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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CHECKING A COMPONENT TO BE PRODUCED IN AN ADDITIVE MANNER, AND DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/129294
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for checking a component (1) to be produced in an additive manner, having the steps of mechanically exciting at least one additively constructed layer (2) of the component (1) during the additive production of the component (1), measuring a mechanical response signal of the component (1), and displaying a warning and/or interrupting the additive production of the component (1) if the mechanical response signal lies outside of a specified tolerance range. The invention further relates to a device (100) for the additive production of a component (1), comprising a device (4) for mechanically exciting the at least one additively constructed layer (2) of the component (1), a measuring unit (5) for measuring the mechanical response signal of the component (1), and a control unit (6). The control unit (6) is designed to display the warning and/or interrupt the additive production if the mechanical response signal lies outside of a specified tolerance range.

Inventors:
HABERLAND CHRISTOPH (DE)
JUNGBLUTH MATTHIAS (DE)
KREUTZER ANDREAS (DE)
LAMMERS HEIKO (DE)
LORENZ THOMAS (DE)
REGENER MARTIN (DE)
SPERLICH KATHRIN (DE)
TOMUSCHAT DANNY (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/079730
Publication Date:
August 03, 2017
Filing Date:
December 05, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
B22F3/105; B29C67/00
Domestic Patent References:
WO2015109096A12015-07-23
Foreign References:
DE102011008774A12012-07-19
EP1815936A12007-08-08
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Prüfung eines additiv herzustellenden Bauteils (1), umfassend die folgenden Schritte: mechanisches Anregen mindestens einer additiv aufgebauten Schicht (2) des Bauteils (1) während einer additiven Her¬ stellung des Bauteils (1),

Messen eines mechanischen Antwortsignals des Bauteils (1), und

Anzeigen einer Warnung und/oder Durchführen eines Abbruchs der additiven Herstellung des Bauteils (1), wenn das mechanische Antwortsignals außerhalb eines vorbestimmten To¬ leranzbereichs liegt, wobei das mechanische Antwortsignal für das Anzeigen der Warnung und/oder das Durchführen des Abbruchs mit einem simulierten oder berechneten Wert verglichen wird .

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das mechanische Anregen mittels Schall, Vibrationen und/oder Schwingungen, beispielsweise piezoelektrisch, durchgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das mechanische Anregen und das Messen Teile einer akustischen Resonanz- oder Schwingungsanalyse, einer Schallemissionsanalyse, einer Ult¬ raschallprüfung oder einer Vibrationsprüfung sind.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für das mechanische Anregen und das Messen des mechanischen Antwortsignals ein charakteristisches Frequenzspektrum des Bauteils (1) herangezogen wird.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches derart durchgeführt wird, dass ein Strukturfehler (10) in der Schicht (2) oder eine Ablösung (11) des Bauteils (1) von einem Bauteilsubstrat (3) dazu führt, dass das mechani¬ sche Antwortsignal außerhalb des vorbestimmten Toleranzbe¬ reichs liegt.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das additiv herzustellende Bauteil (1) zusammen mit einem Bauteilsubstrat (3) angeregt wird, auf welchem das Bauteil (1) additiv hergestellt wird.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mechanische Antwortsignal für das Anzeigen der Warnung und/oder das Durchführen des Abbruchs mit einem mechanischen Antwortsignal mindestens einer zuvor additiv aufgebauten Schicht (2λ) verglichen wird.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Warnung angezeigt wird, wenn das mechanische Antwortsig- nal außerhalb eines ersten vorbestimmten Toleranzbereichs liegt und wobei der Abbruch der additiven Herstellung des Bauteils (1) durchgeführt wird, wenn das mechanische Antwort¬ signal außerhalb eines zweiten vorbestimmten Toleranzbereichs liegt und wobei der zweite vorbestimmte Toleranzbereich grö- ßer ist als der erste vorbestimmte Toleranzbereich.

9. Additives Herstellungsverfahren umfassend das Verfahren zur Prüfung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das additive Herstellen mindestens einer weiteren

Schicht (2λ) für das Bauteil, wenn das mechanische Antwort¬ signal innerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.

10. Additives Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9, welches einen Verfestigungsschritt umfasst und wobei das mechanische Anregen während einer Verfestigung einzelner additiv aufgebauter Schichten des Bauteils (1) durchgeführt wird.

11. Additives Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei - ausgehend von dem mechanischen Antwortsignal - Para- meter der Herstellung des Bauteils (1) zur Vermeidung von Fehlern oder Schäden angepasst werden.

12. Additives Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, welches selektives Laserschmelzen, selektives La¬ sersintern oder Elektronenstrahlschmelzen umfasst.

