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Title:
METHOD FOR THE ADDITIVE PRODUCTION OF A COMPONENT AND COMPUTER-READABLE MEDIUM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/091216
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the additive production of a component (10, 10a, 10b, 10c), comprising the detecting of a component geometry of a first region of the component to be additively produced, the transferring of structural geometry (7, 7a, 7b, 7c) derived from the detected component geometry to a processing region (4) of a construction platform (1), the mechanical processing of the construction platform (1) in the processing region (4) such that the structural geometry (7) is transferred to the structure of the construction platform (1), such that a structural surface (AF) for the component (10) is defined by the structural geometry (7), and the additive structuring of the component (10) on the structural surface (AF). The invention further relates to a computer-readable medium.

Inventors:
GEISEN, Ole (Winterfeldstr. 52, Berlin, 10781, DE)
Application Number:
EP2017/076538
Publication Date:
May 24, 2018
Filing Date:
October 18, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B22F3/105; B22F5/10; B22F3/24
Foreign References:
DE102012011217A12013-12-12
JP2003305778A2003-10-28
US4927992A1990-05-22
EP3246148A12017-11-22
US20150054193A12015-02-26
EP2601006B12014-06-18
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils (10, 10a, 10b, 10c) umfassend die folgenden Schritte:

- a) Erfassen einer Bauteilgeometrie eines ersten additiv herzustellenden Bereichs des Bauteils (10),

- b) Übertragen einer von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleiteten Aufbaugeometrie (7, 7a, 7b, 7c) in einen Bearbeitungsbereich (4) einer Bauplattform (1),

- c) mechanisches Bearbeiten der Bauplattform (1) in dem Bearbeitungsbereich (4) derart, dass die Aufbaugeometrie (7) in die Struktur der Bauplattform (1) übertragen wird, sodass durch die Aufbaugeometrie (7) eine Aufbaufläche (AF) für das Bauteil (10) definiert wird, und

- d) additives Aufbauen des Bauteils (10) auf der Aufbauflä¬ che (AF) .

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das Erfassen der Bauteilgeometrie und/oder das Übertragen der Aufbaugeometrie (7) rechnerunterstützt oder durch ein Datenverarbeitungsprogramm durchgeführt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Projektion der Aufbaugeometrie (7), durch ein Datenverarbeitungsprogramm automatisch an ein Werkzeug für das mechanische Bearbeiten der Bauplattform (1) ausgegeben wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsbereich (4) einen Übermaßbereich an der Oberfläche der Bauplattform (1) darstellt, über welchen nach dem Aufbau eine Trennung des Bauteils (10) als auch eine me¬ chanische Nacharbeit für das Bauteil (10) durchgeführt werden kann . 5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufbaugeometrie (7) beim Übertragen von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleitet wird, in dem die Aufbaugeometrie mit einem vorbestimmten lateralen Aufmaß (7a, 7b, 7c) versehen wird.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, um- fassend - nach dem additiven Aufbauen - das Abtrennen e) des Bauteils (10) von der Bauplattform (1) in dem Bearbeitungsbe¬ reich, insbesondere durch mindestens eines der folgenden Ver¬ fahren: Erodieren, Sägen, Fräsen, Schleifen und Abschlagen. 7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Übertragen, eine Dicke (D) des Bearbeitungsbe¬ reichs (4) abhängig von einem Trennverfahren zum späteren Abtrennen des Bauteils (10) gewählt wird und für die Dicke (D) automatisch eine Auswahl von Werten vorgeschlagen wird.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke (D) des Bearbeitungsbereichs (4) zwischen 3 und 10 mm, insbesondere 5 mm beträgt. 9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der additive Aufbau durch ein pulverbett-basiertes Ver¬ fahren erfolgt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei Oberflächenbereiche (5) der Bauplattform (1), welche durch das mechanische Bear¬ beiten freigelegt wurden, mit einem pulverförmigen Basismaterial (15) für das Bauteil (10) beschichtet werden, ohne dass die Bauplattform (1) abgesenkt wird. 11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Bauteil (10) während des additiven Aufbaus mit einem Hohlraum (8) versehen wird, welcher lediglich an einer der Bauplattform zugewandten Seite geöffnet ist, und wobei der Hohlraum (8) über die Bauplattform (1) vor einem späteren Abtrennen des aufgebauten Bauteils (10) von der Bauplattform (1) und vor einer Wärmebehandlung (dd) des Bauteils (10) derart mecha¬ nisch geöffnet wird, dass ein pulverförmiges Basismaterial (15) für das Bauteil (10), welches entsprechend während des additiven Aufbaus dem Hohlraum (8) des Bauteils (10) einge¬ schlossen wurde, durch die Bauplattform (1) entfernt werden kann .

