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Patent Searching and Data


Title:
ADDITIVE PRODUCTION METHOD USING THICKER POWDER LAYERS, AND COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/120069
Kind Code:
A1
Abstract:
The manufacturing rate of selective production methods is increased by using thicker powder layers (7, 10).

Inventors:
BRUNHUBER, Christian (Zogenreuth 6, Auerbach, 91275, DE)
SOLLER, Thomas (Jahnstr. 11, Deggendorf, 94469, DE)
REGNERY, David (Zedernweg 19, Duisburg, 47228, DE)
Application Number:
EP2016/050550
Publication Date:
August 04, 2016
Filing Date:
January 13, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
International Classes:
B22F1/00; B22F3/105; B29C67/00
Foreign References:
EP0946325A11999-10-06
US20140348692A12014-11-27
DE19818469A11998-10-29
US20120237745A12012-09-20
DE102004008054A12004-09-16
DE102006056422B32008-04-17
FR2998496A12014-05-30
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren

zur Herstellung eines Bauteils (1 1IV) ,

bei dem lagenweise Pulver als eine Pulverschicht (7, 10,

13) aufgetragen wird und

selektiv verdichtet wird,

insbesondere selektiv geschmolzen wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest teilweise und zumindest lagenweise dicke Pulver¬ schichten (7, 10, 13) von mindestens 0,1mm aufgetragen werden und

verdichtet,

insbesondere geschmolzen,

werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

bei dem die dicke Pulverschicht (7, 10, 13) unter Verwen- dung von feinen Pulvern mit einer Korngröße von < 50ym erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

bei dem die dicke Pulverschicht (13) in einem Arbeitsgang

(13) aufgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2,

bei dem die dicke Pulverschicht (7, 10) durch Auftragen mehrerer Pulverschichten (7, 10) erzielt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4,

bei dem Korngrößen von mindestens 0,1mm verwendet werden, um die dicke Pulverschicht (13) zu erzielen.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem prolate und/oder oblate Pulverpartikel verwendet werden .

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Auftragen der Pulverschichten mittels zweier Rakel erfolgt,

insbesondere die senkrecht zueinander angeordnet sind.

Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem als Pulver eine Pulvermischung verwendet wird, insbesondere nach Anspruch 2

und insbesondere nach Anspruch 5 oder 6.

Bauteil (1\ 1IV)

insbesondere hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, das verschiedene Bereiche (15 15 λ λ, 15λ λ λ; 18 18 λ λ) aufweist,

wobei das Bauteil (1 1IV) zumindest einen Bereich auf weist,

der bezüglich der Dicke der zu verdichtenden,

insbesondere zu schmelzender,

Pulverschicht sich unterscheidet und demensprechend eine andere Rauigkeit aufweist.

Description:
Additives Herstellungsverfahren unter Verwendung dickerer

Pulverschichten und Bauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren oder ein Bauteil aus dem Bereich der additiven Fertigung (AM) , bei dem dicke Pulverschichten verwendet werden, um das Herstellungsverfahren zu beschleunigen .

Strahlschmelzverfahren wie das Selektive Laserschmelzen (SLM) oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) stellen derzeit die Technologie der Wahl dar, um komplexe Gasturbinenkomponenten, insbesondere Brennerteile, zu fertigen. Aufgrund der relativ geringen Schichtdicken von ca. 0,05 mm, die durch die angestrebten Genauigkeiten bedingt sind, und der zeitaufwändigen Auftragung dieser dünnen Schichten durch Platzierung mittels einer Rakel oder Walze, resultieren langsame Baugeschwindig ¬ keiten. Die geringen Baugeschwindigkeiten (-20 cm 3 /h) sind die Ursache dafür, dass derzeit noch viele Bauteile konven ¬ tionell günstiger hergestellt werden können.

Es sind verschiedene technische Lösungen zur Beschleunigung des Verfahrens angedacht. Die meisten Hersteller versuchen durch große Laser-Leistungen und durch Integration mehrerer Laser (multi-beam) die Baugeschwindigkeiten zu verkürzen. Durch dieses Vorgehen steigt jedoch die Gefahr von thermo- mechanisch bedingten Spannungen und Verzügen im Bauteil.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Bauteil gemäß Anspruch 9.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön ¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen. Die Figuren 1 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfin ¬ dung .

Die Beschreibung und Figuren stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den zeitraubenden Schritt der Pulverdeposition zu beschleunigen. Dabei soll neben den häufig verwendeten Korngrößen im Bereich 0,025- 0,045mm, die zur Generierung feiner Strukturen notwendig sind, vorzugsweise auch eine oder mehrere gröbere Pulverfrak ¬ tionen, d.h. mit Korngrößen z.B. im Bereich von mindestens 0,1 mm, zum Einsatz kommen. In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung enthält oder enthalten die eine oder mehreren groben Pulverfraktionen nicht-sphärische, vorzugsweise oblate und/oder prolate Parti ¬ kel, um eine möglichst hohe Packungsdichte und damit bestmög ¬ liche Wärmeübertragung innerhalb der Schicht zu erhalten.