13. Vorrichtung (100) zur additiven Herstellung eines Bauteils (1), umfassend eine Einrichtung (4) zum mechanischen Anregen mindestens einer additiv aufgebauten Schicht (2) des Bauteils (1), eine Messeinheit (5) zum Messen eines mechani¬ schen Antwortsignals des Bauteils (1) und eine Kontrollein¬ heit (6), wobei die Kontrolleinheit (6) ausgebildet ist, eine Warnung anzuzeigen und/oder einen Abbruch der additiven Herstellung durchzuführen, wenn das mechanische Antwortsignal außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.

14. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 13, wobei die Messeinheit (5) einen Schall-, Vibration-, oder Beschleunigungs¬ aufnehmer, ein Laservibrometer und/oder einen piezoelektrischen Sensor umfasst.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Prüfung eines additiv herzustellenden Bauteils und Vorrichtung

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines additiv oder schichtweise hergestellten oder herzustellenden Bauteils und eine Vorrichtung zur additiven Herstellung des Bauteils.

Bei dem Bauteil kann es sich um eine Turbinenkomponente, bei ¬ spielsweise um ein heißgasbeaufSchlagtes oder hochtemperatur- belastetes Teil einer Gasturbine und/oder ein Werkstück oder Bauteil aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung handeln.

Bekannte additive oder generative Herstellungsverfahren sind insbesondere das selektive Laserschmelzen (SLM: englisch für „selective laser melting") , das selektive Lasersintern (SLS: englisch für „selective laser sintering") und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM: englisch für „electron beam melting") . Bei den genannten Verfahren wird das Bauteil häufig lagen- oder schichtweise in einem Pulverbett durch Aufschmelzen von das Pulverbett bildenden Partikeln mit einem Laser- oder Elektronenstrahl belichtet, aufgeschmolzen und entsprechend aufgebaut .

Ein additives Herstellungssystem ist beispielsweise in

WO 2015/112422 AI beschrieben.

Bisher kann beispielsweise die Materialqualität von durch Gussverfahren hergestellten Bauteilen, insbesondere in der Herstellung von Turbinenschaufeln, durch additive Verfahren noch nicht erreicht werden. Insbesondere ist die Struktur ad- ditiv hergestellter Bauteile hinsichtlich von Verspannungen, Korngrößen und/oder Strukturdefekten ungünstig gegenüber Strukturen, welche durch Gießen oder Verfahren zur gerichteten Erstarrung hergestellt oder herstellbar sind. Gerichtet erstarrte Gefüge bezeichnen vorliegend vorzugsweise sowohl Einkristalle, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwin ¬ kelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen.

Bisher können beispielsweise während eines SLM-Verfahrens auftretende Fehler, beispielsweise Strukturfehler, erst nach Abschluss des Verfahrens durch Prüfmethoden des Standes der Technik detektiert werden. Ein Nachjustieren der Herstellungsparameter oder das Verwerfen des Bauteils schon während der Herstellung, beispielsweise aufgrund von Strukturdefekten und/oder Ablösungen des Bauteils von einem Bauteilsubstrat, ist bisher nicht möglich. Insbesondere ein solches Ablösen oder eine Delaminierung des Bauteils vom Bauteilsubstrat kann eine Kollision des Bauteils mit einer Beschichtereinheit und damit eine schwerwiegende Schädigung der Anlage oder Vorrich ¬ tung zur Folge haben. Auch können beispielsweise durch Ther- mo-Spannungen induzierte Strukturfehler, wie Risse oder ein Verzug des Bauteils während der Herstellung nicht detektiert werden. Ein Abbruch des Herstellungsprozesses findet bei ad ¬ ditiven Herstellungsverfahren des Standes der Technik bisher nur statt, wenn beispielsweise eine andere, nicht die Struk ¬ tur des Bauteils betreffende wesentliche Störung, festge- stellt wird.

Es wäre lediglich möglich, beispielsweise nach jeder aufge ¬ brachten und/oder aufgebauten Lage das Bauteil aus der Vorrichtung auszubauen und auf Materialdefekte zu prüfen und an- schließend wieder einzubauen, wobei diese Methode jedoch zeitlich viel zu ineffizient und damit nicht anwendbar wäre.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen eine Materialprüfung eines additiv her- zustellenden oder hergestellten Bauteils schon während der Herstellung ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen An ¬ sprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines additiv oder schichtweise herzustellenden oder hergestellten Bauteils. Das Verfahren kann ein Prüfverfahren der Qualität, insbesondere der Materialqualität, des Bauteils sein.

Bei dem Verfahren kann es sich insbesondere um ein in-situ Verfahren zur Materialprüfung handeln.

Weiterhin bezeichnet die Qualität insbesondere die Material- qualität des Bauteils hinsichtlich von Strukturdefekten und/oder eines Ablösens, beispielsweise von einem Bauteilsub ¬ strat .

Das Verfahren umfasst das mechanische Anregen mindestens ei- ner additiv aufgebauten Schicht des Bauteils während einer Herstellung des Bauteils.

