Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Bau teil mit integrierten Kanälen für eine interne Fluidführung, umfassend einen ersten Bereich, der mit einem zweiten Bereich verbunden ist und wobei die Kanäle sowohl durch den ersten Bereich als auch durch den zweiten Bereich verlaufen. Die Er findung betrifft weiterhin ein Bauteil mit integrierten Kanä len für eine interne Fluidführung, umfassend einen ersten Be reich, der mit einem zweiten Bereich verbunden ist und wobei die Kanäle sowohl durch den ersten Bereich als auch durch den zweiten Bereich verlaufen.

Anlässlich neuartiger Verfahrenseigenschaften gewähren addi tive Fertigungsverfahren wirtschaftliche und technische Vor teile gegenüber konventionellen, etablierten Fertigungstech niken. Dies qualifiziert sie als Schlüsseltechnologie für zu künftige industrielle Produktionssysteme. Trotz vorhandener Potenziale, wie der enormen Geometriefreiheit, unterliegen sie einer geringen Produktivität und einem unzureichenden Produktnutzen. Zurzeit gibt es nur begrenzte Möglichkeiten, die additiven Fertigungsfahren mit etablierten Fertigungs techniken zu kombinieren.

Bisher wurden die konventionellen und die additiven Ferti gungsverfahren ohne besondere Anpassung zusammengeführt d.h. die charakteristischen Verfahrensmerkmale wurden bis dato nicht berücksichtigt. Dies ist z.B. in der

DE 10 2014 012 480 B2 der Fall. Darin ist ein Herstellungs verfahren eines Laufrads einer Strömungsmaschine beschrieben, wobei das Laufrad einen Schaufeiträger sowie zumindest eine Schaufel aufweist. Das Herstellungsverfahren wird unter Ver wendung einer generativen Fertigungsvorrichtung ausgeführt. Als erstes wird der Schaufeiträger bereitgestellt und in ei nen Fertigungsraum der generativen Fertigungsvorrichtung ein gelegt. In die generative Fertigungsvorrichtung wird ein 3D- Volumen-Datensatz geladen, der die zumindest eine Schaufel beschreibt. Es wird ein Ausgangsmaterial für die Schaufel be reitgestellt und mit Hilfe der generativen Fertigungsvorrich tung vom Schaufeiträger ausgehend, wird schichtweise ein Ma terialzusammenhalt des Ausgangsmaterial hergestellt. Dabei wird eine erste Schicht mit dem Schaufeiträger stoffschlüssig verbunden .

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter der Anwendung von einem konventi onellen Fertigungsverfahren und einem generativen Fertigungs verfahren ein Bauteil mit integrierten Kanälen herzustellen, dessen Geometrie optimal an die technologischen Besonderhei ten beider Fertigungsverfahren angepasst ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Herstel lungsverfahren für ein Bauteil mit integrierten Kanälen für eine interne Fluidführung, umfassend einen ersten Bereich, der mit einem zweiten Bereich verbunden ist und wobei die Ka näle sowohl durch den ersten Bereich als auch durch den zwei ten Bereich verlaufen, wobei:

- der erste Bereich mittels eines Verfahrens zum Gießen mit verlorenen Modellen hinterschneidungsfrei hergestellt wird,

- ausgehend vom ersten Bereich der zweite Bereich unter Ver wendung eines generativen Fertigungsverfahrens aufgebaut wird, und

- in den ersten Bereich zumindest eine zum zweiten Bereich hin offene Vertiefung ausgebildet wird, welche den Umlen kungsbereich eines durch den zweiten Bereich verlaufenden Kanals mit Strömungsrichtungsänderung bildet.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil mit integrierten Kanälen für eine interne Fluidfüh rung, umfassend einen ersten Bereich, der mit einem zweiten Bereich verbunden ist und wobei die Kanäle sowohl durch den ersten Bereich als auch durch den zweiten Bereich verlaufen, wobei der erste Bereich ein Gussteil ist, welches mittels ei nes Verfahrens zum Gießen mit verlorenen Modellen hergestellt ist und der erste Bereich frei von Hinterschneidungen ist, und wobei der zweite Bereich unter Verwendung eines generati ven Fertigungsverfahrens ausgehend vom ersten Bereich aufge tragen ist, und der erste Bereich zumindest eine zum zweiten Bereich hin offene Vertiefung aufweist, welche den Umlen kungsbereich eines durch den zweiten Bereich verlaufenden Ka nals mit Strömungsrichtungsänderung bildet.

Die in Bezug auf das Herstellungsverfahren nachstehend ange führten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf das Bauteil übertragen.

