Ein derartiges Verfahren ist aus der EP 0 782 487 bekannt. Da- nach wird ein Bauteil nach dem Verfahren des Lasersinterns durch Sintern von Metallpulvermischungen mit drei Kompomenten hergestellt. Dabei ist das wichtigste Ziel der Erfindung die Erhöhung der Schmelztemperatur des fertigen Bauteiles.

Bei der Herstellung von metallischen Bauteilen aus konventio- nellen Pulvermischungen besteht das Problem, dass die Porosi- tät der hergestellten Bauteile relativ hoch ist und dass die.

Erhöhung der Dichte der fertigen Bauteile mit dem Nachteil ei- ner niedrigen Einsatztemperatur dieser Bauteile verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, metallische Bauteile im Verfahren des Lasersinterns kostengünstig mit sehr guten mechanischen Eigenschaften. und in hoher Qualität herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Danach besteht die Pulvermischung mit der im Verfahren des La- sersinterns Bauteile hergestellt werden sollen, aus dem Haupt- bestandteil Eisen und weiteren Pulverbestandteilen, die in elementarer, vorlegierter oder in teilweise vorlegierter Form vorliegen können. Aus diesen Pulverlegierungselementen ent- steht im Verlaufe des Lasersinterprozesses eine Pulverlegie- rung.

Dem Hauptbestandteil Eisen der Pulvermischung werden je nach Anforderungen an das Fertigbauteil oder das Herstellungsver- fahren folgende weitere Pulverelemente einzeln oder in belie- biger Kombination zugegeben : Kohlenstoff C, Silizium Si, Kup- fer Cu, Zinn Sn, Nickel Ni, Molybdän Mo, Mangan Mn, Chrom Cr, Kobalt Co, Wolfram W, Vanadium V, Titan Ti, Phosphor P, Bor B.

Diese Pulverbestandteile können einzeln oder in beliebiger Kombination, je nach Anforderungen an die Eigenschaften des Fertigbauteils oder des Herstellungsverfahrens, in folgenden Mengen zugegeben werden : Kohlenstoff C : 0,01-2 M.-%, Silizium Si : bis zu 1 M.-%, Kupfer Cu : bis zu 10 M.-%, Zinn Sn : bis zu 2 M.-%, Nickel Ni : bis zu 10 M.-%, Molybdän Mo : bis zu 6 M.-%, Mangan Mn : bis zu 2 M.-% oder 10-13 M.-%, Chrom Cr : bis zu 5 M.-% oder 12-18 M.-%, Kobalt Co : bis zu 2 M.-%, Wolfram W bis zu 5 M.-%, Vanadium V : bis zu 1 M.-%, Titan Ti : bis zu 0,5 M.-%, Phosphor P : bis zu 1 M.-%, Bor B : bis zu 1 M.-%.

Die Erfindung sieht vor, dass die einzelnen Pulverbestandteile in elementarer, legierter oder teilweise legierter Form vor- liegen. Dabei kann es sich um Pulverteilchen handeln, die mit dem Hauptbestandteil Eisen legiert sind. In diesem Fall liegen sie als z. B. Ferrobor, Ferrochrom, Ferrophosphor oder Eisensi- lizid vor. Es können auch weitere Pulverelemente in legierter oder vorlegierter Form zugegeben werden, wie z. B. Kupferphos- phid, die aber im übrigen hier nicht einzeln aufgezählt wer- den. Es ist auch vorgesehen, dass die aus den o.g. Pulverbe- standteilen gebildete Pulvermischung in einem separaten Ver- fahrensschritt vorlegiert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Pulvermischung aus wasser-oder gasverdüsten Pulvern, Karbonylpulvern, gemahlenen Pulvern oder einer Kombination aus diesen.

Es ist vorgesehen, dass die Pulverpartikel der Pulvermischung eine Größe <50 pm, bevorzugt zwischen 20-30 pm aufweisen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, dass die Pulverpartikelgröße zwischen 50 und max. 100 pm liegen kann. Diese Partikelgröße ist dann besonderes vorteilhaft, wenn die Bauteile schnell hergestellt werden sol- len, d. h. wenn die Pulverschichten im Lasersinterverfahren ei- ne Schichtdicke von max. 100im aufweisen, bei welcher Schicht- dicke das Verfahren relativ schnell drchgeführt werden kann.

Es hat sich herausgestellt, dass eine Partikelverteilung von 30% <20 um und einer Restmenge aus Partikeln der Größe zwi- schen 20 und 60pm zu besonderes guten Verfahrensergebnissen führt, da dadurch hohe'Schüttdichte bei gleichzeitig guter Fließfähigkeit erreicht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 9 ist vorgesehen, dass der Hauptbestandteil der Pulvermischung, das Eisenpulver, einen Anteil zwischen 5 und 20% von Partikeln der'Größe <10j-un aufweist und die Restmenge der Pulverpartikel eine Größe zwischen 50 und 60 pm aufweist.

Durch die optimierte Wahl der Belichtungsparameter kann die Dichte der Bauteile nach dem Lasersintern so eingestellt wer- den, dass entweder kurze Bauzeiten mit niedrigerer Bauteil- dichte oder hohe Eigenschaftsanforderungen (hohe Dichten bei längeren Bauzeiten) berücksichtigt werden.