Der Ausdruck „während" der additiven Herstellung beschreibt vorzugsweise einen Zeitpunkt nach oder während einer Verfes- tigung oder Belichtung einer einzelnen Lage des oder für das Bauteil (s) und einen Zeitpunkt, zu dem das Bauteil vorzugs ¬ weise noch nicht fertiggestellt ist.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das mechanische Anregen einer einzelnen additiv aufgebauten bzw. verfestigten Schicht des Bauteils.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das mechanische Anregen einer Mehrzahl von additiv aufgebauten Schichten des Bauteils.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Messen eines mechanischen Antwortsignals des, insbesondere bis zu diesem Zeitpunkt auf- gebauten, Bauteils. Das Antwortsignal umfasst vorzugsweise eine Information über das mechanische Verhalten des Bauteils, insbesondere eine Information über das mechanische Antwort ¬ verhalten auf das mechanische Anregen bzw. die Anregung.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Anzeigen einer Warnung und/oder das Durchführen eines Abbruchs der additiven Herstellung des Bauteils wenn das mechanische Antwortsignal oder ein oder mehrere Messwerte des Antwortsignals außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt/liegen, wobei das mecha ¬ nische Antwortsignal für das Anzeigen der Warnung und/oder das Durchführen des Abbruchs mit einem simulierten oder berechneten Wert verglichen wird. Der Wert kann beispielsweise auf einer Simulation, beispielsweise einer Finite-Elemente- Analyse, beruhen. Der simulierte oder berechnete Wert kann den vorbestimmten Toleranzbereich definieren.

Der vorbestimmte Toleranzbereich bezeichnet vorzugsweise ei ¬ nen Wertebereich, für den und soweit das mechanische Antwort- signal innerhalb dieses vorbestimmten Toleranzbereichs liegt, das Bauteil mit einer hinreichenden Materialqualität oder Fehlerfreiheit hergestellt oder aufgebaut wurde.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Anzeigen ei- ner Warnung oder das Durchführen eines Abbruchs der additiven Herstellung des Bauteils, wenn das mechanische Antwortsignal oder ein oder mehrere Messwerte des Antwortsignals außerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs liegen. In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Anzeigen einer Warnung, wenn das mechanische Antwortsignal oder ein oder mehrere Messwerte des Antwortsignals außerhalb des vorbe ¬ stimmten Toleranzbereichs liegen. Gemäß dieser Ausgestaltung ist der vorbestimmte Toleranzbereich vorzugsweise ein erster vorbestimmter Toleranzbereich.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Durchführen eines Abbruchs der additiven Herstellung des Bauteils, wenn das mechanische Antwortsignal oder ein oder mehrere Messwerte des Antwortsignals außerhalb des vorbestimmten Toleranzbe ¬ reichs liegen. Gemäß dieser Ausgestaltung ist der vorbestimmte Toleranzbereich vorzugsweise ein zweiter vorbestimmter To- leranzbereich .

In einer Ausgestaltung wird die Warnung angezeigt, wenn das mechanische Antwortsignal außerhalb des ersten vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.

In einer Ausgestaltung wird der Abbruch der additiven Herstellung des Bauteils durchgeführt, wenn das mechanische Ant ¬ wortsignal außerhalb des zweiten vorbestimmten Toleranzbe ¬ reichs liegt.

In einer Ausgestaltung ist der zweite vorbestimmte Toleranzbereich größer als der erste vorbestimmte Toleranzbereich.

Durch diese Ausgestaltungen kann mit Vorteil eine höhere To- leranz für einen Abbruch des Herstellungsverfahrens definiert werden, wobei einem Anwender des Verfahrens durch die Warnung anheimgestellt werden kann, ob das Verfahren beispielsweise auch bei einem (wesentlichen) Strukturfehler des Bauteils komplett abzubrechen ist.

Wenn nachfolgend der vorbestimmte Toleranzbereich genannt ist, kann insbesondere der erste vorbestimmte Toleranzbereich oder der zweite vorbestimmte Toleranzbereich gemeint sein. Entsprechend der oben genannten Ausgestaltungen kann das Messen des mechanischen Antwortsignals nach jeder einzelnen oder nach einer Mehrzahl von aktuell aufgebauten Schichten des Bauteils durchgeführt werden. In einer Ausgestaltung wird das additiv herzustellende Bau ¬ teil zusammen mit einem Bauteilsubstrat angeregt, auf welchem das Bauteil hergestellt oder aufgebaut wird. Dementsprechend umfasst das Antwortsignal vorzugsweise eine Information über das mechanische Verhalten oder die mechanischen Eigenschaften sowohl des bis dahin oder teilweise hergestellten Bauteils als auch des Bauteilsubstrats. Bei der Bezeichnung des Ausdrucks „Bauteil" kann vorliegend insbesondere das herzustellende Bauteil sowie das teilweise oder fertig hergestellte Bauteil und optional ebenso das Bau ¬ teilsubstrat gemeint sein. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils, umfassend eine Einrichtung zum mechanischen Anregen mindestens einer additiv aufgebauten Schicht des Bauteils und/oder bzw. zusammen mit einem Bauteilsubstrat. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Messeinheit zum Messen eines mechanischen Antwortsignals des Bauteils bzw. zusammen mit dem Bauteilsub ¬ strat. Die Vorrichtung kann das Bauteilsubstrat umfassen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Kontrolleinheit, wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, eine Warnung anzuzeigen und/oder einen Abbruch der additiven Herstellung durchzuführen, wenn das mechanische Antwortsignal außerhalb des vorbe ¬ stimmten Toleranzbereichs liegt.

