspekte der Erfindung anzusehen sind. Das Bauteil kann als Turbinenschaufel für eine Gasturbine, insbesondere für ein Flugtriebwerk ausgebil det sein. A fifth aspect of the invention relates to a component, in particular a turbine component of a turbomachine, comprising at least one component area which is produced by means of a layer construction device according to the second aspect of the invention and / or by means of a layer construction method according to the first aspect of the invention. As a result, the component according to the invention has a highly uniform and at least essentially direction-independent joint structure, which leads to a significantly higher resistance to cyclic loads as well leads to significantly increased strength and stiffness values. The features resulting therefrom and their advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects of the invention, with advantageous configurations of each aspect of the invention being regarded as advantageous configurations of the other aspects of the invention. The component can be designed as a turbine blade for a gas turbine, in particular for an aircraft engine.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskom binationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figu ren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt: Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations, without the scope of the Invention to leave. There are thus also embodiments of the invention to be considered as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, but emerge from the explained embodiments and can be generated by separate combinations of features. Designs and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which therefore do not have all the features of an originally formulated independent claim. In addition, designs and combinations of features, in particular through the statements set out above, are to be regarded as disclosed which go beyond the combinations of features set forth in the back references of the claims or differ from them. It shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Schichtbauvorrichtung; 1 shows a schematic sectional view of a layer construction device;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schichtoberfläche eines Referenz-Bauteilbereichs eines Referenz-Bauteils während dessen additiver Flerstellung, wobei durch optische Tomographie ermittelte Referenz-Falschfarbwerte der Schichtoberfläche gezeigt sind; 2 shows a schematic representation of a layer surface of a reference component region of a reference component during its additive production, with reference false color values of the layer surface determined by optical tomography being shown;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schichtoberfläche eines Bauteilbereichs eines Bau teils während dessen additiven Flerstellens, wobei durch optische Tomographie ermittelte Falschfarbwerte der Schichtoberfläche gezeigt sind; Fig. 4 eine schematische Detailansicht eines Oberflächensegments innerhalb eines in Fig. 2 um rahmten Bereichs A; 3 shows a schematic representation of a layer surface of a component region of a component during its additive production, with false color values of the layer surface determined by optical tomography being shown; FIG. 4 shows a schematic detailed view of a surface segment within an area A framed by in FIG. 2; FIG.
Fig. 5 eine schematische Detailansicht eines weiteren Oberflächensegments innerhalb eines in Fig. 2 umrahmten Bereichs B; 5 shows a schematic detailed view of a further surface segment within a region B framed in FIG. 2;
Fig. 6 ein Gefügeschliffbild, welches eine Referenz-Gefügestruktur des Referenz- Bauteilbereichs zeigt; und 6 shows a micrograph showing a reference microstructure of the reference component area; and
Fig. 7 ein weiteres Gefügeschliffbild, welches eine weitere Referenz-Gefügestruktur des Refe renz-Bauteilbereichs zeigt. Fig. 7 shows a further micrograph showing a further reference microstructure of the reference component area.
FIG. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Schichtbauvorrichtung 10. Die Schichtbau vorrichtung 10 dient zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs 12 eines Bauteils 14 durch ein additives Schichtbau verfahren. Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst mindestens eine Pulverzuführung 16 mit einem Pulverbehälter 18 und einem Beschichter 20. Die Pulverzuführung 16 dient zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs 22 auf eine Aufbau- und Fügezone II einer gemäß Pfeil B bewegbaren Bauplattform 24. Hierzu wird der Be schichter 20 gemäß Pfeil III bewegt, um Werkstoff 22 aus dem Pulverbehälter 18 zur Aufbau- und Fügezone II zu transportieren. Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst weiterhin mindestens eine Strahlungsquelle 26 zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls 28, beispielsweise in Form eines Laserstrahls, zum schichtweisen und lokalen Verfestigen des Werkstoffs 22, indem der Werkstoff 22 mit dem Energiestrahl 28 entlang von in Fig. 2 und Fig. 3 stark schematisch angedeuteten Scanlinien 40 selektiv abgetastet und aufgeschmolzen wird. Zusätzlich ist eine Steuereinrichtung 30 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, die Pulverzuführung 16 so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs 22 auf die Aufbau- und Füge zone II der Bauplattform 24 aufträgt und die Bauplattform 24 schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke gemäß Pfeil B absenkt. Weiterhin umfasst die Schichtbauvorrichtung 10 eine opti sche Einrichtung 32, mittels welcher der Energiestrahl 28 über die Aufbau- und Fügezone II be wegt werden kann. Die Strahlungsquelle 26 und die Einrichtung 32 sind mit der Steuereinrichtung 30 zum Datenaustausch gekoppelt. Weiterhin umfasst die Schichtbauvorrichtung 10 eine Heizeinrichtung 34, mittels welcher das Pulverbett auf eine gewünschte Basistemperatur tempe rierbar ist. Die Heizeinrichtung 34 kann beispielsweise eine oder mehrere Induktionsspule(n) umfassen. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Heizelemente, beispielsweise IR- Strahler oder dergleichen vorgesehen sein. FIG. 1 shows a schematic sectional view of a layer construction device 10. The layer construction device 10 is used for the additive manufacture of at least one component region 12 of a component 14 by an additive layer construction method. The layer construction device 10 comprises at least one powder feed 16 with a powder container 18 and a coater 20. The powder feed 16 is used to apply at least one powder layer of a material 22 to a construction and joining zone II of a construction platform 24 that can be moved according to arrow B. For this purpose, the coater 20 moved according to arrow III in order to transport material 22 from the powder container 18 to the building and joining zone II. The layer construction device 10 further comprises at least one radiation source 26 for generating at least one energy beam 28, for example in the form of a laser beam, for layer-wise and local solidification of the material 22 by the material 22 with the energy beam 28 along in Fig. 2 and 3 schematically indicated scan lines 40 is selectively scanned and melted. In addition, a control device 30 is provided, which is designed to control the powder feed 16 so that it applies at least one powder layer of the material 22 to the building and joining zone II of the building platform 24 and the building platform 24 in layers by a predefined layer thickness according to the arrow B lowers. Furthermore, the layer construction device 10 comprises an optical specific device 32, by means of which the energy beam 28 can be moved over the build-up and joining zone II. The radiation source 26 and the device 32 are coupled to the control device 30 for data exchange. Furthermore, the layer construction device 10 comprises a heating device 34, by means of which the powder bed can be heated to a desired base temperature. The heating device 34 can, for example, have one or more induction coil (s) include. Alternatively or additionally, other heating elements, for example IR radiators or the like, can also be provided.
Die Steuereinrichtung 30 ist dazu eingerichtet, die Strahlungsquelle 26 anzusteuem und dadurch wenigstens einen Belichtungsparameterwert des Energiestrahls 28 in Abhängigkeit von zumindest einem Referenz-Überwachungsdatensatz 50 einzustellen. Der Referenz- Überwachungsdatensatz 50 basiert auf durch optische Tomographie zumindest eines Referenz- Bauteilbereichs 60 eines Referenz-Bauteils 62 während dessen additiver Herstellung erfassten Referenz-Falschfarbwerten 64, wie sie in Fig. 2 erkennbar sind. Darüber hinaus charakterisiert der Referenz-Überwachungsdatensatz 50 lokale Intensitätsmaxima 66 der Referenz- Falschfarbwerte 64. Die Steuereinrichtung 30 ist auch dazu eingerichtet, den wenigstens einen Belichtungsparameterwert des Energiestrahls 28 in Abhängigkeit von zumindest einem der loka len Intensitätsmaxima 66 einzustellen. Der Referenz-Überwachungsdatensatz 50 kann in einem Speicher der Steuereinrichtung 30 abgespeichert und damit für die additive Herstellung des Bau teilbereichs 12 des Bauteils 14 durch das additive Schichtbauverfahren bereitgestellt werden. Vorzugsweise können der Referenz-Bauteilbereich 60 und der Bauteilbereich 12 zueinander kongruent sein. Dementsprechend können auch das Referenz-Bauteil 62 und das Bauteil 14 zu einander kongruent sein. Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst vorliegend eine Kamera 36, ins besondere Wärmebildkamera, mittels welcher die Referenz-Falschfarbwerte 64 erfasst werden können. Die Kamera 36 ist mit der Steuereinrichtung 30 zum Datenaustausch gekoppelt. The control device 30 is set up to control the radiation source 26 and thereby set at least one exposure parameter value of the energy beam 28 as a function of at least one reference monitoring data set 50. The reference monitoring data set 50 is based on reference false color values 64 recorded by optical tomography of at least one reference component region 60 of a reference component 62 during its additive production, as can be seen in FIG. In addition, the reference monitoring data set 50 characterizes local intensity maxima 66 of the reference false color values 64. The control device 30 is also set up to set the at least one exposure parameter value of the energy beam 28 as a function of at least one of the local intensity maxima 66. The reference monitoring data record 50 can be stored in a memory of the control device 30 and thus made available for the additive production of the component area 12 of the component 14 by the additive layer construction method. The reference component region 60 and the component region 12 can preferably be congruent to one another. Accordingly, the reference component 62 and the component 14 can also be congruent to one another. The layer construction device 10 in the present case comprises a camera 36, in particular a thermal imaging camera, by means of which the reference false color values 64 can be recorded. The camera 36 is coupled to the control device 30 for data exchange.
FIG. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schichtoberfläche des Referenz- Bauteilbereichs 60 und damit zumindest ausschnittsweise das Referenz-Bauteil 62 während dessen additiver Herstellung anhand der Schichtbauvorrichtung 10. Darüber hinaus sind in Fig. 2 die anhand der Kamera 36 durch optische Thermographie ermittelten Referenz-Falschfarbwerte 64 sowie die verschiedenen lokalen Intensitätsmaxima 66 der Referenz-Falschfarbwerte 64 erkennbar. FIG. 2 shows a schematic representation of a layer surface of the reference component region 60 and thus at least a section of the reference component 62 during its additive production using the layer construction device 10. In addition, the reference false color values determined using the camera 36 by optical thermography are shown in FIG 64 and the various local intensity maxima 66 of the reference false color values 64 can be seen.