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei die Bauplattform (1) Stahl als Hauptbestandteil umfasst und wobei das Bauteil (10) aus einem hochtemperaturbeständi- gen Material, insbesondere ein :r Superlegierung und/oder einer Nickelbasislegierung, herg nteilt wird.

13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den parallelen additiven Aufbau einer Mehrzahl von Bauteilen (10a, 10b, 10c), wobei eine Mehrzahl von Bauteil¬ geometrien der Bauteile erfasst und entsprechend eine Mehr¬ zahl von abgeleiteten Aufbaugeometrien (7a, 7b, 7c) in den Bearbeitungsbereich übertragen werden, wobei die Bauplattform gemäß der Mehrzahl der Aufbaugeometrien mechanisch bearbeitet und die Mehrzahl der Bauteile auf den entsprechenden Aufbauflächen additiv aufgebaut wird.

14. Computerlesbares Medium, umfassend ausführbare Programm¬ anweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungs¬ einrichtung (50) die folgenden Schritte durchführen zu lassen :

- Erfassen einer Bauteilgeometrie eines ersten additiv herzu¬ stellenden Bereichs des Bauteils (10) und

- Übertragen einer von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleiteten Aufbaugeometrie (7) in einen Bearbeitungsbereich einer Bauplattform (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche .

15. Computerprogrammprodukt umfassend ausführbare Programm¬ anweisungen, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinrichtung (50) diese veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, mindestens je¬ doch das Erfassen und Übertragen, auszuführen.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils und computerlesbares Medium

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additi ¬ ven Herstellung eines Bauteils und ein computerlesbares Medi ¬ um, enthaltend ausführbare Programmanweisungen. Bei dem Verfahren kann es sich um einen Teil eines additiven Herstel- lungsverfahrens handeln oder um ein Hilfsverfahren oder vorbereitetes Verfahren für die additive Herstellung des Bau ¬ teils.

Generative oder additive Herstellungsverfahren umfassen bei- spielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laser ¬ schmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Ebenso gehört das Laserauftrag ¬ schweißen (LMD) zu den additiven Verfahren. Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufactu- ring") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Ferti- gung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt ei ¬ nes Bauteils direkt auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann. Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen mittels konventioneller sub- traktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können.

Trotz der zunehmenden industriellen Bedeutung der additiven Fertigung bestehen Schwierigkeiten bei der Prozessökonomie, insbesondere der Aufbauzeiten . Dies gilt insbesondere für den Bereich hochtemperaturbelasteter Bauteile.

Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielswei- se bekannt aus EP 2 601 006 Bl .

Fertigungsbedingt ist man weiterhin an den additiven Aufbau eines gewissen Übermaßbereichs als Unterstützung oder Sub ¬ strat für das eigentliche Bauteil gebunden, um für das späte- re Ablösen und/oder Nachbearbeiten des aufgebauten Bauteils Spielraum einerseits zum Abtrennen (vom Substrat) und ande ¬ rerseits für eine mechanische Nachbearbeitung, welche bei fi ¬ ligranen hochkomplexen Teilen üblicherweise immer erforderlich ist, zu haben. Der Aufbau eines massiven „Supports" oder Übermaßbereichs erfordert jedoch, dadurch dass dieser häufig vollflächig auf die Bauplattform oder den entsprechenden vorgesehenen Bereich, beispielsweise 5 mm, desselben aufgebaut werden muss, besonders viel Zeit und auch Kosten. Dies bedeu ¬ tet insbesondere hohe Kosten, wenn die genannten Bauteile aus Hochleistungsmaterialien gefertigt sind. Insbesondere die

Kosten für Nickelbasis- und/oder Superlegierungen sind hoch.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen die genannten Nachteile überwunden werden können. Insbesondere wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem der additive Aufbau der genannten „Supports" zumin ¬ dest teil- oder bereichsweise umgangen oder eingeschränkt werden und so in erheblicher Weise Kosten und Aufbauzeit eingespart werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa ¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge ¬ genstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils, umfassend das Er ¬ fassen einer Bauteilgeometrie eines ersten additiv herzustel ¬ lenden Bereichs des Bauteils. Alternativ dazu kann - bei der Herstellung einer Mehrzahl von Bauteilen - entsprechend auch eine Mehrzahl von Bauteilgeometrieen erfasst werden.