In einer Ausgestaltung umfasst die Messeinheit einen Schall-, Vibrations-, und/oder Beschleunigungsaufnehmer, ein Laservi- brometer und/oder einen piezoelektrischen Sensor. Gemäß dieser Ausgestaltung kann das Bauteil besonders zweckmäßig für die Materialprüfung mechanisch angeregt werden. Als Vorteil wird mit der vorliegenden Erfindung insbesondere ein „Frühwarnsystem" angegeben, womit insbesondere die Herstellungsvorrichtung vor Beschädigungen geschützt werden kann. Weiterhin kann durch das Anzeigen der Warnung und/oder das Durchführen des Abbruchs (Prozessabbruchs) das additive Herstellungsverfahren effizienter gemacht werden, da keine Herstellungs- oder Maschinenlaufzeit mehr für den additiven Aufbau eines bereits beschädigten oder strukturell unbrauch ¬ baren Bauteils „vergeudet" werden muss. Mit anderen Worten können auf diese Weise unnötige Maschinenlaufzeiten ausge ¬ schlossen oder verhindert werden.

In einer Ausgestaltung wird das mechanische Anregen mittels Schall, Vibrationen und/oder Schwingungen, beispielsweise piezoelektrisch, durchgeführt.

In einer Ausgestaltung sind das mechanische Anregen und/oder das Messen des mechanischen Antwortsignals Teil einer akusti- sehen Resonanz- oder Schwingungsanalyse, einer Schallemissi ¬ onsanalyse, einer Ultraschallprüfung und/oder einer Vibrationsprüfung. Auf diese Weise kann die Materialprüfung des Bauteils besonders zweckmäßig erfolgen. Entsprechend der vorherig beschriebenen Ausgestaltungen ist die Einrichtung zum mechanischen Anregen der Vorrichtung vorzugsweise entsprechend der beschriebenen Prüfverfahren oder Analysemethoden ausgebildet. Bei den beschriebenen Verfahren handelt es sich vorzugsweise um dem Fachmann bekannte Verfah- ren der zerstörungsfreien Materialprüfung.

In einer Ausgestaltung wird für das mechanische Anregen und/oder das Messen des mechanischen Antwortsignals ein charakteristisches Frequenzspektrum des Bauteils und/oder der Bauteilplattform herangezogen. Vorzugsweise beschreibt das beschriebene Frequenzspektrum ein charakteristisches Spektrum von Bauteilsubstrat und zumindest teilweise darauf aufgebau ¬ tem Bauteil. Bei dem charakteristischen Frequenzspektrum kann es sich beispielsweise um eine Resonanzkurve des Bauteils handeln.

In einer Ausgestaltung wird das Verfahren derart durchgeführt und/oder ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass ein Strukturfehler oder -defekt in der Schicht und/oder eine Ab- lösung des Bauteils vom Bauteilsubstrat dazu führt, dass das mechanische Antwortsignal außerhalb des vorbestimmten Tole ¬ ranzbereichs liegt. Bei dem Strukturfehler kann es sich bei ¬ spielsweise um einen Riss, eine Fehlstelle, eine Versetzung und/oder eine Ausbildung von bestimmten Korngrößen in der Struktur des Bauteils handeln. Ein Riss im Bauteil führt bei ¬ spielsweise lediglich zu einer kleinen Abweichung des mechanischen Antwortsignals oder eines Messwerts desselben von ei- nem Sollwert, wobei vorzugsweise lediglich der erste oben ge ¬ nannte vorbestimmte Toleranzbereich „überschritten" wird, aber nicht der zweite vorbestimmte Toleranzbereich. Hingegen führt eine Ablösung des Bauteils vom Bauteilsubstrat vorzugs ¬ weise dazu, dass das Antwortsignal auch den zweiten vorbe- stimmten Toleranzbereich überschreitet (siehe oben) .

In einer Ausgestaltung wird das mechanische Antwortsignal für das Anzeigen der Warnung und/oder das Durchführen des Abbruchs mit einem mechanischen Antwortsignal, beispielsweise insbesondere einem oder mehreren Messwerten, mindestens einer zuvor, d.h. vor der eigentlichen Schicht, additiv aufgebauten Schicht verglichen. Insbesondere kann ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt werden. Der beschriebene Wert oder Messwert der zuvor aufgebauten Schicht kann den vorbestimmten Toleranzbe- reich definieren.