Der Referenz-Überwachungsdatensatz 50 charakterisiert eine Referenz-Gefügestrukturverteilung in dem gesamten Referenz-Bauteil 62 sowie in dem Referenz-Bauteilbereich 60. Darüber hinaus charakterisiert der Referenz-Überwachungsdatensatz 50 zumindest einen, der Referenz- Gefügestrukturverteilung zugeordneten Referenz-Belichtungsparameterwert. Der Referenz- Belichtungsparameterwert kann beispielsweise einer Energieeinbringung entsprechen, welche durch den Energiestrahl 28 bewirkt werden kann, um das Referenz-Bauteil 62 aus dem Werk stoff 22 bei der additiven Herstellung des Referenz-Bauteils 62 herzustellen. Die Energieein bringung kann auch als Energieeintrag bezeichnet werden. Des Weiteren kann die Energieeinbringung ortsabhängig und zusätzlich oder alternativ geometrieabhängig erfolgen. The reference monitoring data set 50 characterizes a reference structure distribution in the entire reference component 62 and in the reference component area 60. In addition, the reference monitoring data set 50 characterizes at least one reference exposure parameter value assigned to the reference structure distribution. The reference exposure parameter value can for example correspond to an energy input, which can be caused by the energy beam 28 to produce the reference component 62 from the material 22 during the additive production of the reference component 62. The energy input can also be referred to as energy input. Furthermore, the energy can be introduced as a function of location and additionally or alternatively as a function of the geometry.
Die Steuereinrichtung 30 ist zudem dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der Referenz- Gefügestrukturverteilung und dem zumindest einen Referenz-Belichtungsparameterwert wenigstens einen Korrekturwert zu ermitteln. Der wenigstens eine Belichtungsparameterwert wird dann um den wenigstens einen Korrekturwert von dem zumindest einen Referenz- Belichtungsparameterwert abweichend eingestellt, wodurch zumindest der Bauteilbereich 12 mit einer Gefügestrukturverteilung versehen wird, welche eine geringere Defektdichte und/oder eine geringere Defektanzahl aufweist, als die Referenz-Gefügestrukturverteilung. The control device 30 is also set up to determine at least one correction value as a function of the reference structure distribution and the at least one reference exposure parameter value. The at least one exposure parameter value is then set to differ by the at least one correction value from the at least one reference exposure parameter value, whereby at least the component region 12 is provided with a structure distribution which has a lower defect density and / or a lower number of defects than the reference structure distribution.
FIG. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Schichtoberfläche des Bauteilbereichs 12 und damit zumindest ausschnittsweise das Bauteil 14 während dessen additiven Herstellens durch das Schichtbauverfahren. In Fig. 3 sind zudem jeweilige, anhand der Kamera 36 durch op tische Thermographie ermittelte Falschfarbwerte 74 erkennbar. Ebenso wie die Referenz- Falschfarbwerte 64 werden auch die Falschfarbwerte 74 anhand der Kamera 36 schichtweise erfasst und abgespeichert. So wird basierend auf den Falschfarbwerten 74 und damit auf optischer Tomographie der verschiedenen Bauteilschichten basierend der Überwachungsdatensatz 70 er stellt, welcher zur Überwachung des additiven Herstellens zumindest des Bauteilbereichs 12 mit dem Referenz-Überwachungsdatensatz 50 verglichen wird. Der Überwachungsdatensatz 70 wird in dem Speicher der Steuereinrichtung 30 abgespeichert. FIG. 3 shows, in a schematic representation, the layer surface of the component region 12 and thus at least a section of the component 14 during its additive manufacture by the layer construction method. In Fig. 3 also respective false color values 74 determined by means of the camera 36 by optical thermography can be seen. Just like the reference false color values 64, the false color values 74 are also recorded and stored in layers with the aid of the camera 36. Thus, based on the false color values 74 and thus on optical tomography of the various component layers, the monitoring data record 70 is created, which is compared with the reference monitoring data record 50 for monitoring the additive manufacturing of at least the component region 12. The monitoring data record 70 is stored in the memory of the control device 30.
Aus der Zusammenschau von Fig. 2 und Fig. 3 ist erkennbar, dass bei der Herstellung des Bau teilbereichs 12 (siehe Fig. 3) eine deutlich gleichmäßigere Energieeinbringung mittels des Ener giestrahls 28 erfolgt, als bei der Herstellung des Referenz-Bauteilbereichs 60 (siehe Fig. 2). From the synopsis of FIGS. 2 and 3 it can be seen that during the production of the construction sub-area 12 (see FIG. 3), a significantly more uniform introduction of energy by means of the energy beam 28 takes place than during the production of the reference component area 60 (see FIG Fig. 2).
