WO2021047821A1 - MATERIALABSCHEIDUNGSEINHEIT MIT MEHRFACHER MATERIALFOKUSZONE SOWIE VERFAHREN ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN - Google Patents

MATERIALABSCHEIDUNGSEINHEIT MIT MEHRFACHER MATERIALFOKUSZONE SOWIE VERFAHREN ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN Download PDF

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Björn Sautter
Marco OPITZ
Benedikt WESSINGER
Timo STEEB
Franziska SPITZ
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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Definitions

  • Laser metal deposition also Laser Metal Deposition (LMD), Direct Metal Deposition (DMD) or Direct Energy Deposition (DED) is a generative manufacturing process for metallic structures.
  • LMD Laser Metal Deposition
  • DMD Direct Metal Deposition
  • DED Direct Energy Deposition
  • laser deposition welding is carried out as follows: A weld pool is generated on a component surface by means of a laser or a base material forming the component surface is heated. If in the following we speak of a melt pool, that means too A general process zone is meant that comprises a heated or melted base material. The molten bath can, for example, melt a few micrometers of the base material, but greater melting depths are also common. Metal powder is automatically introduced by means of a powder dispensing device, usually in the form of a nozzle. There are welded beads or layers of material that result in structures on existing or new base bodies or components.
  • (Laser) deposition welding enables, for example, the application of 3D structures to existing or new, possibly also uneven surfaces. Geometry changes can be implemented easily in this way.
  • By changing the powder or the powder composition it is possible to switch between different materials in one work process. It is also possible to mix the powder used from different materials and thereby create alloys.
  • To create wear protection layers it is possible, for example, to supply a matrix material that melts in the weld pool in powder form and also supply a hard material, which typically does not melt at the temperatures prevailing in the melt pool, also in powder form.
  • a material deposition unit is usually used, with a laser unit which is set up to direct a laser beam onto a workpiece, and with a Powder dispensing device which is set up to dispense powder in a directed form to the workpiece.
  • the powder dispensing device is usually designed in such a way that it dispenses the material powder in the direction of the workpiece via an annular gap nozzle or several powder dispensing units, which can be designed, for example, as powder outlet openings. This results in one or a plurality of powder jets. These powder jets are focused in a material focus zone.
  • the previous systems are sensitive with regard to the distance between the powder dispenser and the powder focus position to the workpiece as well as the combination of the angle of attack (angle at which the laser beam is directed at the workpiece), distance and diameter of the material focus.
  • the object of the present invention is now to provide a material separation unit and a method for laser deposition welding which are particularly flexible and enable robust process management. This object is achieved by a material separation unit according to claim 1 and a method for
  • the material separation unit consequently covers: A radiation unit which is designed to emit electromagnetic radiation in a directed manner, in particular a laser unit and a powder dispenser.
  • the radiation unit in particular laser unit, is set up to direct electromagnetic radiation, in particular a laser beam, onto a workpiece along a beam axis extending in a beam direction, in particular to focus it there (it can also be provided that the workpiece is defocused).
  • the radiation in particular the laser beam impinging there, in particular focused there, generates a melt pool or a melt pool on the workpiece.
  • the powder dispensing device is designed to dispense a material powder, which is typically a metallic or ceramic powder or comprises such a powder, to the workpiece. Typically, this is done using a powder gas jet.
  • the powder dispensing device comprises a plurality of powder dispensing units which are set up to dispense the powder in a directed form (for example in the form of a jet or several jets) to the workpiece.
  • the material separation unit is characterized in that the powder dispensing device comprises at least a first powder dispensing unit and a second powder dispensing unit, which are each set up in such a way that they focus the material powder dispensed by them on a respective first or second material focus zone.
  • the first and second material focus zones are arranged at a distance from one another in the beam direction.
  • the areas where the Powder jets emitted from powder dispensing units are brought together in a focused manner are spaced from one another along the direction in which the laser beam is directed onto the workpiece.
  • the material focus zones typically fall on the beam axis.
  • the powder dispensing device comprises further powder dispensing units which are each set up in such a way that they focus the material powder dispensed by them on a respective further material focus zone.
  • These further material focus zones can in turn be arranged at a distance from the first and second material focus zones in the beam direction.
  • each of the powder dispensing units has a plurality
  • the first powder dispensing unit typically has a plurality, in particular at least three, first powder outlet openings.
  • the second powder dispensing unit typically has a plurality, in particular at least three, second powder outlet openings.
  • the individual powder jets from the powder outlet openings are brought together or focused in the respective material focus zone.
  • the individual powder jets therefore meet in this zone.
  • the powder dispensing units or the respective Powder outlet openings arranged and set up accordingly. In other words, they are set up such that they emit the powder jets in a correspondingly directed manner.
  • the plurality of first powder outlet openings and the plurality of second powder outlet openings each include the same number of respective powder outlet openings. This makes it possible, in particular, to ensure in a simple manner that the same amount of material is focused in each of the two material focus zones. In addition, in this way, direction-independent material focus zones can be created in a simple constructive manner.
  • the first powder outlet openings are set up to each have a powder jet in a first
  • the second powder outlet openings are set up to each deliver a powder jet at a second powder feed angle relative to the beam axis in the direction of the second material focus zone.
  • the first powder feed angle and the second powder feed angle can be different. This makes it possible, for example, to create an arrangement of material focus zones offset along the beam axis, but with the powder outlet openings of the first and second types along viewed the beam axis can be arranged at the same height and on the same pitch circle diameter.
  • the first and the second powder feed angle can, however, also be identical and the powder outlet openings can nevertheless be arranged in the same plane along the beam axis, in which case it can then be provided, for example, that the material focus zones spaced along the beam axis are realized
  • Powder outlet openings of the first and second type are arranged at different distances from the beam axis (the powder outlet openings of the first and second type or further types can be arranged on different hole circle diameters).
  • the powder outlet openings of the first type can be arranged on a first imaginary circle around the beam axis and the
  • Powder outlet openings of the second type can be arranged on a second imaginary circle around the jet axis.
  • the powder outlet openings of the first type all have the same powder feed angle and that the powder outlet openings of the second type likewise all have the same powder feed angle (possibly different from the first).