In einer Ausgestaltung wird durch eine, vorzugsweise automa ¬ tische Mustererkennung erkannt, ob das mechanische Antwort ¬ signal oder Messwerte desselben innerhalb oder außerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs liegen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren umfassend das beschriebene Verfahren zur Prüfung der Qualität des additiv herzustellen- den Bauteils. Das additive Herstellungsverfahren umfasst das additive bzw. schichtweise Herstellen mindestens einer weite ¬ ren Schicht für das Bauteil, wenn das mechanische Antwortsig ¬ nal innerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs liegt. In einer Ausgestaltung ist oder umfasst das additive Herstel ¬ lungsverfahren selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern und/oder Elektronenstrahlschmelzen. Vorzugsweise ist das Verfahren ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen (SLM) .

In einer Ausgestaltung umfasst das additive Herstellungsver- fahren einen Verfestigungsschritt, wobei das mechanische An ¬ regen (auch) während einer Verfestigung einzelner additiv aufgebauter oder hergestellter Schichten des Bauteils durchgeführt wird. In einer Ausgestaltung werden - ausgehend von dem mechanischen Antwortsignal - Parameter der Herstellung des Bauteils zur Vermeidung von Fehlern oder Schäden, beispielsweise (weiteren) Material-, Vorrichtungs- , oder Folgeschäden angepasst. Mit Vorteil kann dadurch unter Umständen in situ auf einen Herstellungsfehler im oder am Bauteil durch eine Anpassung der Parameter reagiert und auf eine Neuherstellung des Bauteils verzichtet werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, welches durch das beschriebene Verfahren hergestellt wird oder herstellbar ist.

Das beschriebene Bauteil weist gemäß dem beschriebenen Her ¬ stellungsverfahren vorzugsweise spezifische und/oder charak- teristische Eigenschaften auf. Beispielsweise kann das Bau ¬ teil hinsichtlich seiner Struktur- oder Oberflächeneigenschaften durch einschlägige Verfahren der Oberflächen- oder Strukturanalyse, welche mittels anderer Verfahren hergestellt wurden oder herstellbar sind, unterschieden werden. Solche Verfahren sind beispielsweise Transmissionselektronenmikro ¬ skopie, energiedispersive Röntgenanalyse und/oder Röntgenflu- ores zenzanalyse .

Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie- gend auf das Verfahren beziehen, können sich ebenfalls auf die Vorrichtung und/oder das Bauteil beziehen, und umgekehrt. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt schematisch eine Schnitt- oder Seitenansicht einer Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils oder Werkstücks. Figur 2 deutet schematisch zumindest einen Teil eines Ver ¬ fahrens zur Prüfung des Bauteils gemäß einer ersten Ausgestaltung an.

Figur 3 deutet schematisch zumindest einen Teil eines Ver- fahrens zur Prüfung des Bauteils gemäß einer weite ¬ ren Ausgestaltung an.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 ist vorzugsweise eine Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils oder Werkstücks 1.

Anhand der Vorrichtung 100 wird ein Verfahren zur Prüfung, insbesondere Materialprüfung, des Bauteils 1 beschrieben. Weiterhin wird ein additives Herstellungsverfahren für das Bauteil 1 angedeutet bzw. beschrieben.

Das Bauteil 1 kann ein gemäß einer vorbestimmten oder gewünschten Geometrie hergestellter oder herstellbarer dreidimensionaler Gegenstand sein, welcher gemäß dem additiven Her- stellungsverfahren, beispielsweise einem SLM-Verfahren (selektives Laserschmelzen) , durch eine Vielzahl einzelner

Schichten (vergleiche beispielsweise Bezugszeichen 2 und 2 λ in Figur 2) aufgebaut wird. Bei dem Bauteil 1 kann es sich um eine Turbinenkomponente, beispielsweise ein Teil im Heißgaspfad einer Gasturbine, bei ¬ spielsweise aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superle- gierung, handeln. In Figur 1 ist das Bauteil 1 vorzugsweise nur teilweise und nicht fertig hergestellt, d.h. während seiner additiven Her ¬ stellung gezeigt.

Die Vorrichtung 100 umfasst eine Bauteilplattform oder ein Bauteilsubstrat 3. Das Bauteilsubstrat 3 ist absenkbar, bei ¬ spielsweise relativ zu weiteren Komponenten der Vorrichtung 100. Nach der Herstellung einer einzelnen Schicht des Bau- teils oder für das Bauteil 1, wird das Bauteilsubstrat 3 vor ¬ zugsweise um ein der Schichtdicke entsprechendes Maß abge ¬ senkt und anschließend einzeln beispielsweise mit einem La ¬ serstrahl aufgeschmolzen und verfestigt. Eine entsprechende Laser- oder Verfestigungsvorrichtung ist in den Figuren nicht explizit gezeigt.