FIG. 4 und Fig. 5 zeigen jeweils schematische Detailansichten verschiedener Oberflächenseg mente des Referenz-Bauteilbereichs 60. Fig. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung einen in Fig. 2 umrandeten Bereich A, wohingegen Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines in Fig. 2 umrandeten Bereichs B zeigt. Im Bereich A erfolgte bei der additiven Herstellung eine größere Energieeinbringung anhand des Energiestrahls 28, wobei im Bereich A eines der Intensitätmaxima 66 zu erkennen ist. Dementsprechend ist im Bereich A eine größere Anzahl an Defekten 76 (Defektan zahl) in Form von Poren und Rissen und eine größere Dichte an Defekten 76 (Defektdichte) erkennbar als im Bereich B, wie aus der Zusammenschau von Fig. 4 und Fig. 5 hervorgeht. FIG. 4 and 5 each show schematic detailed views of different surface segments of the reference component area 60. FIG. 4 shows an enlarged illustration of an area A outlined in FIG. 2, whereas FIG. 5 shows an enlarged illustration of an area B outlined in FIG . In area A, during additive manufacturing, a greater amount of energy was introduced using the energy beam 28, with one of the intensity maxima 66 increasing in area A recognize is. Accordingly, a greater number of defects 76 (number of defects) in the form of pores and cracks and a greater density of defects 76 (defect density) can be seen in area A than in area B, as can be seen from a synopsis of FIGS. 4 and 5 .
FIG. 6 zeigt zur weiteren Verdeutlichung eine Gefugeschliffbild des in Fig. 5 dargestellten Be reichs B, wohingegen Fig. 7 ein weiteres Gefugeschliffbild des in Fig. 4 dargestellten Bereichs A zeigt. Die in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigten Darstellungen können beispielsweise durch Elektro nenrückstreubeugung (EBSD) gewonnen werden. Aus der Zusammenschau von Fig. 6 und Fig. 7 ist erkennbar, dass ein geringer Energieeintrag zu geringeren Referenz-Falschfarbwerten 64 so wie zu geringerer Korngröße (siehe Fig. 6) in einer Gefügestruktur des Referenz-Bauteilbereichs 60 führen kann, wohingegen ein im Vergleich dazu größerer Energieeintrag zu größeren Refe renz-Falschfarbwerten 64 sowie zu größerer Korngröße (siehe Fig. 7) in der Gefügestruktur des Referenz-Bauteilbereichs 60 führen kann. Es hat sich also insgesamt gezeigt, dass mit höherem Energieeintrag anhand des Energiestrahls 28 in Teilbereichen des Referenz-Bauteilbereiches 60 bzw. des Bauteilbereichs 12 auch eine größere Gefügeanisotropie und damit größere Werkstoff- kömer in diesen Teilbereichen auftreten, wobei die Teilbereiche mit höherem Energieeintrag auch durch entsprechend höhere, durch optische Tomographie ermittelte Referenz- Falschfarbwerte 64 bzw. Falschfarbwerte 74, beispielsweise in Form von höheren Grauwerten, erkannt, insbesondere quantifiziert werden können. Je höher die Referenz-Falschfarbwerte 64 bzw. Falschfarbwerte 74 also sind, desto größer sind infolge des Energieeintrags auch die ent sprechenden Werkstoffkömer bzw. die entsprechende Gefügeanisotropie. FIG. For further clarification, FIG. 6 shows a micrograph of the region B shown in FIG. 5, whereas FIG. 7 shows a further micrograph of the region A shown in FIG. The representations shown in FIG. 6 and FIG. 7 can be obtained, for example, by electron backscattering (EBSD). From the synopsis of FIGS. 6 and 7 it can be seen that a low energy input can lead to lower reference false color values 64 as well as to a lower grain size (see FIG. 6) in a microstructure of the reference component region 60, whereas a comparison in addition, greater energy input can lead to greater false reference color values 64 and to greater grain size (see FIG. 7) in the microstructure of the reference component region 60. Overall, it has been shown that with a higher energy input based on the energy beam 28 in partial areas of the reference component area 60 or the component area 12, a greater structural anisotropy and thus larger material grains also occur in these partial areas, with the partial areas with higher energy input also through Correspondingly higher reference false color values 64 or false color values 74 determined by optical tomography, for example in the form of higher gray values, can be recognized, in particular quantified. The higher the reference false color values 64 or false color values 74 are, the greater are the corresponding material grains and the corresponding structural anisotropy as a result of the energy input.