Das Verfahren ist vorzugsweise ein pulverbett-basiertes Ver- fahren, vorzugsweise selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern oder Elektronenstrahlschmelzen. Den genannten Verfahren gemein ist eine einzige definierte Aufbaurichtung .

Der erste Bereich bezeichnet vorzugsweise einen Bereich des Bauteils von einer oder wenigen zuerst aufgebauten Schichten entlang der Aufbaurichtung . Der erste Bereich kann entsprechend einen Grundbereich des Bauteils bezeichnen.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Übertragen oder Übertra- gen einer von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleiteten

Aufbaugeometrie in einen Bearbeitungsbereich einer Bauplattform.

Der Bearbeitungsbereich ist vorzugsweise ein Bereich der Bau- plattform, beispielweise in Richtung der genannten Aufbaurichtung. Der Bearbeitungsbereich ist vorzugsweise weiterhin ein Bereich in dem die Bauplattform in einem nachfolgenden Schritt mechanisch (spanend) bearbeitet werden kann. In einer Ausgestaltung wird die Aufbaugeometrie beim Übertra ¬ gen von der erfassten Bauteilgeometrie abgeleitet, indem die Aufbaugeometrie mit einem vorbestimmten oder vorbestimmten lateralen Aufmaß versehen wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das mechanische, insbesondere spanende, Bearbeiten, beispielsweise Abtragen durch Fräsen, der Bauplattform in dem Bearbeitungsbereich oder lateralen Abschnitten desselben, derart, dass die Aufbaugeometrie in eine Struktur der Bauplattform übertragen wird; und zwar so, dass durch die Aufbaugeometrie eine Aufbaufläche für das Bau ¬ teil definiert wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das additive Aufbauen des Bauteils auf der Aufbaufläche. Dabei kann das additive Auf ¬ bauen eine nachfolgende Wärmebehandlung, beispielsweise zum Abbau von mechanischen Spannungen, welche während des Aufbaus generiert wurden, umfassen.

Der Vorteil der Projektion der Bauteilgeometrie, zumindest im unteren Teil des Bauteils und/oder deren Übertragung in das Substrat, erlaubt im Zusammenwirken mit dem mechanischen Be- arbeiten vorteilhafterweise, statt den teuren Bauteilwerkstoffen, welche überdies auf aufwendige Weise additiv aufge ¬ baut werden müssen (wie oben beschrieben) , um einen Trennschnitt zum Abtrennen des Bauteils und/oder eine mechanische Nachbearbeitung im Material des Substrats oder der Bauplatt- form vorzunehmen. Da die Struktur der Bauplattform ohnehin vorhanden ist und das Material überdies meistens günstiger ist als die teuren additiv aufzubauenden Werkstoffe, kann effektiv sowohl die Aufbauzeit für den ganzen Aufbauvorgang entscheidend reduziert als auch die „Verschwendung" von teu- rem Basismaterial für den Bearbeitungsbereich vermieden werden. Als weiterer Vorteil ist der Werkstoff der Plattform häufig ebenfalls leichter mechanisch bearbeitbar als die, insbesondere gehärteten Bauteilmaterialien. Zumindest für einige Trennverfahren ergibt sich hierdurch ein Vorteil.

Insbesondere bei komplizierten und teuren Werkstoffen, beispielsweise für den Heißgasbereich von Gasturbinen, kann die Bauplattform, insbesondere aufgrund der erforderlichen Wärmebehandlung der Bauteillegierungen, ohnehin nicht oder nicht immer wieder verwendet werden, sodass ein mechanisches Abtra ¬ gen von Material von der Bauplattform hinnehmbar ist oder keinen Nachteil bedeutet.