  • the first powder outlet openings are arranged at a first distance from the beam axis, as seen in a viewing plane running orthogonally to the beam axis, and the second powder outlet openings are arranged in this viewing plane at a second distance, which differs from the first distance, to the beam axis (further types can be arranged at further, again different distances).
  • the powder outlet openings of the first and second types can lie in the plane of observation as seen along the beam direction (that is, they can be at the same “height” along the beam axis).
  • the powder outlet openings of the first type typically lie on a first imaginary circle around the jet axis and the powder outlet opening of the second type on a second imaginary circle around the jet axis.
  • the powder outlet openings of the two types in the viewing plane are each arranged at the same distance from the jet axis or are each arranged on the same imaginary circle around the jet axis.
  • the powder outlet openings can lie in the viewing plane.
  • the powder outlet openings are typically designed in such a way that they have different powder feed angles.
  • Powder outlet openings of the first and second type each lie in a first and second plane running orthogonally to the jet axis, the two planes being arranged at a distance from one another in the jet direction.
  • the different types of powder outlet openings in Beam direction are arranged at different heights along the beam axis.
  • a combination of the different options for arranging the different types of powder outlet openings can also be provided, for example at different distances from the jet axis and with different powder feed angles.
  • an arrangement in different planes and with different powder feed angles is also possible within the meaning of the invention.
  • an arrangement in different planes and at different distances from the beam axis is also possible within the meaning of the invention.
  • an arrangement in different planes and at different distances from the beam axis and with different powder feed angles is also possible within the meaning of the invention.
  • the material separation unit comprises a powder dividing unit, by means of which a central powder flow is distributed uniformly over the various powder dispensing units or uniformly over the various powder outlet openings.
  • the material separation unit is typically designed in such a way that the powder outlet openings are arranged in a uniformly distributed manner in the circumferential direction around the jet axis. In particular, this results in a preferred uniform application behavior of the material separation unit.
  • the plurality of first powder outlet openings is connected to a different powder source than the plurality of second powder outlet openings. This is particularly suitable when different powder materials are to be applied in combination.
  • a hard material can hereby be combined with a matrix material, so that wear protection layers can advantageously be applied.
  • the matrix material is then preferably applied with a different material focus than the hard material particles.
  • the present invention also relates to a method for build-up welding, in particular laser build-up welding.
  • electromagnetic radiation in particular a laser beam
  • the radiation in particular the laser radiation or the focusing of the laser beam, generates a melt pool or heats the workpiece.
  • a powder material is fed to the weld pool or the heated workpiece surface via several powder jets.
  • the material focus zone is focused and a second plurality of powder jets is focused in a second material focus zone, the two material focus zones being arranged at a distance from one another along the jet axis are.
  • further material focus zones can also be provided at further intervals.
  • a matrix material is fed to the melt pool or the heated impact point via the first plurality of powder jets, this matrix material typically in the melt pool (or under the conditions prevailing there, for example already in flight or on the Section to the melt pool or the heated point of impact) melts and can be formed, for example, by a metallic material.
  • a hard material is fed to the melt pool via the second plurality of powder jets and typically does not melt in the melt pool (or is selected so that the hard material particles do not melt under the conditions prevailing there, or do not melt until the melt pool solidifies again is).
  • this process variant is particularly suitable for producing wear protection layers. Hard material particles can be melted in the melt pool or in the laser beam in front of the workpiece. However, this is not mandatory. It can be provided that they are merely heated.
  • FIG. 1 shows a material separation unit according to the invention when irradiating a workpiece
  • FIG. 2 shows a material separation unit according to the invention when irradiating a workpiece with focus zones lying above the workpiece;
  • FIG. 3 shows an arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a material separation unit with two different types of powder outlet openings with the same powder feed angle
  • FIG. 5 shows a material separation unit with two material outlet openings which are arranged in different planes
  • FIG. 6 shows a material separation unit with a powder dividing unit
  • FIG. 7 shows a material separation unit with two powder dividing units.
  • a material separation unit bears the overall reference number 10 in FIG. 1.
  • the material separation unit comprises, on the one hand, a laser unit 12 and a powder dispensing device 14, the
  • Powder dispensing device 14 comprises a plurality of powder dispensing units 16, each of which in turn comprises a plurality of powder outlet openings 18.
  • the laser unit 12 which is an example of a radiation unit that is designed for directed emission of electromagnetic radiation, is set up in such a way that it directs a laser beam 20 in a beam direction 22 onto a workpiece 24.
  • the beam direction 22 is shown here aligned perpendicular to the workpiece surface. However, it can also be guided at an angle of incidence other than 90 ° with respect to the workpiece.
  • the beam direction 22 extends along a jet axis 26.
  • the powder outlet openings 18 are arranged around the jet axis 26.
  • the powder dispensing units 16 or powder outlet openings 18 are each set up to dispense a powder 27 in the form of respective powder jets 28 in a directed form to the workpiece 24.
  • first powder outlet openings 18a is provided and a plurality of second powder outlet openings 18b (not shown).
  • First powder jets 28a emerge from the first powder outlet openings 18a and second powder jets 28b emerge from the second powder outlet openings 18b.
  • the second powder outlet openings 18b are offset from the first powder outlet openings 18a in a circumferential direction U about the jet axis 26. Further types of powder outlet openings 18 can be provided.
  • the laser beam 20 is focused on the workpiece 24 (the beam can also be defocused) and forms a process zone on the workpiece 24 or on its surface 29, which in the present case is designed as a molten bath 30 (hereinafter referred to as a molten bath 30 , but this also means a heated section of the workpiece surface; in general, the explanations refer to a general process zone).
  • the powder jets 28a and 28b or the powder 27 transported through them hits the molten bath 30, powder jets 28a being focused in a first material focus zone 32a and the second powder jets 28b in a second material focus zone 32b. More about the two Material focus zones 32 spaced apart from one another are conceivable within the meaning of the invention.
  • the material focus zones 32 are in the present case along the transport direction of the powder jets 28 behind the melt pool 30 or the workpiece surface (also a
  • a material separation unit 10 is shown which is designed in accordance with that of FIG.
  • the material focus zones 32 lie along the transport direction of the powder jets 28, however, in front of the process zone or the melt bath 30 or the workpiece surface.
  • the material separation unit 10 is shown schematically as viewed from the workpiece along the beam axis 26.