Das vorliegende Schichtbauverfahren bzw. die vorliegende Schichtbauvorrichtung 10 ermöglicht eine wirksame Abschätzung einer zu erwartenden Defektverteilung in Form einer Defekthäufig keit und Defektgröße bzw. der Defektdichte und zusätzlich oder alternativ der Defektanzahl in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie anhand der ermittelten Referenz-Falschfarbwerte 64 bzw. Falschfarbwerte 74, bei welchen es sich beispielsweise um jeweilige Grauwerte handeln kann. Durch die optische Tomografie kann anhand der Referenz-Falschfarbwerte 64 bzw. The present layer construction method or the present layer construction device 10 enables an effective estimation of an expected defect distribution in the form of a defect frequency and defect size or the defect density and additionally or alternatively the number of defects depending on the component geometry using the determined reference false color values 64 or false color values 74 , which can be, for example, respective gray values. Optical tomography can use the reference false color values 64 or
Falschfarbwerte 74 eine jeweilige Bewertung einer Orientierung und Verteilung von Material- kömem mittlerer und maximaler Größe erfolgen. Anhand der optischen Tomografie kann zudem ein durch das Aufschmelzen anhand des Energiestrahls 28 beeinflusster Wärmehaushalt im Bau teil 14 bzw. im Bauteilbereich 12 optimiert werden. Die optische Tomografie gestattet es anhand der Referenz-Falschfarbwerte 64 bzw. Falschfarbwerte 74 jeweilige Teilbereiche zu erkennen, in welchen unterschiedliche Temperaturen herrschen. Durch die optische Tomografie können beispielsweise Wärmeleitbedingungen im Bauteilbereich 12 bzw. im Referenz-Bauteilbereich 60 aufgrund der jeweiligen Bauteilgeometrie berücksichtigt und damit ungewollte Änderungen von Einflussgrößen wie beispielsweise einer Scanvektorlänge und eines Spurüberlapps vermieden werden. Dadurch können unerwünschte, wesentliche Änderungen der jeweiligen Referenz- Gefügestruktur bzw. Gefügestruktur und damit einhergehende Änderungen der Materialeigenschaften (statische und zyklische Festigkeit, Defektdichte) des aufgeschmolzenen Werkstoffs 22 vermieden werden. False color values 74 a respective evaluation of an orientation and distribution of material grains of medium and maximum size take place. Using the optical tomography, a heat balance in the component 14 or in the component area 12 influenced by the melting using the energy beam 28 can also be optimized. Optical tomography makes it possible to identify respective partial areas on the basis of the reference false color values 64 or false color values 74, in which different temperatures prevail. The optical tomography can, for example, take into account heat conduction conditions in the component area 12 or in the reference component area 60 due to the respective component geometry and thus avoid unwanted changes in influencing variables such as a scan vector length and a track overlap. As a result, undesired, essential changes in the respective reference microstructure or microstructure and associated changes in the material properties (static and cyclic strength, defect density) of the melted material 22 can be avoided.
Das Schichtbauverfahren bzw. die Schichtbauvorrichtung 10 ermöglichen es die lokalen Intensi- tätsmaxima 66 zu nutzen, um den Wärmehaushalt gezielt einzustellen. Zusätzlich kann auch ein Referenz-Falschfarbmittelwert aus den Referenz-Falschfarbwerten 64 gebildet werden um das additive Herstellen des Bauteilbereichs 12 bzw. des Bauteils 14 basierend auf dem Referenz- Falschfarbmittelwert, welcher beispielsweise als Grauwertlagenmittelwert ausgebildet sein kann, schichtweise stabil zu halten. The layer construction method or the layer construction device 10 make it possible to use the local intensity maxima 66 in order to set the heat balance in a targeted manner. In addition, a reference false color mean value can also be formed from the reference false color values 64 in order to keep the additive manufacturing of the component region 12 or the component 14 based on the reference false color mean value, which can be designed as a gray value position mean value, layer by layer.
Anhand des vorliegenden Schichtbauverfahrens bzw. anhand der Schichtbauvorrichtung 10 kann eine Korrelation zwischen den lokalen Intensitätsmaxima 66 der Referenz-Falschfarbwerte 64 und den Werkstoffeigenschaften des Werkstoffs 22 sowie der Defektverteilung genutzt werden um den Bauteilbereich 12 bzw. das Bauteil 14 additiv herzustellen. Using the present layer construction method or using the layer construction device 10, a correlation between the local intensity maxima 66 of the reference false color values 64 and the material properties of the material 22 and the defect distribution can be used to additively produce the component region 12 or the component 14.
Durch Analyse jeweiliger, anhand der Kamera 36 aufgezeichneter Schichtdaten des Referenz- Bauteilbereichs 60 bzw. des Referenz-Bauteils 62 in Bezug auf die lokalen Intensitätsmaxima 66 können die Änderungen im Wärmehaushalt, wie anhand von Fig. 2 erkennbar, aufgezeigt und bewertet werden. By analyzing the respective layer data of the reference component region 60 or the reference component 62 recorded with the aid of the camera 36 in relation to the local intensity maxima 66, the changes in the heat balance, as can be seen from FIG. 2, can be shown and evaluated.