In einer Ausgestaltung wird das Erfassen der Bauteilgeometrie und/oder das Übertragen der Aufbaugeometrie rechnerunters ¬ tützt und/oder durch ein Datenverarbeitungsprogramm, beispielsweise eine Software durchgeführt. Bei dem Programm und/oder der Software kann es sich um eine Software eines op- tischen Erfassungs- oder Scanverfahrens handeln, oder um eine Konstruktionssoftware. Dabei kann auf Konstruktionsdaten (beispielsweise CAD/CAM Daten), welche im Rahmen der additi ¬ ven Fertigung häufig vor dem eigentlichen Bauprozess bereits in Aufbauschichten aufgeteilt („slicing") vorliegen, zurückgegriffen werden.

In einer Ausgestaltung wird die Projektion der abgeleiteten Aufbaugeometrie durch ein Datenverarbeitungsprogramm oder ei- ne Software automatisch oder semiautomatisch an ein Werkzeug für das anschließende mechanische Bearbeiten der Bauplattform ausgegeben, beispielsweise an eine CNC-Fräse oder ein anderes entsprechendes Werkzeug. Dementsprechend kann das beschriebene Verfahren zumindest teilweise computerimplementiert sein.

In einer Ausgestaltung wird das mechanische Bearbeiten durch Fräsen oder Schneiden durchgeführt.

In einer Ausgestaltung stellt der Bearbeitungsbereich einen Übermaßbereich an der Oberfläche der Bauplattform dar, über oder in welchem nach dem Aufbau des Bauteils eine Trennung desselben, als auch eine mechanische Nacharbeit für das Bau- teil oder des Bauteils durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten wird ein Übermaßmaterial für die Trennung und die Nachbearbeitung bereits in der Struktur der Bauplattform vorgesehen, und dies vorzugsweise automatisch durch eine Soft ¬ ware oder eine Maschinensteuerung erfasst und ausgegeben.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren - nach dem additiven Aufbau - das Abtrennen des (aufgebauten) Bauteils von der Bauplattform in dem Bearbeitungsbereich, insbesondere durch mindestens eines der folgenden Verfahren: Erodieren, Sägen, Fräsen, Schleifen und Abschlagen.

In einer Ausgestaltung wird bei dem Übertragen, eine Dicke des Bearbeitungsbereichs abhängig von einem Trennverfahren (siehe oben) zum späteren Abtrennen des Bauteils gewählt und für die Dicke automatisch eine Auswahl von Werten vorgeschlagen. Die vorgeschlagenen Werte können beispielsweise anschließend von einem Anwender oder einer Bedienperson ent- sprechend der spezifischen Anforderungen der Bearbeitung ausgewählt werden.

In einer Ausgestaltung beträgt die Dicke des Bearbeitungsbe ¬ reichs, vorzugsweise parallel zu der Aufbaurichtung gemessen, zwischen 3 und 10 mm, insbesondere 5 mm. Diese Ausgestaltung ermöglicht normalerweise genügend Spielraum, um sowohl einen Trennschnitt vorzusehen, als auch eine mechanische Nachbear ¬ beitung durchführen zu können. In einer Ausgestaltung erfolgt der additive Aufbau durch ein pulverbett-basiertes Verfahren, insbesondere selektives La ¬ serschmelzen .

In einer Ausgestaltung werden Oberflächenbereiche der Bau- plattform, welche durch das mechanische Bearbeiten freigelegt wurden, mit einem pulverförmigen Basismaterial für das Bauteil beschichtet ohne dass, wie bei konventionellen additiven Verfahren üblich, die Bauplattform schichtweise abgesenkt wird .

In einer Ausgestaltung wird das Bauteil während des additiven Aufbaus mit einem Hohlraum versehen.

In einer Ausgestaltung wird das Bauteil derart aufgebaut, dass der Hohlraum lediglich an einer der Bauplattform zugewandten Seite (im Innenraum) geöffnet ist.

In einer Ausgestaltung wird der Hohlraum vor einem späteren Abtrennen des aufgebauten Bauteils von der Bauplattform und vor einer Wärmebehandlung des Bauteils derart mechanisch geöffnet, beispielsweise durch Bohren oder Sägen, dass ein pul ¬ verförmiges Basismaterial für das Bauteil, welches entspre- chend während des additiven Aufbaus in dem Hohlraum einge ¬ schlossen wurde, durch die Bauplattform entfernt werden kann.