  • the powder outlet openings 18a of the first type and the powder outlet openings 18b of the second type lie on a common imaginary circle 38 (the imaginary circle is arranged in a viewing plane 39 which extends orthogonally to the beam axis 26 and in which the powder outlet openings 18 are located).
  • An arrangement on different imaginary circles is also possible, which will be explained in connection with FIG.
  • the powder outlet openings 18 are set up in such a way that they have powder feed angles 40, the powder feed angles 40a of the powder outlet openings 18a of the first type and the powder feed angles 40a of the powder outlet openings 18b of the second type being different.
  • the different powder feed angles 40 result in material focus zones 32 arranged offset along the jet axis.
  • the powder feed angles 40 describe the angle at which the respective powder jets 28 emerging from the outlet openings 18 run to the jet axis 26.
  • FIG. 4 shows an alternative material separation unit 10 in which the outlet openings 18a and 18b of the first, second type each have the same powder feed angle 40a and 40b.
  • the powder outlet openings 18a of the first type and the powder outlet openings 18b of the second type are arranged on different imaginary circles 38 and 42 around the beam axis 26.
  • the Powder outlet openings 18a of the first type and the powder outlet openings 18b of the second type can be arranged offset from one another laterally or perpendicular to the jet axis 22.
  • Material separation unit 10 as shown in Figure 5, is possible.
  • the material outlet openings are each arranged in two different planes 44 offset from one another towards the beam axis 28.
  • the powder outlet openings are only shown symbolically.
  • the material separation unit 10 is shown in a side view similar to that of FIG.
  • a schematic material separation unit 10 which comprises a powder dividing unit 46.
  • the powder dividing unit 46 is designed to uniformly distribute a central powder flow 48 over the powder outlet openings 18 (an uneven division is also conceivable). For this purpose, it divides the central powder flow 48 into corresponding partial flows.
  • the central powder stream 48 is fed to the powder dividing unit 46 from a central powder source 52 as a powder gas stream.
  • a schematic material separation unit 10 is shown, which comprises a first powder dividing unit 46a and a second powder dividing unit 46b.
  • the powder dividing units 46 are designed to distribute a first central powder stream 48a or a second central powder stream 48b uniformly (an uneven division is also conceivable) to the respective first and second powder outlet openings 18a, 18b. To this end, they each divide the central powder flow 48a or 48b assigned to them into corresponding partial flows 50a and 50b, which in turn are fed to the corresponding first and second powder outlet openings 18a and 18b.
  • the central powder flows 48 are each fed by a central powder source 52a or 52b by means of a powder gas flow.
  • the first powder source 52a provides a matrix material in powder form and the second powder source 52b a hard material. Accordingly, the material separation unit 10 shown in FIG. 7 is particularly suitable for the production of wear protection layers. It is also conceivable in the variant of FIG. 6 to convey a mixture of matrix material to the powder outlet openings 18 via the central powder source 52 in order to produce wear protection layers or other layers.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Materialabscheidungseinheit sowie ein Verfahren zum Auftragschweißen, wobei jeweils versetzt zueinander angeordnete Materialfokuszonen vorgesehen sind.

Description

Titel: Materialabscheidungseinhei t mit mehrfacher
Materialfokuszone sowie Verfahren zum Auftragschweißen
Beschreibung
Laserauftragschweißen (auch Laser Metal Deposition (LMD), Direct Metal Deposition (DMD) oder Direct Energy Deposition (DED) ist ein generatives Fertigungsverfahren für metallische Strukturen.
Laserauftragschweißen wird prinzipiell wie folgt durchgeführt: Auf einer Bauteiloberfläche wird mittels eines Lasers ein Schmelzbad erzeugt oder ein die Bauteiloberfläche bildender Grundwerkstoff erwärmt. Wenn im Folgenden von Schmelzbad gesprochen wird ist damit auch eine allgemeine Prozesszone gemeint, die einen erwärmten oder aufgeschmolzenen Grundwerkstoff umfasst. Das Schmelzbad kann bspw. einige Mikrometer des Grundwerkstoffs aufschmelzen, es sind jedoch auch größerer Aufschmelztiefen üblich. Mittels einer Pulverabgabeeinrichtung, meist in Form einer Düse, wird automatisiert Metallpulver eingebracht. Es entstehen miteinander verschweißte Raupen bzw. Materialschichten, die Strukturen an bestehenden oder neuen Grundkörpern oder Bauteilen ergeben.
(Laser)Auftragschweißen ermöglicht bspw. das Aufbringen von 3D-Strukturen auf bestehenden oder neuen, ggf. auch unebenen Flächen. Geometrieänderungen können auf diese Weise einfach umgesetzt werden. Durch eine Änderung des Pulvers bzw. der Pulverzusammensetzung ist es möglich zwischen verschiedenen Materialien in einem Arbeitsprozess zu wechseln. Es ist auch möglich das verwendete Pulver aus unterschiedlichen Materialien zu mischen und hierdurch Legierungen zu erzeugen. Zur Schaffung von Verschleißschutzschichten ist es bspw. möglich ein im Schmelzbad aufschmelzendes Matrixmaterial in Pulverform zuzuführen und außerdem ein Hartmaterial, das typischerweise bei den im Schmelzbad herrschenden Temperaturen nicht aufschmilzt, ebenfalls in Pulverform zuzuführen .
Beim Laserauftragschweißen wird üblicherweise eine Materialabscheidungseinheit verwendet, mit einer Lasereinheit, die eingerichtet ist, um einen Laserstrahl auf ein Werkstück zu richten, und mit einer Pulverabgabeeinrichtung, die eingerichtet ist, um Pulver in gerichteter Form an das Werkstück abzugeben.