Beim selektiven Laserschmelzen ( SLM-Verfahren) wird im Rahmen der Verfestigung ein Pulverbett gerastert und/oder vorzugs ¬ weise gemäß einer vorgegebenen Verfestigungs- oder Belich- tungsgeometrie verfestigt. Entsprechende Daten für die Ver ¬ festigung werden vorzugsweise direkt einer 3D CAD-Datei ent ¬ nommen .

Alternativ zum SLM-Verfahren kann das beschriebene additive Herstellungsverfahren selektives Lasersintern (SLS) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM) sein.

Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin eine Pulverzuführung oder Pulverzuführungseinrichtung 20.

Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin eine Pulverabführung oder Pulverabführungseinrichtung 21.

Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin eine Beschichtereinheit oder eine Rakel 7. Mithilfe der Beschichtereinheit 7 wird

Pulver 8 für das Bauteil 1 vorzugsweise aus der Pulverzufüh ¬ rung 20 entnommen und (schichtweise) für jeden einzelnen Herstellungsschritt in einem Herstellungsraum auf dem Bauteil- Substrat 3 verteilt (vergleiche Verteilung entlang Richtung A in Figur 1) . Überschüssiges Pulver 8 wird von der Beschich- tungseinheit 7 in die Pulverabführung 21 verschoben. Die Pulverzuführung 20 und/oder die Pulverabführung 21 können ihrerseits absenkbare Plattformen (nicht explizit gekenn ¬ zeichnet) umfassen.

Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Einrichtung 4 zum mechanischen Anregen des Bauteils 1 auf. Vorzugsweise wird das Bauteil 1 bei dem mechanischen Anregen zusammen mit dem Bauteilsubstrat 3 angeregt, da das Bauteil 1 oder einzelne Schichten des Bauteils 1 vorzugsweise Stoffschlüssig oder me ¬ tallurgisch mit dem Bauteilsubstrat 3 verbunden sind. Dazu ist die Einrichtung 4 vorzugsweise an einer Unterseite des Bauteilsubstrats 3 angeordnet und physisch mit dem Bauteil ¬ substrat 3 verbunden. Die Einrichtung 4 kann beispielsweise Schall, Vibrationen oder Schwingungen erzeugen. Demgemäß kann die Einrichtung 4 ein piezoelektrisches Element sein oder um- fassen. Die Einrichtung 4 kann weiterhin zum mechanischen Anregen mittels akustischer Resonanz- oder Schwingungsanalyse, Schallemissionsanalyse, Vibrationsprüfung und/oder Ultra ¬ schallprüfung ausgelegt sein. Bei dem charakteristischen Frequenzspektrum kann es sich um eine zu messende Resonanz, beispielsweise eine Resonanzkurve des Bauteils 1, auf dem Bauteilsubstrat 3 handeln.

Insbesondere kann die Einrichtung 4, vorzugsweise im Fall ei- ner Material- oder Strukturprüfung mittels Resonanz- oder

Schwingungsanalyse, ausgelegt sein, das Bauteil 1 mittels ei ¬ nes charakteristischen Frequenzspektrums resonant anzuregen. Beispielsweise kann eine Vielzahl von verschiedenen Schwingungsmoden des Bauteils 1 durch die Einrichtung 4 resonant angeregt werden. Als Antwort auf diese Resonanz oder Anregung wird vorzugsweise ein mechanisches Antwortsignal des Bauteils 1 auf dem Bauteilsubstrat 3 gemessen. Dazu weist die Vorrichtung 100 weiterhin eine Messeinheit 5 auf. Die Messeinheit 5 ist vorzugsweise an einer Unterseite des Bauteilsubstrats 3 angeordnet. Die Messeinheit 5 ist aus ¬ gelegt, ein oder mehrere mechanische Antwortsignale des (bis dahin) zumindest teilweise hergestellten oder aufgebauten

Bauteils 1 zu messen, aufzunehmen oder zu registrieren. Demgemäß kann die Messeinheit 5 einen Schall-, Vibration- oder Beschleunigungsaufnehmer aufweisen. Insbesondere kann die Messeinheit 5 ein Laservibrometer oder einen piezoelektri- sehen Sensor umfassen.

Bei den Antwortsignalen oder dementsprechenden Messwerten handelt es sich vorzugsweise um Schwingungssignale des Bau ¬ teils 1 zusammen mit dem Bauteilsubstrat 3, welche sich gemäß dem Fortgang der Herstellung des Bauteils 1 von Schicht zu Schicht nur wenig unterscheiden.

Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Kontrolleinheit 6 auf. Die Kontrolleinheit 6 ist, zweckmäßigerweise elektrisch, mit der Einrichtung 4 und der Messeinheit 5 verbunden. Die

Kontrolleinheit 6 ist vorzugsweise ausgebildet, eine Warnung anzuzeigen und/oder einen Abbruch der additiven Herstellung durchzuführen, wenn ein mechanisches Antwortsignal außerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.

Das vorgestellte Verfahren umfasst das mechanische Anregen einer oder einer Mehrzahl von additiv aufgebauten oder herzustellenden Schichten des Bauteils während der additiven Herstellung des Bauteils 1.

Vorzugsweise erfolgt das mechanische Anregen nach dem Verfes ¬ tigen oder Herstellen jeder einzelnen hergestellten oder aufgebauten Schicht für das Bauteil 1. Alternativ kann das me ¬ chanische Anregen nach dem Verfestigen oder Herstellen zweier oder mehrerer Schichten für das Bauteil 1 erfolgen. Das mechanische Anregen kann beispielsweise auch während der Ver ¬ festigung des Pulvers 8 mit einem Laserstrahl erfolgen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Messen des mechanischen Antwortsignals. Vorzugsweise umfasst das Antwortsignal Infor ¬ mationen über das Schwingungsverhalten, insbesondere über die Eigen- oder Resonanzfrequenzen des Bauteils 1 zusammen mit dem Bauteilsubstrat 3, auf dem das Bauteil 1 hergestellt wird .

Weiterhin umfasst das Verfahren das Anzeigen einer Warnung und/oder das Durchführen eines Prozessabbruchs oder Abbruchs der Herstellung des Bauteils, wenn das mechanische Antwort ¬ signal bzw. ein oder mehrere Messwerte desselben außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegen.

Der vorbestimmte Toleranzbereich bezeichnet vorzugsweise ei- nen Wertebereich, beispielsweise von Messwerten zum Schwingungsverhalten, des oder für das Antwortsignal, im Rahmen dessen das Bauteil 1 als zumindest weitgehend fehlerfrei auf ¬ gebaut zu qualifizieren ist. Vorliegend können im Rahmen des beschriebenen Verfahrens ein erster vorbestimmter Toleranzbereich und ein zweiter vorbestimmter Toleranzbereich bestimmt oder definiert werden, wobei der zweite vorbestimmte Toleranzbereich vorzugsweise grö ¬ ßer oder weiter gefasst ist als der erste vorbestimmte Tole- ranzbereich.

Der erste und der zweite vorbestimmte Toleranzbereich sind vorzugsweise derart gewählt, dass, wenn ein mechanisches Ant ¬ wortsignal beispielsweise lediglich außerhalb des ersten vor- bestimmten Toleranzbereichs liegt, eine Warnung an einen Be ¬ nutzer oder Anwender ausgegeben wird. Falls ein mechanisches Antwortsignal beispielsweise ebenfalls außerhalb des zweiten vorbestimmten Toleranzbereichs liegt, wird vorzugsweise das gesamte Herstellungsverfahren abgebrochen.

Figur 2 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht der Vorrichtung 100 (eine Beschichtereinheit, eine Pulverzu ¬ führung und auch eine Pulverabführung sind im Gegensatz zu Figur 1 nicht gezeigt) . Figur 2 zeigt insbesondere ein teil ¬ weise hergestelltes Bauteil 1 auf dem Bauteilsubstrat 3. Es ist weiterhin eine aktuell oder zuletzt aufgebaute, d.h. ver ¬ festigte Schicht 2 gezeigt. Die Schicht 2 ist auf einer zu- vor, d.h. vor der Schicht 2, aufgebauten Schicht 2 λ hergestellt, aufgebaut oder verfestigt worden.

Die Schicht 2 λ weist vorzugsweise keine wesentlichen Struk ¬ turdefekte, wie beispielsweise Kristallfehler, Fehlstellen, Versetzungen oder sonstige durch mechanische Anregung

detektierbare Fehler auf. Dementsprechend ist das Antwortsig ¬ nal (nicht explizit gekennzeichnet) der Schicht 2 λ von dem beschriebenen Verfahren vorzugsweise innerhalb des vorbe ¬ stimmten Toleranzbereichs angesiedelt und es braucht weder eine Warnung angezeigt, noch der Herstellungsprozess abgebro ¬ chen werden.

Die Schicht 2 weist einen mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichneten Strukturfehler 10 (siehe oben) auf. Zweckmäßiger- weise ist der Strukturfehler derart groß oder gravierend, dass mittels des beschriebenen Verfahrens, über das Antwort ¬ signal vorteilhafterweise eine Abweichung z.B. des Schwin- gungs- oder Vibrationsverhaltens, wie oben beschrieben, ge ¬ messen werden kann. Beispielsweise weicht also die Resonanz- kurve des Antwortsignals derart von einer zu erwartenden oder Soll-Resonanzkurve ab, dass das entsprechende Antwortsignal vorzugsweise lediglich außerhalb des ersten vorbestimmten Toleranzbereichs liegt. Daraufhin wird einem Anwender des oder der Verfahrens vorzugsweise eine Warnung angezeigt und er kann selbst entscheiden, ob der ganze Herstellungsprozess ab ¬ gebrochen werden muss, oder bspw. lediglich Parameter der Herstellung korrigiert und/oder angepasst werden müssen.