Die eine oder mehrere gröberen Pulverfraktionen können mittels einer Rakel aufgetragen werden, die senkrecht zu der Ra ¬ kel für das feinere Pulver arbeitet - das Pulverdepot wäre entsprechend anzuordnen. Die Strahlleistung des additiven Fertigungsprozesses, vorzugsweise des SLM-Prozesses , und das Absenken der Bau-Plattform werden je nach aufgetragener

Pulver-Schichtdicke angepasst.

Ein erfinderischer Schritt liegt insbesondere in der Verwen- dung eines zweiten Pulvers (mit mono- oder multimodaler Korngrößenverteilung) mit größeren Metallpartikeln im additiven Fertigungsprozess . Für Bauteile, bzw. in Abschnitten von Bau ¬ teilen, bei denen die Konturgenauigkeit einen gröberen Pul ¬ verauftrag zulässt, würde sich ein deutlicher Geschwindig- keitsvorteil ergeben. Bei einem Pulver mit Korngrößen im Bereich von mindestens 0,1 mm, wäre der Pulverauftrag 2-4mal so schnell als für Pulver mit Korngrößen im Bereich von 0,025- 0, 045mm. Weiterhin sind durch Optimierung von Morphologie und Korngrößenzusammensetzung des zweiten Pulvers eine höhere

Packungsdichte und damit ein schnelleres und defektärmeres Aufschmelzen möglich, was die Aufbaurate und -qualität zu ¬ sätzlich verbessert.

Die Figur 1 zeigt die Vorgehensweise gemäß der Erfindung. Das herzustellende Bauteil weist ein Substrat 4 auf, auf dem Material in Pulverform gemäß eines additiven Fertigungsverfahrens in einer Auftragsrichtung 22 λ aufgetragen wird. Dabei wird eine dicke Schicht von mindestens 0,1mm durch mehrere Schichten 7, 10 erreicht, in dem eine entsprechende Rakel- spaltbreite eingestellt wird oder die Rakel mehrmals über be ¬ reits vorhandene, noch nicht strahlgeschmolzene Pulverschich ¬ ten hinüberfährt.

Die Pulverschichten 7, 10 weisen Pulver mit Korngrößen < 50ym auf. Durch einen angepassten Schmelzstrahl 11 wird die dicke Pulverschicht 7, 10 geschmolzen, wobei das Schmelzen selektiv erfolgt, um eine bestimmte Kontur des herzustellenden Bau ¬ teils 1 λ zu erzielen.

Figur 2 zeigt eine weitere Vorgehensweise, bei dem im Ver ¬ gleich zur Figur 1 gleich eine dicke Pulverschicht 13 erzeugt wird, wobei hier jedoch eine Lage Pulverschicht 13 verwendet wird, die vorzugsweise gröbere Partikel aufweist. Die gröbe- ren Partikel haben vorzugsweise eine Mindestkorngröße von 0, 1mm.

Diese Pulverschicht 13 mit den gröberen Pulverkörnern wird ebenfalls durch einen Schmelzstrahl 11 geschmolzen, um ein Bauteil 1 λ λ zu erzeugen. Figur 3 zeigt ein Bauteil 1 λ λ λ im Querschnitt mit verschiede ¬ nen Abschnitten, bei dem in einem ersten Endabschnitt 15 λ dünne Pulverschichten, d. h. deutlich kleiner als 0,1mm verwendet werden, um eine gewisse Konturgenauigkeit zu erzielen und im anderen Endabschnitt 15 λ λ λ gröbere Partikel oder meh ¬ rere Pulverschichten gemäß Vorgehensweise der Figuren 1 und 2 verwendet werden, da die Konturgenauigkeit in diesem Ab ¬ schnitt 15 λ λ λ nicht so gefordert ist.

In einem mittleren Abschnitt 15 λ λ , der ggf. vorhanden ist, wird die Vorgehensweise gemäß für den Abschnitt 15 λ oder 15 λ λ λ verwendet oder eine Kombination daraus.

Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf ein Bauteil 1 in Auftrags ¬ richtung 22 IV , bei dem in einem äußeren Abschnitt 18 λ λ eine höhere Konturgenauigkeit als im anderen Abschnitt 18 λ erzielt werden soll, so dass dort dünne Pulverschichten, d. h. < 50ym verwendet werden und in einem anderen Bereich 18 λ λ die Vorgehensweise gemäß Figur 1 oder Figur 2 gewählt wird.