Die Pulverabgabeeinrichtung ist dabei üblicherweise derart ausgebildet, dass sie das Materialpulver über eine Ringspaltdüse oder mehrere Pulverabgabeeinheiten, die beispielsweise als Pulveraustrittsöffnungen ausgebildet sein können, in Richtung des Werkstücks abgibt. Hieraus resultiert ein oder eine Mehrzahl an Pulverstrahlen. Diese Pulverstrahlen werden in einer Materialfokuszone fokussiert. Die bisherigen Systeme sind dabei sensibel im Hinblick auf den Abstand der Pulverabgabeeinrichtung und der Pulverfokuslage zum Werkstück sowie die Kombination aus Anstellwinkel (Winkel in dem der Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet ist), Abstand und Durchmesser des Materialfokus .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun eine Materialabscheidungseinheit sowie ein Verfahren zum Laserauftragschweißen bereitzustellen, die besonders flexibel sind und eine robuste Prozessführung ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine Materialabscheidungseinheit nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum
Laserauftragschweißen nach Anspruch 11 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Die erfindungsgemäße Materialabscheidungseinheit erfasst folglich: Eine Strahlungseinheit, die zu gerichteten Abgabe elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, insbesondere eine Lasereinheit und eine Pulverabgabeeinrichtung. Die Strahlungseinheit, insbesondere Lasereinheit, ist eingerichtet, um elektromagnetische Strahlung, insbesondere einen Laserstrahl, entlang einer sich in einer Strahlrichtung erstreckenden Strahlachse auf ein Werkstück zu richten, insbesondere und dort zu fokussieren (es kann auch vorgesehen sein, dass am Werkstück defokussiert wird). Auf dem Werkstück erzeugt die Strahlung, insbesondere der dort auftreffende, insbesondere dort fokussierte, Laserstrahl einen Schmelzpool bzw. ein Schmelzbad. Die Pulverabgabeeinrichtung ist eingerichtet, um ein Materialpulver, welches typischerweise ein metallisches oder keramisches Pulver ist bzw. ein solches umfasst, an das Werkstück abzugeben. Typischerweise wird dies durch einen Pulvergasstrahl realisiert. Die Pulverabgabeeinrichtung umfasst dabei mehrere Pulverabgabeeinheiten, die eingerichtet sind, um das Pulver in gerichteter Form (bspw. in Form eines Strahls oder mehrerer Strahlen) an das Werkstück abzugeben. Erfindungsgemäß kennzeichnet sich die Materialabscheidungseinheit dadurch, dass die Pulverabgabeeinrichtung wenigstens eine erste Pulverabgabeeinheit und eine zweite Pulverabgabeeinheit umfasst, die jeweils derart eingerichtet sind, dass sie das von ihnen abgegebene Materialpulver an einer jeweiligen ersten bzw. zweiten Materialfokuszone fokussieren.
Die erste und zweite Materialfokuszone sind dabei in Strahlrichtung zueinander beabstandet angeordnet. Mit anderen Worten, die Bereiche, in denen die von den Pulverabgabeeinheiten abgegebenen Pulverstrahlen fokussiert zusammengeführt werden (also die Materialfokuszonen der einzelnen Pulverabgabeeinheiten) sind entlang der Richtung, in der der Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet wird, zueinander beabstandet. Typischerweise fallen die Materialfokuszonen dabei auf die Strahlachse.
Erfindungsgemäß kann auch weiter vorgesehen sein, dass die Pulverabgabeeinrichtung weitere Pulverabgabeeinheiten umfasst, die jeweils derart eingerichtet sind, dass sie das von ihnen abgegebene Materialpulver an einer jeweiligen weiteren Materialfokuszone fokussieren. Diese weiteren Materialfokuszonen können wiederum gegenüber der ersten und zweiten Materialfokuszone in Strahlrichtung beabstandet angeordnet sein.
Typischerweise ist weiter vorgesehen, dass jede der Pulverabgabeeinheiten eine Mehrzahl an
Pulveraustrittsöffnungen aufweist. Entsprechend weist die erste Pulverabgabeeinheit typischerweise eine Mehrzahl, insbesondere wenigstens drei erste Pulveraustrittsöffnungen auf. Die zweite Pulverabgabeeinheit weist typischerweise eine Mehrzahl, insbesondere wenigstens drei, zweite Pulveraustrittsöffnungen auf.
In der jeweiligen Materialfokuszone werden die einzelnen Pulverstrahlen aus den Pulveraustrittsöffnungen zusammengeführt bzw. fokussiert. Die einzelnen Pulverstrahlen treffen also in diese Zone aufeinander. Hierzu sind die Pulverabgabeeinheiten bzw. die jeweiligen Pulveraustrittsöffnungen entsprechend angeordnet und eingerichtet. Mit anderen Worten, sie sind derart eingerichtet, dass sie die Pulverstrahlen entsprechend gerichtet abgeben.
Typischerweise kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an ersten Pulveraustrittsöffnungen und die Mehrzahl an zweiten Pulveraustrittsöffnungen jeweils die gleiche Anzahl an jeweiligen Pulveraustrittsöffnungen umfasst. Hierdurch kann insbesondere auf einfache Art sichergestellt werden, dass in den beiden Materialfokuszonen jeweils die gleiche Menge an Material fokussiert wird. Außerdem lassen sich hierdurch auf einfache konstruktive Art Richtungsunabhängige Materialfokuszonen schaffen.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass die ersten Pulveraustrittsöffnungen eingerichtet sind, um jeweils einen Pulverstrahl in einem ersten
Pulverzuführwinkel relativ zur Strahlachse in Richtung der ersten Materialfokuszone abzugeben und entsprechend die zweiten Pulveraustrittsöffnungen eingerichtet sind, um jeweils einen Pulverstrahl in einem zweiten Pulverzuführwinkel relativ zur Strahlachse in Richtung der zweiten Materialfokuszone abzugeben. Dabei können der erste Pulverzuführwinkel und der zweite Pulverzuführwinkel unterschiedlich sein. Dies erlaubt es beispielsweise eine entlang der Strahlachse versetzte Anordnung von Materialfokuszonen zu schaffen, wobei jedoch die Pulveraustrittsöffnungen der ersten und zweiten Art entlang der Strahlachse gesehen auf gleicher Höhe angeordnet sein können und auf gleichem Lochkreisdurchmesser.