Diese Ausgestaltung erlaubt, vorzugsweise vor der Wärmebe- handlung und vor einem Trennschritt (Abtrennen des Bauteils von der Bauplattform) , auf eine mechanische spanende Bearbei ¬ tung des Bauteilfestkörpers zu verzichten. Dadurch kann wie ¬ derum einer Rissbildung im Bauteil oder sogar einer Zerstörung vorgebeugt werden, da diese nach dem additiven Aufbau und einem entsprechenden Abkühlen höchstwahrscheinlich stark verspannt oder anderweitig mechanisch belastet ist.

Der Grund, weshalb man generell vor der Trennung des Bauteils wärmebehandelt, ist die stabilisierende Wirkung der Substrat- platte. Die, vorzugsweise massive, Substratplatte hält das aufgebaute Bauteil. Die Eigenspannungen, die im SLM-Prozess entstehen, würden beim Trennen ohne ein sogenanntes „Spannungsarmglühen", also einer spannungsrelaxierenden Wärmebehandlung, zu einer irreversiblen Verformung der Bauteilform führen.

Eine mechanische Bearbeitung des meistens weicheren Substrat ¬ oder Plattformmaterials ist dabei weniger riskant. Somit er ¬ laubt das vorgestellte Verfahren überhaupt erst die Entfer- nung von Pulver aus den beschriebenen inneren Hohlräumen des Bauteils, ohne das Risiko einer Zerstörung durch Risse einzu ¬ gehen .

Bei einer Wärmebehandlung würden sich zwar die während des Aufbaus entstandenen Spannungen wieder abbauen, jedoch würde dann auch das Pulver sintern, wodurch es womöglich auch nicht mehr aus dem Hohlraum entfernt werden kann.

In einer Ausgestaltung umfasst die Bauplattform als Hauptbe- standteil Stahl.

In einer Ausgestaltung wird das Bauteil aus einer Superlegie- rung und oder einer Nickelbasislegierung hergestellt. In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren den parallelen additiven Aufbau einer Mehrzahl von Bauteilen, wobei eine Mehrzahl von Bauteilgeometrieen erfasst und entsprechend eine Mehrzahl von abgeleiteten Aufbaugeometrieen in den Bearbeitungsbereich projiziert oder übertragen werden. Weiterhin wird die Bauplattform gemäß der Mehrzahl der

Aufbaugeometrieen mechanisch bearbeitet und die Mehrzahl der Bauteile auf den entsprechenden Aufbauflächen additiv aufgebaut (wie oben anhand eines Bauteils beschrieben) .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, umfassend ausführbare Programmanwei ¬ sungen oder Befehle, welche geeignet sind, eine Datenverar ¬ beitungseinrichtung oder einen Computer zu veranlassen, das beschriebene Verfahren, mindestens jedoch das beschriebene Erfassen und Übertragen, durchzuführen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt umfassend ausführbare Programmanwei ¬ sungen oder Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer oder eine Datenverarbeitungseinrichtung diesen bzw. diese veranlassen, das beschriebene Verfahren, mindestens jedoch das beschriebene Erfassen und Übertragen, aus zuführen .

Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren beziehen, können ferner das computerlesbare Medium betreffen oder umgekehrt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines auf einer Bauplattform zumindest teilweise aufgebauten Bauteils . Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfin ¬ dungsgemäß auf einer Bauplattform zumindest teil ¬ weise aufgebauten Bauteils. Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Bauplatt ¬ form, auf der eine Mehrzahl von Bauteilen erfindungsgemäß zumindest teilweise aufgebaut wurde.

Figur 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, welches Ver- fahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens andeutet .

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei- chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.

Figur 1 zeigt eine Bauplattform 1. Auf der Bauplattform 1 ist ein Bauteil 10 angeordnet. Das Bauteil 10 wurde mittels eines additiven Herstellungsverfahrens zumindest teilweise auf der Bauplattform 1 aufgebaut vorzugsweise mittels eines pulver- bettbasierten Verfahrens, wie selektivem Laserschmelzen, oder einem anderen Verfahren.

Das Bauteil 10 ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gastur ¬ bine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Nickelbasis- oder Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein. Dement- sprechend kann ein, insbesondere pulverförmiges , Basismateri ¬ al für das Bauteil 10 beschaffen sein. Das anhand von Figur 1 beschriebene Verfahren kann ein Verfahren des Standes der Technik sein.