Der Referenz-Bauteilbereich 60 bzw. das Referenz-Bauteil 62 kann zunächst mit einem konstanten Referenz-Belichtungsparameterwert des Energiestrahls 28 aufgebaut und durch die optische Tomografie aufgezeichnet werden, wodurch die Referenz-Falschfarbwerte 64 schichtweise, beispielsweise als Referenz-Grauwerte, erfasst werden können. Eine Normierung und Angleichung der erfassten Referenz-Falschfarbwerte 64 auf einen definierten Referenz-Sollwert (mit definier ter Referenz-Gefügestruktur und Defektverteilung) kann Eingangsgröße für die Berechnung ei nes auf die Bauteilgeometrie des Bauteilbereichs 12 oder des Bauteils 14 bezogenen Parameters in Form des wenigstens einen Belichtungsparameterwertes sein, der als Ziel eine gleichmäßigere Gefügestruktur sowie Defektverteilung im Bauteilbereich 12 bzw. im Bauteil 14 liefert. The reference component area 60 or the reference component 62 can initially be built up with a constant reference exposure parameter value of the energy beam 28 and recorded by optical tomography, whereby the reference false color values 64 can be recorded in layers, for example as reference gray values. A normalization and adjustment of the recorded reference false color values 64 to a defined reference target value (with defined reference microstructure and defect distribution) can be an input variable for calculating a parameter related to the component geometry of the component region 12 or the component 14 be in the form of the at least one exposure parameter value which, as the target, provides a more uniform microstructure and defect distribution in the component region 12 or in the component 14.
Zeigen beispielsweise die Referenz-Falschfarbwerte 64 bei der additiven Herstellung des Refe- renz-Bauteilbereichs 60 bzw. des Referenz-Bauteils 62 Intensitätsschwankungen von 20 %, so kann der wenigstens eine Belichtungsparameterwert zum additiven Herstellen des Bauteilbe reichs 12 bzw. des Bauteils 14 derart eingestellt werden, dass die Energieeinbringung bei der Herstellung des Bauteilbereichs 12 bzw. des Bauteils 14 im Vergleich zur additiven Herstellung des Referenz-Bauteilbereichs 60 bzw. des Referenz-Bauteils 62 um 20 % reduziert wird. For example, if the reference false color values 64 show intensity fluctuations of 20% during the additive manufacture of the reference component area 60 or the reference component 62, the at least one exposure parameter value for the additive manufacture of the component area 12 or the component 14 can be set in this way that the energy input during the production of the component region 12 or the component 14 is reduced by 20% compared to the additive production of the reference component region 60 or the reference component 62.
Die Analyse der lokalen Referenz-Falschfarbwerte 64 (beispielsweise der lokalen Referenz- Grauwerte) ermöglicht eine lokale und damit ortsabhängige Bewertung des Wärmehaushalts und daraus resultierende Werkstoffeigenschaften im Referenz-Bauteil 62 bzw. dem Bauteil 14. Die Analyse der lokalen Referenz-Falschfarbwerte 64 kann als Eingangsgröße für die baute ilgeomet- rieabhängige Anpassung des Belichtungsparameterwertes verwendet werden. Durch dreidimensionale Analyse eines aus jeweiligen Einzelschichten des Referenz-Bauteilbereichs 60 bzw. des Referenz-Bauteils 62 aufgebauten Referenz-Bildstapels können besonders relevante Bereiche für eine zerstörende Prüfung identifiziert werden. Die Möglichkeit der Überwachung der Referenz- Falschfarbwerte 64 kann auch dazu verwendet werden, Parameter für gezielte Gefügeeinstellun- gen mit bestimmten mechanischen Eigenschaften abzusichern. The analysis of the local reference false color values 64 (for example the local reference gray values) enables a local and thus location-dependent evaluation of the heat balance and the resulting material properties in the reference component 62 or the component 14. The analysis of the local reference false color values 64 can be carried out as Input variable can be used for the structural geometry-dependent adaptation of the exposure parameter value. By means of a three-dimensional analysis of a reference image stack composed of respective individual layers of the reference component region 60 or the reference component 62, particularly relevant regions for a destructive test can be identified. The possibility of monitoring the reference false color values 64 can also be used to secure parameters for specific structural settings with specific mechanical properties.