Der erste und der zweite Pulverzuführwinkel können jedoch auch identisch sein und die Pulveraustrittsöffnungen können dennoch in einer gleichen Ebene entlang der Strahlachse angeordnet sein, wobei dann beispielsweise vorgesehen sein kann, dass zur Realisierung der entlang der Strahlachse beabstandeten Materialfokuszonen die
Pulveraustrittsöffnungen der ersten und zweiten Art (ggf. weiterer Arten) unterschiedlich weit zur Strahlachse beabstandet angeordnet sind (die Pulveraustrittsöffnungen der ersten und zweiten Art bzw. weiterer Arten können auf unterschiedlichen Lochkreisdurchmessern angeordnet sein). Beispielsweise können die Pulveraustrittsöffnungen der ersten Art auf einem ersten imaginären Kreis um die Strahlachse angeordnet sein und die
Pulveraustrittsöffnungen der zweiten Art können auf einem zweiten imaginären Kreis um die Strahlachse angeordnet sein. Typischerweise kann allgemein vorgesehen sein, dass die Pulveraustrittsöffnungen der ersten Art alle den gleichen Pulverzuführwinkel aufweisen und die die Pulveraustrittsöffnungen der zweiten Art ebenso alle denselben (ggf. zum ersten unterschiedlichen) Pulverzuführwinkel aufweisen.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die ersten Pulveraustrittsöffnungen in einer orthogonal zur Strahlachse verlaufenden Betrachtungsebene gesehen in einem ersten Abstand zur Strahlachse angeordnet sind und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen in dieser Betrachtungsebene in einem zweiten Abstand, der sich vom ersten Abstand unterscheidet, zur Strahlachse angeordnet sind (weitere Arten können in weiteren, wiederum unterschiedlichen Abständen angeordnet sein). Dabei können die Pulveraustrittsöffnungen der ersten und zweiten Art entlang der Strahlrichtung gesehen in der Betrachtungsebene liegen (also auf gleicher "Höhe" entlang der Strahlachse liegen) . Typischerweise liegen die Pulveraustrittsöffnungen der ersten Art auf einem ersten imaginären Kreis um die Strahlachse und die Pulveraustrittsöffnung der zweiten Art auf einen zweiten imaginären Kreis um die Strahlachse herum.
Es ist auch möglich, dass die Pulveraustrittsöffnungen der beiden Arten in der Betrachtungsebene jeweils im gleichen Abstand zur Strahlachse angeordnet sind bzw. jeweils auf dem gleichen imaginären Kreis um die Strahlachse herum angeordnet sind. Die Pulveraustrittsöffnungen können dabei in der Betrachtungsebene liegen. Typischerweise sind die Pulveraustrittsöffnungen in diesem Fall derart ausgebildet, dass sie unterschiedliche Pulverzuführwinkel aufweisen.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die
Pulveraustrittsöffnungen der ersten und zweiten Art jeweils in einer ersten und zweiten, orthogonal zur Strahlachse verlaufenden Ebene liegen, wobei die beiden Ebenen in Strahlrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten es kann vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen Arten der Pulveraustrittsöffnungen in Strahlrichtung auf unterschiedlichen Höhen entlang der Strahlachse angeordnet sind.
Es kann auch eine Kombination der unterschiedlichen Möglichkeiten zur Anordnung der verschiedenen Arten der Pulveraustrittsöffnungen vorgesehen sein, bspw. in verschiedenem Abstand zur Strahlachse und mit unterschiedlichem Pulverzuführwinkel. Möglich i.S.d. Erfindung ist bspw. auch eine Anordnung in verschiedenen Ebenen und mit unterschiedlichem Pulverzuführwinkel. Möglich i.S.d. Erfindung ist bspw. auch eine Anordnung in verschiedenen Ebenen und in verschiedenem Abstand zur Strahlachse. Möglich i.S.d. Erfindung ist bspw. auch eine Anordnung in verschiedenen Ebenen und in verschiedenem Abstand zur Strahlachse und mit unterschiedlichem Pulverzuführwinkel .
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Materialabscheidungseinheit eine Pulveraufteileinheit umfasst, mittels der ein zentraler Pulverstrom gleichmäßig auf die verschiedenen Pulverabgabeeinheiten bzw. gleichmäßig auf die verschiedenen Pulveraustrittsöffnungen verteilt wird.
Typischerweise ist die Materialabscheidungseinheit derart ausgebildet, dass die Pulveraustrittsöffnungen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt um die Strahlachse angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich insbesondere ein bevorzugtes gleichmäßiges Auftragsverhalten der Materialabscheidungseinheit. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an ersten Pulveraustrittsöffnungen mit einer anderen Pulverquelle verbunden ist, als die Mehrzahl an zweiten Pulveraustrittsöffnungen. Dies eignet sich insbesondere dann, wenn unterschiedliche Pulvermaterialien in Kombination aufgebracht werden sollen. Beispielsweise kann hierdurch ein Hartstoff mit einem Matrixmaterial kombiniert werden, so dass in vorteilhafter Weise Verschleißschutzschichten aufgebracht werden können. Vorzugsweise wird das Matrixmaterial dann mit einem anderen Materialfokus aufgebracht, als die Hartstoffpartikel.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben auch ein Verfahren zum Auftragschweißen, insbesondere Laserauftragschweißen. Bei diesem Verfahren wird eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere ein Laserstrahl, entlang einer sich in Strahlrichtung erstreckenden Strahlachse auf eine Werkstückoberfläche gerichtet, und insbesondere fokussiert. Durch die Strahlung, insbesondere die Laserstrahlung bzw. die Fokussierung des Laserstrahls wird, ein Schmelzbad erzeugt bzw. das Werkstück erwärmt. Ein Pulvermaterial wird über mehrere Pulverstrahlen dem Schmelzbad bzw. der erwärmten Werkstückoberfläche zugeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich nun dadurch aus, dass eine Mehrzahl an Pulverstrahlen in einer ersten
Materialfokuszone fokussiert wird und eine zweite Mehrzahl an Pulverstrahlen in einer zweiten Materialfokuszone fokussiert wird, wobei die beiden Materialfokuszonen entlang der Strahlachse zueinander beabstandet angeordnet sind. Wie bereits im Zusammenhang mit der
Materialabscheidungseinheit ausgeführt können auch weitere Materialfokuszonen in weiteren Abständen vorgesehen sein.