Anhand der gestrichelten horizontalen Linien im oberen Be- reich des Bauteils 10 soll angedeutet werden, dass das Bau ¬ teil aus einzelnen Schichten 16 oder schichtweise, bzw. durch schichtweise Verfestigung einzelner aufgetragener Pulverschichten aufgebaut wurde. Der Verfestigung erfolgt vorzugs ¬ weise entsprechend durch einen Laser- oder Elektronenstrahl, wie oben beschrieben.

Das Bauteil 10 weist in dem rechten Abschnitt einen Hohlraum 8 auf. Der Hohlraum 8 ist beispielweise noch mit einem pul- verförmigen Basismaterial 15, welches gemäß der Geometrie des Bauteils nicht verfestigt wurde, gefüllt. In den Bereichen 20 ist das Basismaterial 15, beispielsweise durch Ausblasen, nachträglich entfernt worden. Da der Hohlraum 8 lediglich zu einer der Bauplattform 1 zugewandten Seite geöffnet ist oder zumindest nach dem Trennen dort eine Öffnung haben soll, konnte das Pulver 15 nicht aus dem Hohlraum 8 entfernt wer ¬ den .

Das Bauteil 10 ist in drei lateralen Abschnitten dargestellt, welche strukturell nicht zusammenhängen. Das Bauteil ist je- doch vorzugsweise nicht vollständig aufgebaut dargestellt. Anders als dargestellt, kann das Bauteil 10 im oberen Teil derart aufgebaut werden, dass die drei Abschnitte des Bau ¬ teils 10 strukturell zusammengeführt werden. Das Bauteil weist weiterhin einen Bearbeitungsbereich 14 auf. Der Bear- beitungsbereich 14 ist ein Bereich des Bauteils 10, welcher sich entlang einer Aufbaurichtung AR desselben erstreckt.

Der Bearbeitungsbereich 14 kann ein Übermaßbereich sein. Der Bearbeitungsbereich 14 umfasst weiterhin einen Nachbearbei- tungsbereich 12 und einen Trennbereich 13. In dem Nachbearbeitungsbereich 12 wird das Bauteil vorzugsweise nach dem Trennen von der Bauplattform 1 durch zweckmäßige Verfahren nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung kann eine Oberflächenbe- handlung oder sogar eine weitere spanende Bearbeitung der entsprechenden Oberfläche des Bauteils bezeichnen.

In dem Trennbereich 13 wird im Gegensatz dazu vorzugsweise ein Trennschnitt zum Abtrennen des Bauteils 10 von der Bau ¬ plattform 1 angesetzt. Insbesondere kann das Bauteil 10 durch Sägen, Fräsen, Schleifen, Erodieren und/oder ein anschließendes Abschlagen von der Bauplattform 1 getrennt werden. Die Dicke D des Bearbeitungsbereichs 14 kann beispielsweise zwischen 3 mm und 10 mm, insbesondere 5 mm betragen, um genügend Spielraum für den Trennschnitt anzubieten. Bei einer nominellen Schichtdicke von 40 ym, wären also 125 Beschich- tungs- und Verfestigungsvorgänge erforderlich. Bei einer Dau- er von einer Minute pro Schicht während der additiven Herstellung würde dies einen Zeitaufwand von über zwei Stunden bedeuten .

Gemäß dem anhand von Figur 1 beschriebenen Verfahren muss der ganze Bearbeitungsbereich 14 für eine Grundfläche des Bau ¬ teils 10 additiv mit aufgebaut werden, obwohl dieser später entweder durch Trennen oder Nachbearbeiten wieder entfernt wird. Da übliche Schichtdicken von standardmäßig durch selek ¬ tives Laserschmelzen aufgebauten Bauteilen im Bereich zwi- sehen 20 ym und 40 ym liegen, müssen für einen 5 mm dicken Bearbeitungsbereich mindestens 150 Materialschichten (ohne Berücksichtigung eines Schweißschrumpfes) aufwendig aus Pul ¬ ver verfestigt werden. Dieser aufwändige Materialaufbau von später wieder zu entfernendem Material ist nicht nur aus Zeitgründen ungünstig. Dadurch, dass das Bauteilmaterial oft ¬ mals besonders fest und belastbar ist, wird ein Abtrennen oder auch ein Nachbearbeiten von Material in dem Bearbeitungsbereich 14 weiterhin durch die Materialeigenschaften erschwert .