Die technischen Anwendungsgebiete der Erfindung bestehen in der Herstellung metallischer Prototypen (Rapid Prototyping), von Einzelteilen (Direct Parts) oder Werkzeugen (z. B. Formein- sätze für den Kunstoffspritzguss oder Metalldruckguss-Rapid Tooling) mit dem generativen Verfahren Direktes Metall Laser- sintern. Aufgrund der sehr guten mechanischen Eigenschaften können solche Teile im Formen-und Werkzeugbau sowie im Ma- schinen-, Anlagen-und Fahrzeugbau verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand eini- ger Ausführungsbeispie näher beschrieben : Beispiel 1 : Konventionelle Pulver werden in der gewünschten Legierungszu- sammensetzung miteinander gemischt, wobei die Pulvereigen- schaften dabei so eingestellt werden, dass sie den Anforderun- gen an das Fertigbauteil oder das Verfahren entsprechen. Es ist wesentlich, dass ein gutes Fliessverhalten bei gleichzei- tig hoher Schüttdichte erreicht wird. Die Rolle der Zusatz- stoffe besteht in der Einstellung bestimmter mechanischer, physikalischer und chemischer Eigenschaften des fertigen Bau- teils. Weiterhin kann die Rolle der Zusatzstoffe in der Erhö- hung des Absorptionsvermögens des Eisenpulvers von Laserstrah- len, der Verringerung des Schmelzpunktes des Pulversystems, dem Einsatz niedrigschmelzender Elemente/Legierungen, der Ver- ringerung der Oberflächenspannung und Viskosität sowie der De- soxidation zur Verbesserung der Sinteraktivität zum Erzielen hoher Dichten bestehen. Z. B. bewirkt Kohlenstoff als feiner elementarer Graphit (Pulvergröße 1-2 um) die Erhöhung des Absorptionsvermögens von Eisen-/Stahlpulver und die Verringe- rung des Schmelzpunktes der Pulvermischung durch eutektische Reaktion und Desoxidation. Kupfer-oder Bronzepulver mit einer Pulvergröße von kleiner 45 um fungiert als ein niedrigschmel- zendes Element bzw. eine niedrigschmelzende Verbindung und verbessert die Sinteraktivität. Phosphor und Bor verringern die Oberflächenspannung und die Viskosität der Schmelze, die während des Lasersinterprozesses entsteht, um durch das Ver- meiden der Kugelbildung eine gute Oberflächenqualität zu er- zielen. Die Rolle der weiteren Pulver-Legierungselemente kann sowohl in der Einstellung gewünschter mechanischer Eigenschaf- ten als auch in der Reaktion mit anderen Elementen zur ver- stärkten Schmelzebildung (Fe-C-Mo) liegen. Die Pulverelemente Kohlenstoff, Molybdän, Chrom, Mangan, Nickel bewirken die ho- hen mechanischen Eigenschaften des fertigen Bauteils. Phos- phor, Bor, Kupfer und Zinn bewirken eine hohe Sinteraktivität.

Durch die Wahl geeigneter Lasersinterparameter kann die Dichte zwischen 70 und 95 % der theoretischen Dichte variiert werden.

Beim direkten Lasersintern der beschriebenen Pulvermischung werden Dichten von 70-95 % der theoretischen Dichte erzielt.

Die maximale Dichte hängt von der Belichtungsstrategie und der chemischen Zusammensetzung, der Legierungsweise sowie den Ei- genschaften (Pulverform, Partikelverteilung, Pulvergröße) der verwendeten Pulvermischung ab : z. B. kann mit den Lasersinter- parametern 215 W cw C02-Laser mit der Baugeschwindigkeit von 5,4 cm3/h eine Dichte von 92 1 % der theoretischen Dichte für Pulver, bestehend aus (in M.-%) : 0,7-1 C, 2-4 Cu, bis zu 1,5 Mo, bis zu 2 Ni, bis zu 0, 4 Sn, 0, 15 B, erreicht werden.

Beispiel 2 : Eine Pulvermischung bestehend aus Eisen, 0,8 M.-% C, 0,3 M.-% B wird mit den Lasersinterparametern 215 W COs-Laser, 100 mm/s Laserscangeschwindigkeit, 0,3 mm Laserspurbreite bei einer Schichthöhe von 100 um zu einer Dichte von 80-85 % der theo- retischen Dichte lasergesintert. Die Bauteilhärte nach dem La- sersintern beträgt ca. 200 HV30.

Beispiel 3 : Eine Pulvermischung bestehend aus Eisen, 0,7-1 M.-% C, 2-4 M.-% Cu, 1,5 M.-% Mo, 0,15 M.-% B wird mit den Lasersinterpa- rametern 215 W CO2-Laser, 100 mm/s Laserscangeschwindigkeit, 0,3 mm Laserspurbreite bei einer Schichthöhe von 50 um zu ei- ner Dichte von 92 +/-1 % der theoretischen Dichte lasergesin- tert. Die Bauteilhärte nach dem Lasersintern beträgt ca. 370 HV30.

Beispiel 4 : Eine Pulvermischung bestehend aus Eisen, 1-1, 2 M.-% C, 2-4 M.-% Cu, 0,4 M.-% P wird mit den Lasersinterparametern 215 W C02-Laser, 100 mm/s Laserscangeschwindigkeit, 0,3 mm Laserspur- breite bei einer, im Vergleich zum ersten Beispiel, verringer- ten Schichthöhe von 50 um zu einer Dichte von 90 +/-1 % der theoretischen Dichte lasergesintert.

Beispiel 5 : Eine Eisenpulvermischung mit 0,8 M.-% Kohlenstoff ergibt nach dem Lasersintern Rauheitswerte von Rz 150 um und Ra 29 um. Wird der Kohlenstoffanteil auf 1,6 M.-% erhöht, verbessern sich die Rauheitswerte auf Rz 60 um und Ra 19 um. Pulvermischungen mit sehr guten mechanischen Eigenschaften nach dem Lasersintern weisen Rauheitswerte von Rz 75 um und Ra 11 um auf.