In einer erfindungsgemäßen Fortbildung kann vorgesehen sein, dass über die erste Mehrzahl an Pulverstrahlen ein Matrixmaterial dem Schmelzbad bzw. der erwärmten Auftreffstelle zugeführt wird, wobei dieses Matrixmaterial typischerweise im Schmelzbad (bzw. bei den dort vorherrschenden Bedingungen bspw. bereits im Flug bzw. auf der Strecke zum Schmelzbad bzw. der erwärmten Auftreffstelle) aufschmilzt und beispielsweise durch einen metallischen Werkstoff gebildet sein kann. Ein Hartstoffmaterial wird bei dieser Verfahrensvariante über die zweite Mehrzahl an Pulverstrahlen dem Schmelzbad zugeführt, und schmilzt typischerweise im Schmelzbad nicht auf (bzw. ist so gewählt, dass die Hartstoffpartikel bei den dort vorherrschenden Bedingungen nicht aufschmelzen, bzw. nicht aufschmelzen bis das Schmelzbad wieder erstarrt ist). Hierdurch eignet sich diese Verfahrensvariante insbesondere zur Herstellung von Verschleißschutzschichten. Hartstoffpartikel können im Schmelzbad oder im Laserstrahl vor dem Werkstück aufgeschmolzen werden. Dies ist aber nicht zwingend Es kann vorgesehen sein, dass sie lediglich erwärmt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Durchführung des Verfahrens eine der in dieser Anmeldung beschriebenen Materialabscheidungseinheiten verwendet. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Materialabscheidungseinheit beim Bestrahlen eines Werkstücks;
Figur 2 eine erfindungsgemäße Materialabscheidungseinheit beim Bestrahlen eines Werkstücks mit oberhalb des Werkstücks liegenden Fokuszonen;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Anordnung von
Pulveraustrittsöffnungen mit unterschiedlichen Pulverzuführwinkel;
Figur 4 eine Materialabscheidungseinheit mit zwei verschiedenen Arten von Pulveraustrittsöffnungen mit gleichem Pulverzuführwinkel;
Figur 5 eine Materialabscheidungseinheit mit zwei Materialaustrittsöffnungen, die in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind;
Figur 6 eine Materialabscheidungseinheit mit Pulveraufteileinheit; und Figur 7 eine Materialabscheidungseinheit mit zwei Pulveraufteileinheiten .
In den folgenden Figuren tragen sich entsprechende Bauteile und Elemente gleiche Bezugszeichen. Varianten entsprechender Elemente sind mit Buchstaben weiter gekennzeichnet, dabei bezieht sich ein Bezugszeichen ohne Buchstaben auf alle derartigen über Buchstaben weiter differenzierten Varianten. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind nicht in allen Figuren sämtliche Bezugszeichen wiedergegeben .
Eine Materialabscheidungseinheit trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Materialabscheidungseinheit umfasst zum einen eine Lasereinheit 12 und eine Pulverabgabeeinrichtung 14, wobei die
Pulverabgabeeinrichtung 14 mehrere Pulverabgabeeinheiten 16 umfasst, die jeweils wiederum mehrere Pulveraustrittsöffnungen 18 umfassen.
Die Lasereinheit 12, welche ein Beispiel für eine Strahlungseinheit, die zu gerichteten Abgabe elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, darstellt, ist dabei derart eingerichtet, dass sie einen Laserstrahl 20 in einer Strahlrichtung 22 auf ein Werkstück 24 richtet. Die Strahlrichtung 22 ist vorliegend senkrecht zur Werkstückoberfläche ausgerichtet gezeigt. Sie kann jedoch auch in einem von 90° verschiedenen Anstellwinkel gegenüber dem Werkstück geführt werden. Die Strahlrichtung 22 erstreckt sich entlang einer Strahlachse 26. Um die Strahlachse 26 herum sind die Pulveraustrittsöffnungen 18 angeordnet. Die Pulverabgabeeinheiten 16 bzw. Pulveraustrittsöffnungen 18 sind jeweils dazu eingerichtet, ein Pulver 27 in Form von jeweiligen Pulverstrahlen 28 in gerichteter Form an das Werkstück 24 abzugeben. Dabei ist vorliegend eine Mehrzahl an ersten Pulveraustrittsöffnungen 18a vorgesehen und eine nicht dargestellte Mehrzahl an zweiten Pulveraustrittsöffnungen 18b. Aus den ersten Pulveraustrittsöffnungen 18a treten erste Pulverstrahlen 28a aus und aus den zweiten Pulveraustrittsöffnungen 18b treten zweite Pulverstrahlen 28b aus. Die zweiten Pulveraustrittsöffnungen 18b sind zu den ersten Pulveraustrittsöffnungen 18a in einer Umfangsrichtung U um die Strahlachse 26 versetzt angeordnet. Es können weitere Arten an Pulveraustrittsöffnungen 18 vorgesehen sein.
Der Laserstrahl 20 ist vorliegend auf das Werkstück 24 fokussiert (der Strahl kann auch defokussiert sein)und bildet am Werkstück 24 bzw. an dessen Oberfläche 29 eine Prozesszone, die vorliegend als Schmelzbad 30 ausgebildet ist, aus (Im Folgenden wird von einem Schmelzbad 30 gesprochen, damit ist jedoch auch ein erwärmter Abschnitt der Werkstückoberfläche gemeint sein, generell beziehen sich die Ausführungen auf eine allgemeine Prozesszone). Die Pulverstrahlen 28a und 28b bzw. das durch sie transportierte Pulver 27 trifft in das Schmelzbad 30, wobei Pulverstrahlen 28a in einer ersten Materialfokuszone 32a fokussiert sind und die zweiten Pulverstrahlen 28b in einer zweiten Materialfokuszone 32b. Weitere, zu den beiden gezeigten Materialfokuszonen 32 beabstandete Materialfokuszonen 32 sind im Sinne der Erfindung denkbar. Die Materialfokuszonen 32 liegen dabei vorliegend entlang der Transportrichtung der Pulverstrahlen 28 hinter dem Schmelzbad 30 bzw. der Werkstückoberfläche (auch eine
Anordnung in Transportrichtung vor der Werkstückoberfläche ist im Sinne der Erfindung denkbar, siehe Figur 2. Möglich ist auch das Materialfokuszonen 32 vor und hinter der Werkstückoberfläche angeordnet sind). Da der Laserstrahl über das Werkstück entlang einer Bewegungsrichtung 34 geführt wird, erstarrt das zuvor aufgeschmolzene und durch das Pulvermaterial 27 angereicherte Schmelzbad 30 und eine aufgetragene Materialschicht 36 verbleibt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Materialpulver vor dem Auftreffen auf das Werkstück durch die Strahlung erwärmt (ggf. aufgeschmolzen) wird und das erwärmte Pulver ohne ein Aufschmelzen des Grundwerkstoffs an diesem anhaftet.