Eine erfindungsgemäße Lösung des Problems ist anhand der fol ¬ genden Figuren beschrieben. Insbesondere zeigt Figur 2 im Gegensatz zur Figur 1 eine Situation, in der ein Bauteil 10, ohne wertvolle Materialien und Aufbauzeiten zu „verschwenden", aufgebaut wurde, wobei ein Bearbeitungsbereich 4 bereits in der Struktur der Bau- plattform 1 vorgesehen ist.

Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens wird also zunächst ei ¬ ne Bauteilgeometrie, insbesondere eine Geometrie des Bauteils entlang der ersten zu verfestigenden Schicht oder eines ers- ten additiv herzustellenden Bereichs, erfasst (vergleiche

Verfahrensschritte a) in Figur 4) . Dies kann durch ein opti ¬ sches Scan-Verfahren und/oder softwaretechnisch umgesetzt werden, wobei auch einfach CAD-Daten (Computer-Aided-Design) und/oder CAM-Daten (Computer-Aided-Manufacturing) herangezo- gen werden können. Der erste additiv herzustellende Bereich kann beispielsweise auch nur die erste zu verfestigende Mate ¬ rialschicht für das Bauteil bezeichnen.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen, die gesamte Funktionalität des beschriebenen in eine entspre ¬ chende Steuerungssoftware für eine entsprechende Herstel ¬ lungsanlage einzubinden. In der Steuerungs- und/oder

Konstruktionsssoftware oder einer entsprechenden Computerimplementierung des beschriebenen Verfahrens in eine Anlagen- hardware kann beispielsweise auch der Herstellungsprozess vorbereitet werden, d.h. umfassend die Orientierung der Bau ¬ teile und deren Positionierung auf der Bauplattform.

Dieser Bereich wird nun datentechnisch, vorzugsweise automa- tisch über eine Software oder ein Datenverarbeitungsprogramm über eine abgeleitete Aufbaugeometrie 7 auf einen Bearbei ¬ tungsbereich der Bauplattform 1 übertragen oder projiziert (vergleiche Verfahrensschritte b) in Figur 4) . Die Projektion der Aufbaugeometrie 7 kann auch durch ein Datenverarbeitungsprogramm automatisch an ein Werkzeug für einen nachfolgenden mechanischen Bearbeitungsschritt für die Bauplattform 1 ausgegeben werden. Das Verfahren umfasst anschließend das mechanische Bearbeiten (vergleiche Verfahrensschritte c) in Figur 4), insbesondere spanende Bearbeiten der Bauplattform 1 in lateralen Bereichen der Bauplattform in die die Bauteilgeometrie nicht übertragen wurde. Dadurch werden in dem Bearbeitungsbereich 4 Oberflächenbereiche 5 der Bauplattform 1 freigelegt, welche für den additiven Aufbau des Bauteils, insbesondere vor dem Verfesti ¬ gen der ersten Bauteilschicht mit dem Basismaterial 15 befüllt oder beschichtet werden müssen (die Situation ist in Figur 2 nicht explizit dargestellt) .

Die genannte Beschichtung kann jedoch von oben, das heißt beispielsweise durch Einfüllen von Pulver aus einem oberhalb der Bauplattform angeordneten Pulverreservoir oder aber durch einen standardmäßigen Beschichter erfolgen, währenddessen die Bauplattform 1 vorzugsweise nicht abgesenkt wird, da die Auf ¬ baugeometrie 7 (wie oben beschrieben) bereits besteht. Mit anderen Worten werden beispielsweise die ersten 5 mm (bei entsprechender Dicke des Bearbeitungsbereichs 4 entsprechend der ersten additiv herzustellenden Schicht des Bauteils als Sollgeometrie auf die Bauplattform 1 übertragen. Das Resultat ist eine Aufbaugeometrie 7 in der Bauplattform

1, welche eine Aufbaufläche AF als Herstellungsfläche für das nachfolgend additiv aufzubauende Bauteil 10 bereitstellt. Da ¬ bei kann jedoch mit Vorteil - im Gegensatz zur Situation der Figur 1 - das Substratmaterial zum Bereitstellen des Bearbei- tungsbereichs genutzt werden. Dementsprechend ist die Struk ¬ tur des Bauteils 10 unmittelbar auf der Plattformstruktur des Bearbeitungsbereichs 4 in Figur 2 dargestellt.