Bezugszeichenliste: List of reference symbols:
10 Schichtbauvorrichtung 10 layer construction device
12 Bauteilbereich 12 Component area
14 Bauteil 14 component
16 Pulverzuführung 16 powder feed
18 Pulverbehälter 18 powder containers
20 Beschichter 20 coaters
22 Werkstoff 22 material
24 Bauplattform 24 building platform
26 Strahlungsquelle 26 Radiation source
28 Energiestrahl 28 energy beam
30 Steuereinrichtung 30 control device
32 Einrichtung 32 Setup
34 Heizeinrichtung 34 Heater
36 Kamera 36 camera
40 Scanlinie 40 scan line
50 Referenz-Überwachungsdatensatz 60 Referenz-Bauteilbereich 50 Reference monitoring data record 60 Reference component area
62 Referenz-Bauteil 62 Reference component
64 Referenz-Falschfarbwerte 64 reference false color values
66 lokales Intensitätsmaximum66 local maximum intensity
70 Überwachungsdatensatz 70 Monitoring data set
74 Falschfarbwerte 74 false color values
76 Defekt 76 defect
11 Aufbau- und Fügezone 11 Build-up and joining zone
III Pfeil III arrow
B Bewegung der Bauplattform B Movement of the build platform

Claims

Patentansprüche Claims
1. Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs (12) eines Bauteils (14), insbesondere eines Bauteils (14) einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest folgende Schritte: 1. Layered construction method for the additive manufacture of at least one component region (12) of a component (14), in particular a component (14) of a turbo machine, comprising at least the following steps:
a) Bereitstellen zumindest eines Referenz-Überwachungsdatensatzes (50), welcher auf durch optische Tomographie zumindest eines Referenz-Bauteilbereichs (60) eines Referenz-Bauteils (62) während dessen additiver Herstellung erfassten Referenz- Falschfarbwerten (64) basiert und lokale Intensitätsmaxima (66) der Referenz- Falschfarbwerte (64) charakterisiert; a) Providing at least one reference monitoring data set (50) which is based on reference false color values (64) recorded by optical tomography of at least one reference component area (60) of a reference component (62) during its additive production and local intensity maxima (66) the reference false color values (64) characterized;
b) Aufträgen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs (22) auf mindes tens eine Aufbau- und Fügezone (II) mindestens einer bewegbaren Bauplattform(24); c) lokales Verfestigen des Werkstoffs(22) zum Ausbilden einer Bauteilschicht, indem der Werkstoff (22) mit wenigstens einem Energiestrahl (28) entlang von Scanlinien (40) selektiv abgetastet und aufgeschmolzen wird, wobei wenigstens ein Belich tungsparameterwert des Energiestrahls (28) in Abhängigkeit von dem zumindest einen Referenz-Überwachungsdatensatz (50) und dadurch in Abhängigkeit von zumin dest einem der lokalen Intentsitätsmaxima (66) eingestellt wird; b) applying at least one powder layer of a material (22) to at least one build-up and joining zone (II) of at least one movable building platform (24); c) local solidification of the material (22) to form a component layer by the material (22) being selectively scanned and melted with at least one energy beam (28) along scan lines (40), at least one exposure parameter value of the energy beam (28) in Is set as a function of the at least one reference monitoring data set (50) and thereby as a function of at least one of the local intensity maxima (66);
d) Schichtweises Absenken der Bauplattform (24) um eine vordefinierte Schichtdicke; und d) lowering the construction platform (24) layer by layer by a predefined layer thickness; and
e) Wiederholen der Schritte b) bis d) bis zur Fertigstellung des Bauteilbereichs (12). e) repeating steps b) to d) until the component area (12) is completed.
2. Schichtbauverfahren nach Anspruch 1, 2. Layer construction method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der zumindest eine Referenz-Überwachungsdatensatz (50) eine Referenz- Gefügestrukturverteilung zumindest in dem Referenz-Bauteilbereich (60) sowie zumindest ei nen, der Referenz-Gefügestrukturverteilung zugeordneten Referenz-Belichtungsparameterwert charakterisiert. the at least one reference monitoring data set (50) characterizes a reference structure distribution at least in the reference component area (60) and at least one reference exposure parameter value assigned to the reference structure distribution.
3. Schichtbauverfahren nach Anspruch 2, 3. Layer construction method according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Referenz-Gefügestrukturverteilung und dem zumindest einen Referenz- Belichtungsparameterwert wenigstens ein Korrekturwert ermittelt wird, um welchen der wenigstens eine Belichtungsparameterwert von dem zumindest einen Referenz- Belichtungsparameterwert abweichend eingestellt wird, wodurch zumindest der Bauteilbereich (12) mit einer Gefügestrukturverteilung versehen wird, welche eine geringere Defektdichte und/oder eine geringere Defektanzahl aufweist, als die Referenz-Gefügestrukturverteilung. characterized in that As a function of the reference structure distribution and the at least one reference exposure parameter value, at least one correction value is determined by which the at least one exposure parameter value is set differently from the at least one reference exposure parameter value, whereby at least the component area (12) is provided with a structure distribution, which has a lower defect density and / or a lower number of defects than the reference structure distribution.
4. Schichtbauverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Layer construction method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
als der wenigstens eine Belichtungsparameterwert ein Energieeintrag des wenigstens einen Energiestrahls (28) eingestellt wird. an energy input of the at least one energy beam (28) is set as the at least one exposure parameter value.
5. Schichtbauverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Layer construction method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in Schritt c) ein auf optischer Tomographie zumindest der Bauteilschicht basierender Überwa chungsdatensatz (70) erstellt wird, welcher zur Überwachung des additiven Herstellens zumin dest des Bauteilbereichs (12) mit dem Referenz-Überwachungsdatensatz (50) verglichen wird. in step c) a monitoring data set (70) based on optical tomography of at least the component layer is created, which is compared with the reference monitoring data set (50) to monitor the additive manufacturing of at least the component area (12).
6. Schichtbauverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Layer construction method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in Schritt c) ein Laserstrahl als der Energiestrahl (28) verwendet wird. in step c) a laser beam is used as the energy beam (28).
7. Schichtbauverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Layer construction method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
als der Werkstoff (22) wenigstens ein Material aus der Gruppe Stahl, Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Kobaltbasislegierungen, Chrombasislegierungen, Nickelbasislegierungen, Kup ferlegierungen, intermetallische Legierungen oder eine beliebige Mischung hieraus verwendet wird. as the material (22) at least one material from the group steel, aluminum alloys, titanium alloys, cobalt-based alloys, chromium-based alloys, nickel-based alloys, copper alloys, intermetallic alloys or any mixture thereof is used.
8. Schichtbauvorrichtung (10) zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs (12) eines Bauteils (14) durch ein additives Schichtbauverfahren, umfassend: - mindestens eine Pulverzuführung (16) zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs (22) auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone (II) mindestens einer bewegbaren Bauplattform (24); 8. Layer construction device (10) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14) by an additive layer construction method, comprising: - At least one powder feed (16) for applying at least one powder layer of a material (22) to at least one construction and joining zone (II) of at least one movable construction platform (24);
- mindestens eine Strahlungsquelle (26) zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls (28) zum schichtweisen und lokalen Verfestigen des Werkstoffs (22) durch selektives Abtasten und Aufschmelzen des Werkstoffs (22) entlang von Scanlinien (40); und - At least one radiation source (26) for generating at least one energy beam (28) for layer-by-layer and local solidification of the material (22) by selective scanning and melting of the material (22) along scan lines (40); and
- eine Steuereinrichtung (30), welche dazu ausgebildet ist: - A control device (30) which is designed to:
- die Pulverzuführung (16) so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs (22) auf die Aufbau- und Fügezone (II) der Bauplattform (24) aufträgt; und - to control the powder feed (16) so that it applies at least one powder layer of the material (22) to the build-up and joining zone (II) of the build platform (24); and
- die Bauplattform (24) so zu steuern, dass diese schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt wird, - to control the construction platform (24) so that it is lowered in layers by a predefined layer thickness,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Steuereinrichtung (30) dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle (26) anzusteuern und dadurch wenigstens einen Belichtungsparameterwert des Energiestrahls (28) in Abhängigkeit von zumindest einem Referenz-Überwachungsdatensatz (50) einzustellen, wobei der zumindest eine Referenz-Überwachungsdatensatz (50) auf durch optische Tomographie zumindest eines Referenz-Bauteilbereichs (60) eines Referenz-Bauteils (62) während dessen additiver Flerstel- lung erfassten Referenz-Falschfarbwerten (64) basiert und lokale Intensitätsmaxima (66) der Re ferenz-Falschfarbwerte (64) charakterisiert, wobei die Steuereinrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Belichtungsparameterwert des Energiestrahls (28) in Abhängigkeit von zumindest einem der lokalen Intensitätsmaxima (66) einzustellen. the control device (30) is set up to control the radiation source (26) and thereby set at least one exposure parameter value of the energy beam (28) as a function of at least one reference monitoring data set (50), the at least one reference monitoring data set (50) being through optical tomography of at least one reference component area (60) of a reference component (62) is based on reference false color values (64) recorded during its additive creation and characterizes local intensity maxima (66) of the reference false color values (64), the control device (30) is set up to set the at least one exposure parameter value of the energy beam (28) as a function of at least one of the local intensity maxima (66).
9. Schichtbauvorrichtung (10) nach Anspruch 8, 9. layer construction device (10) according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
diese als selektive Lasersinter- und/oder -Schmelzvorrichtung ausgebildet ist. this is designed as a selective laser sintering and / or melting device.
10. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerpro grammprodukts durch eine Steuereinrichtung (30) einer Schichtbauvorrichtung (10) nach An spruch 8 oder 9 die Schichtbauvorrichtung (10) veranlassen, das Schichtbauverfahren nach ei nem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. 10. Computer program product, comprising instructions which, when the computer program product is executed by a control device (30) of a layer construction device (10) according to claim 8 or 9, cause the layer construction device (10) to carry out the layer construction method according to one of claims 1 to 7.
11. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinrichtung (30) einer Schichtbauvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9 die Schicht- bauvorrichtung (10) veranlassen, das Schichtbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. 11. Computer-readable storage medium, comprising instructions which, when executed by a control device (30) of a layer construction device (10) according to claim 8 or 9, define the layer cause construction device (10) to carry out the layer construction method according to one of claims 1 to 7.
12. Bauteil (14), insbesondere Turbinenbauteil einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest einen Bauteilbereich (12), der mittels einer Schichtbauvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9 und/oder mittels eines Schichtbauverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist. 12. Component (14), in particular turbine component of a turbomachine, comprising at least one component area (12) which is produced by means of a layer construction device (10) according to claim 8 or 9 and / or by means of a layer construction method according to one of claims 1 to 7.
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