In Figur 2 ist eine Materialabscheidungseinheit 10 gezeigt, die entsprechend der von Figur 1 ausgebildet ist. Die Materialfokuszonen 32 liegen dabei entlang der Transportrichtung der Pulverstrahlen 28 jedoch vor der Prozesszone bzw. dem Schmelzbad 30 bzw. der Werkstückoberfläche .
In Figur 3 ist die Materialabscheidungseinheit 10 vom Werkstück her entlang der Strahlachse 26 gesehen schematisch dargestellt. Wie in Figur 3 ersichtlich ist, so liegen im vorliegenden Beispiel die Pulveraustrittsöffnungen 18a der ersten Art und die Pulveraustrittsöffnungen 18b der zweiten Art auf einem gemeinsamen imaginären Kreis 38 (der imaginäre Kreis ist dabei in einer Betrachtungsebene 39 angeordnet, die orthogonal zur Strahlachse 26 erstreckt ist und in der die Pulveraustrittsöffnungen 18 liegen). Eine Anordung auf unterschiedlichen imaginären Kreisen ist ebenso möglich, was noch im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert wird. Die Pulveraustrittsöffnungen 18 sind dabei derart eingerichtet, dass sie Pulverzuführwinkel 40 aufweisen, wobei die Pulverzuführwinkel 40a der Pulveraustrittsöffnungen 18a der ersten Art und die Pulverzuführwinkel 40a der Pulveraustrittsöffnungen 18b der zweiten Art unterschiedlich sind. Durch die unterschiedlichen Pulverzuführwinkel 40 ergeben sich entlang der Strahlachse versetzt angeordnete Materialfokuszonen 32. Die Pulverzuführwinkel 40 beschreiben dabei den Winkel, in dem die jeweiligen aus den Austrittsöffnungen 18 austretenden Pulverstrahlen 28 zur Strahlachse 26 verlaufen.
In Figur 4 ist eine alternative Materialabscheidungseinheit 10 gezeigt, bei welcher die Austrittsöffnungen 18a und 18b der ersten zweiten Art jeweils den gleichen Pulverzuführwinkel 40a und 40b aufweisen. Um jedoch unterschiedliche Materialfokuszonen 32 zu realisieren, sind die Pulveraustrittsöffnungen 18a der ersten Art und die Pulveraustrittsöffnungen 18b der zweiten Art auf unterschiedlichen imaginären Kreisen 38 und 42 um die Strahlachse 26 herum angeordnet. Die Pulveraustrittsöffnungen 18a der ersten Art und die Pulveraustrittsöffnungen 18b der zweiten Art können lateral bzw. senkrecht zur Strahlachse 22 versetzt zueinander angeordnet sein.
Es ist auch eine Ausbildung einer
Materialabscheidungseinheit 10, wie sie in Figur 5 gezeigt ist, möglich. Bei der Version von Figur 5 sind die Materialaustrittsöffnungen jeweils in zwei unterschiedlichen zur Strahlachse 28 hin versetzt zueinander angeordneten Ebenen 44 angeordnet. Die Pulveraustrittsöffnungen sind dabei nur symbolisch dargestellt. In Figur 5 ist die Materialabscheidungseinheit 10 dabei in einer Seitenansicht ähnlich der von Figur 1 gezeigt .
Die beschriebenen Möglichkeiten (Fig. 1 bis Fig. 5), um einen Versatz der Materialfokuszonen 32 zu erreichen können auch in Kombination miteinander vorgesehen sein.
In Fig. 6 ist eine schematische Materialabscheidungseinheit 10 gezeigt, die eine Pulveraufteileinheit 46 umfasst. Die Pulveraufteileinheit 46 ist ausgebildet, um einen zentralen Pulverstrom 48 gleichmäßig auf die Pulveraustrittsöffnungen 18 zu verteilen (auch ein ungleichmäßige Aufteilung ist denkbar) . Hierzu teilt sie den zentralen Pulverstrom 48 in entsprechende Teilströme auf. Der zentralen Pulverstrom 48 wird dabei der Pulveraufteileinheit 46 von einer zentralen Pulverquelle 52 aus als Pulvergasstrom zugeführt. In Fig. 7 ist eine schematische Materialabscheidungseinheit 10 gezeigt, die eine erste Pulveraufteileinheit 46a und eine zweite Pulveraufteileinheit 46b umfasst. Die Pulveraufteileinheiten 46 sind ausgebildet, um jeweils einen ersten zentralen Pulverstrom 48a bzw. zweiten zentralen Pulverstrom 48b gleichmäßig (auch ein ungleichmäßige Aufteilung ist denkbar) auf die jeweiligen ersten bzw. zweiten Pulveraustrittsöffnungen 18a, 18b zu verteilen. Hierzu teilen sie jeweils den ihnen zugeordneten zentralen Pulverstrom 48a bzw. 48b in entsprechende Teilströme 50a bzw. 50b auf, welchen wiederum den entsprechenden ersten und zweiten Pulveraustrittsöffnungen 18a und 18b zugeführt werden. Die zentralen Pulverströme 48 werden dabei jeweils durch eine zentrale Pulverquelle 52a bzw. 52b mittels eines Pulvergasstroms gespeist. Dabei stellt die erste Pulverquelle 52a ein Matrixmaterial in Pulverform bereit und die zweite Pulverquelle 52b ein Hartstoffmaterial. Entsprechend eignet sich die in Fig. 7 gezeigte Materialabscheidungseinheit 10 insbesondere für die Herstellung von Verschleißschutzschichten. Es ist auch denkbar bei der Variante von Figur 6 über die zentrale Pulverquelle 52 ein Gemisch aus Matrixmaterial an die Pulveraustrittsöffnungen 18 leiten, um Verschleißschutzschichten oder andere Schichten zu erzeugen.