Analog zur Beschreibung der Figur 1 umfasst der Bearbeitungs- bereich 4 entlang einer Aufbaurichtung AR zunächst einen

Trennbereich 3 und oberhalb von diesem, einen Nachbearbeitungsbereich 2, in welchem eine Trennung und/oder eine (me- chanische) Nachbearbeitung der Bauplattform 1 für das Bauteil 10 nachträglich durchgeführt werden kann.

Entsprechend umfasst das Verfahren weiterhin das additive Aufbauen des Bauteils auf der Aufbaufläche AF (vergleiche

Verfahrensschritte d) in Figur 4) . Dies kann auch eine Wärme ¬ behandlung (vergleiche Verfahrensschritte dd) in Figur 4) um ¬ fassen, welche insbesondere bei der Bearbeitung von Bauteilen aus Superlegierungen unvermeidlich ist, um die während des Aufbaus entstandenen Spannungen, welche durch die hohen Beteiligten Temperaturen und Temperaturgradienten entstehen, abzubauen .

Wie in Figur 1 gezeigt, wurde das Bauteil 10 ebenfalls mit einem Hohlraum 8 aufgebaut, welcher lediglich nach unten, also an einer zur Bauplattform 1 gewandten Seite, eine Öffnung aufweisen soll.

Die in Figur 2 gezeigte Situation entspricht vorzugsweise ei- nem Zeitpunkt in dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen den Schritten d) und e) bzw. dd) und e) (vergleiche Figur 4), d.h. vor einem sich anschließenden Trennschritt, in dem das Bauteil 10 von der Substratplatte oder Bauplattform 1 ge ¬ trennt wird (siehe oben sowie Verfahrensschritt e) in Figur 4) .

Das beschriebene Verfahren kann, wie in Figur 2 angedeutet, einen weiteren Verfahrensschritt (vergleiche Verfahrens ¬ schritt ddd) in Figur 4) umfassen, in dem die Bauplattform 1 einschließlich des Bearbeitungsbereichs 4 als auch ein Teil des Bauteils 10, von unten, d.h. durch die Bauplattform mechanisch geöffnet, beispielsweise gebohrt oder gefräst wurde, um das Pulver oder Basismaterial 15 aus dem Hohlraum 8 zu entfernen. Wie oben beschrieben, ist dies durch das erfin- dungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise möglich, ohne dass das Material des Bauteils 10 selbst einer mechanischen Bear ¬ beitung unterzogen werden muss. Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Bauplattform 1. Es ist insbesondere gezeigt, dass eine Mehrzahl von Bau ¬ teilen 10a, 10b und 10c auf der Bauplattform 1 angeordnet und aufgebaut sind. Diese können abweichend von den gezeigten Geometrien jede andere Form oder Kontur haben. Figur 3 verdeutlicht (dieser ist Aspekt ist in Figur 2 nicht darge ¬ stellt) , dass eine Aufbaugeometrie (vergleiche Bezugszeichen 7a, 7b und 7c) von der Bauteilgeometrie abweichen, insbeson ¬ dere davon abgeleitet sein kann. Dies bedeutet vorzugsweise, dass sich die Aufbaugeometrieen 7a, 7b, 7c von denen der eigentlichen Bauteilgeometrieen um ein zusätzliches Übermaß unterscheiden kann. Das genannte Übermaß wird vorzugsweise je ¬ weils bei der mechanischen Bearbeitung der Bauplattform 1 berücksichtigt, beispielsweise um mögliche Lageabweichungen bei der Belichtung oder Verfestigung während des Aufbaus des Bauteils auszugleichen oder eine Toleranz zu bieten.

In Figur 4 ein schematisches Flussdiagramm der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gestrichelt sind nicht obligatorische Verfahrensschritte angedeutet. Der Rah ¬ men um die Verfahrensschritte a) und b) deutet schematisch an, dass diese Verfahrensschritte durch Datenverarbeitungs ¬ einrichtung 50 automatisch oder semi-automatisch durchgeführt werden können (vergleiche oben) .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.