Die genannte Warnung kann insbesondere zweckmäßig sein, da die Fertigstellung eines beispielsweise hinsichtlich seiner

Mikrostruktur unbrauchbaren Bauteils 1 in unnötiger Weise Maschinenlaufzeit und Material verbraucht. Das Antwortsignal der Schicht 2 kann für ein eventuelles An ¬ zeigen der Warnung und/oder das Abbrechen der Herstellung des Bauteils, beispielsweise mit dem entsprechenden mechanischen Antwortsignal der Schicht 2 welche direkt unterhalb der Schicht 2 angeordnet ist, verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Antwortsignal der Schicht 2 für das An ¬ zeigen der Warnung und/oder das Abbrechen der Herstellung des Bauteils, beispielsweise mit einem berechneten oder simulierten Wert oder Messwert für das Antwortsignal verglichen wer- den. Der genannte Wert kann einer rechnergestützten Konstruktion des Bauteils und/oder einer Finite-Elemente-Analyse ent ¬ stammen .

Figur 3 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht der Vorrichtung 100. Figur 3 zeigt ebenso wie Figur 2 ein teilweise hergestelltes Bauteil 1 auf dem Bauteilsubstrat 3. Es ist bspw. angedeutet, dass es während der Herstellung der Schicht 2 oder zu einem anderen Zeitpunkt der additiven Herstellung des Bauteils 1 zu einer Ablösung des Bauteils 1 vom Bauteilsubstrat 3 kommt (vergleiche gestrichelten Kreis 11). Eine solche Ablösung kann, beispielsweise durch eine Kollisi ¬ on mit der Beschichtereinheit (vgl. Bezugszeichen 7 in Figur 1) zu einer Schädigung der Vorrichtung 100 führen. Die Ablösung führt - im Vergleich zu einem Strukturfehler in lediglich einer einzelnen Schicht des Bauteils 1 (vgl. Bezugszeichen 10 in Figur 2) - vorzugsweise zu einer größeren Abweichung des Antwortsignals von einem zu erwartenden Antwortsignal, welches im Falle eines zweckmäßig aufgebauten und im Wesentlichen strukturfehlerfreien Bauteil von der Messeinheit 5 gemessen wird. Der Grund der im Vergleich zu einem Strukturfehler vergrößerten Abweichung des Antwortsignals von dem zu erwartenden Antwortsignal und über den zweiten vorbestimmten Toleranzbereich hinaus, liegt vorzugsweise in der größeren Änderung der Eigenfrequenz (en) oder Resonanzen des Verbunds von Bauteilsubstrat 3 und Bauteil 1 durch die Ablö ¬ sung . Dementsprechend wird für das Bauteil 1 in Figur 3 vorzugswei ¬ se ein Antwortsignal gemessen, welches sowohl außerhalb des ersten als auch des zweiten vorbestimmten Toleranzbereichs liegt. Folglich wird die Herstellung des Bauteils 1 vorzugs- weise automatisch abgebrochen. Optional kann dem Benutzer ebenfalls eine Warnung angezeigt werden.

Die Kontrolleinheit 6 kann beispielsweise derart ausgebildet sein, ein Antwortsignal über eine Mustererkennung zu messen oder zu identifizieren und dann entsprechend zu entscheiden, ob das Antwortsignal oder beispielsweise dementsprechende Messwerte innerhalb oder außerhalb der genannten vorbestimm ¬ ten Toleranzbereiche liegt oder nicht. Über die Kontrolleinheit 6 können vorzugsweise weiterhin die genannten Toleranzbereiche definiert oder dimensioniert wer ¬ den. Weiterhin können durch die Kontrolleinheit 6 - ausgehend von dem mechanischen Antwortsignal - Parameter der Herstellung des Bauteils zur Vermeidung von Fehlern oder Schäden, beispielsweise (weiteren) Material-, Vorrichtung-, oder Fol ¬ geschäden, angepasst werden. Bei den Parametern kann es sich um das Strahlprofil eines Lasers oder Elektronenstrahls, um eine Pulverförderungsrate, die Größe eines belichteten Be ¬ reichs, eine Belichtungsgeschwindigkeit, Parameter der Laser- fokussierung, die Laserleistung, eine Flussrate eines

Inertgases für die Herstellung, eine Schicht- oder Lagendi ¬ cke der nacheinander herzustellenden Schichten des Bauteils und/oder Parameter der Verfestigung handeln. 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 Kombi- nation selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.