Claims

Patentansprüche
1. Materialabscheidungseinheit (10), umfassend: eine Strahlungseinheit (12), die zur gerichteten Abgabe elektromagnetischer Strahlung einer sich in Strahlrichtung (22) erstreckenden Strahlachse (26) auf ein Werkstück ausgebildet ist, insbesondere eine Lasereinheit (12), die eingerichtet ist, um einen Laserstrahl (20) entlang einer sich in Strahlrichtung (22) erstreckenden Strahlachse (26) auf ein Werkstück (24) zu richten, und eine Pulverabgabeeinrichtung (14), wobei die Pulverabgabeeinrichtung (14) mehrere
Pulverabgabeeinheiten (16) aufweist, die eingerichtet sind, um Pulver in gerichteter Form an das Werkstück (24) (24) abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverabgabeeinrichtung (14) wenigstens eine erste Pulverabgabeeinheit (16), die insbesondere eine Mehrzahl an ersten Pulveraustrittsöffnungen (18a) aufweist, mit einer ersten Materialfokuszone (32a) umfasst und weiter eine zweite Pulverabgabeeinheit (16), die insbesondere eine Mehrzahl an zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) aufweist, mit einer zweiten Materialfokuszone (32b) umfasst, wobei die erste und zweite Materialfokuszone (32a,
32b) in Strahlrichtung (22) zueinander beabstandet sind.
2. Materialabscheidungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl an ersten Pulveraustrittsöffnungen (18a) und die Mehrzahl an zweiten
Pulveraustrittsöffnungen (18b) jeweils eine gleiche Anzahl an Pulveraustrittsöffnungen (18) umfassen.
3. Materialabscheidungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Pulveraustrittsöffnungen (18a) eingerichtet sind, um jeweils einen Pulverstrahl (28a) in einem ersten Pulverzuführwinkel (40a) relativ zur Strahlachse (26) in Richtung der ersten Materialfokuszone (32a) abzugeben und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) eingerichtet sind, um jeweils einen Pulverstrahl (28b) in einem zweiten Pulverzuführwinkel (40b) relativ zur Strahlachse (26) in Richtung der zweiten Materialfokuszone (32b) abzugeben, wobei der erste Pulverzuführwinkel (40a) und der zweite Pulverzuführwinkel (40b) unterschiedlich sind.
4. Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die ersten
Pulveraustrittsöffnungen (18a) eingerichtet sind, um jeweils einen Pulverstrahl (28a) in einem ersten Pulverzuführwinkel (40a) relativ zur Strahlachse (26) in Richtung der ersten Materialfokuszone (32a) abzugeben und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) eingerichtet sind, um jeweils einen Pulverstrahl (28b) in einem zweiten Pulverzuführwinkel (40b) relativ zur Strahlachse (26) in Richtung der zweiten Materialfokuszone (32b) abzugeben, wobei der erste Pulverzuführwinkel (40a) und der zweite Pulverzuführwinkel (40b) identisch sind.
5. Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die ersten
Pulveraustrittsöffnungen (18a) in einer orthogonal zur Strahlachse (26) verlaufenden Betrachtungsebene gesehen in einem ersten Abstand zur Strahlachse (26) angeordnet sind und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) in dieser Betrachtungsebene in einem zweiten Abstand, der sich vom ersten Abstand unterscheidet, zur Strahlachse (26) angeordnet sind, insbesondere wobei die ersten Pulveraustrittsöffnungen (18a) und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) entlang der Strahlrichtung gesehen in der Betrachtungsebene liegen.
6. Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die ersten Pulveraustrittsöffnungen (18a) und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) in einer orthogonal zur Strahlachse (26) verlaufenden Betrachtungsebene gesehen in jeweils gleichem Abstand angeordnet sind, insbesondere wobei die ersten Pulveraustrittsöffnungen (18a) und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) entlang der Strahlrichtung (22) gesehen in der Betrachtungsebene liegen.
7. Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die ersten
Pulveraustrittsöffnungen (18a) in einer orthogonal zur Strahlachse (26) verlaufenden ersten Ebene (44a) liegen und die zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b) in einer orthogonal zur Strahlachse (26) verlaufenden zweiten Ebene (44b) liegen, die zur ersten Ebene (44a) in Strahlrichtung (22) beabstandet angeordnet ist.
8. Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei diese eine
Pulveraufteileinheit (46) umfasst, die ausgebildet ist, um einen zentralen Pulverstrom (48) gleichmäßig auf die Pulverabgabeeinheiten (16), insbesondere auf die Pulveraustrittsöffnungen (18) zu verteilen.
9. Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Pulveraustrittsöffnungen (18) in Umfangsrichtung (U) gleichmäßig verteilt um die Strahlachse (26) angeordnet sind.
10. Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Mehrzahl an ersten Pulveraustrittsöffnungen (18a) mit einer anderen Pulverquelle (52) verbunden ist als die Mehrzahl an zweiten Pulveraustrittsöffnungen (18b).
11. Verfahren zum Laserauftragschweißen, wobei ein Laserstrahl (20) entlang einer sich in Strahlrichtung (22) erstreckenden Strahlachse (26) auf eine Werkstückoberfläche gerichtet, insbesondere fokussiert, wird, um den Grundwerkstoff in der Prozesszone zu erwärmen bzw. aufzuschmelzen, insbesondere ein Schmelzbad (30) zu erzeugen, und ein Pulvermaterial über mehrere Pulverstrahlen (28), der Prozesszone (30), insbesondere dem Schmelzbad (30), zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an ersten Pulverstrahlen (28a) in einer ersten Materialfokuszone (32a) fokussiert wird und eine Mehrzahl an zweiten Pulverstrahlen (28b) in einer zweiten Materialfokuszone (32b) fokussiert wird, wobei die beiden Materialfokuszonen (32) entlang der Strahlachse (26) zueinander beabstandet sind.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass über die Mehrzahl an ersten Pulverstrahlen (28a) ein erstes Material, insbesondere ein Matrixmaterial, der Prozesszone, insbesondere dem Schmelzbad, zugeführt wird und über die Mehrzahl an zweiten Pulverstrahlen (28b) ein zweites, von dem erstem Material verschiedenes Material, insbesondere ein Hartstoffmaterial dem Schmelzbad (30) zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der beiden vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialabscheidungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird.
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