Unter „additivem Fertigungsverfahren" wird ein Verfahren ver standen, bei dem auf der Basis von digitalen 3D-Konstruk- tionsdaten durch das Ablagern von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Additive Fertigungsverfahren, die hierzu eingesetzt werden können, sind z.B. Pulverbett

basierte Verfahren (engl. Powder Bed Fusion, z.B. selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern und Elektronenstrahl schmelzen) , Direct Energy Deposition (DED, z.B. Laserauftrag schweißen), Binder Jetting oder Sheet Lamination.

Für die Herstellung von Gießformen werden Modelle genutzt. Es wird unterschieden, ob die Modelle einmalig (verlorenes Mo dell) oder mehrfach (Dauermodell) genutzt werden können. Mit „Verfahren zum Gießen mit verlorenen Modellen" wird hierbei ein Gießverfahren bezeichnet, bei dem das Modell nur einmalig eingesetzt werden kann und danach zerstört wird. Solche Gieß verfahren sind z.B. Feingießen, Vollformgießen oder Lost Fo- am.

Die Erfindung basiert auf der Überlegung, die komplexen Ka nalstrukturen in den zweiten Bereich, der mittels des additi ven Fertigungsfahrens hergestellt wird, komplett zu verlegen. Auf diese Weise kann der erste Bereich, der gegossen wird, eine derart vereinfachte Geometrie aufweisen, dass das Guss teil (sowie das zum Gießen einmalig verwendete Modell) frei von Hinterschneidungen ist. Dies gestattet eine wesentliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses für den ersten Be reich. Dabei erfolgt die Herstellung des ersten Bereichs frei von keramischen Kernen, die nötig sind, um Gussteile mit Hohlräumen fertigen zu können und nach dem Erstarren entnom men oder zerstört werden.

Dadurch, dass das additive Fertigungsfahren eine größere Fle xibilität bei der Gestaltung und Formgebung der damit herge stellten Bauteile bietet, wird diese Flexibilität optimal ge nutzt, um den zweiten Bereich, der komplexere Kanalgeometrien aufweist, auf den ersten Bereich zu drucken. Beide Bereiche sind dabei stoffschlüssig miteinander verbunden, indem ausge hend von einer Oberfläche des ersten Bereichs, der zweite Be reich schichtweise aufgebaut wird. Dabei wird die durch den ersten Bereich definierte Geometrie stetig fortgesetzt, um das Bauteil zu vervollständigen.

Durch die offene Vertiefung wird die Ausgestaltung eines Ka nals mit Strömungsrichtungsänderung, der sich zumindest teil weise im ersten Bereich befindet, ohne den Einsatz von kera mischen Kernen zur Erzeugung von Hinterschneidungen ermög licht. Der Kanal erstreckt sich im Wesentlichen durch den zweiten Bereich, jedoch findet die Strömungsrichtungsänderung zumindest teilweise im ersten Bereich statt. Die Vertiefung stellt eine Mulde an der Oberfläche des ersten Bereichs dar, deren Größe an die Größe und Verlauf des Kanals im zweiten Bereich angepasst ist. Eine Trennwand, welche die Umlenkung des Fluids realisiert, erstreckt sich dabei insbesondere le diglich im gedruckten, zweiten Bereich.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird im zweiten Bereich eine größere Anzahl von Kanälen ausgebildet als im ersten Be reich. Aus Gründen der Geometrievereinfachung werden im ers ten Bereich kleine Kanäle zusammengefasst, um wenige größere Kanäle zu bilden. Dennoch sind insbesondere alle Kanäle im ersten Bereich mit einem oder mehreren Kanälen im Blatt flu idtechnisch verbunden. Bevorzugt wird der erste Bereich mittels Feingießens herge stellt. Unter Feinguss versteht man die Herstellung von Guss teilen nach dem Wachsausschmelzverfahren. Die Gussstücke zeichnen sich durch Detailstärke, Maßgenauigkeit und Oberflä chenqualität aus. Das Modell wird dabei aus speziell geeigne ten Wachsen oder ähnlichen Thermoplasten oder deren Gemischen zum Beispiel im Spritzgussverfahren hergestellt. Die Modelle werden zunächst in Einfach- oder Mehrfachwerkzeugen ge spritzt. Diese Werkzeuge bestehen in der Regel aus Aluminium oder Stahl. Je nach Gesamtstückzahl , Gestalt des Gussstückes und Art des Modellwerkstoffes wird das entsprechende Spritz werkzeug gebaut. Um Hinterschneidungen in der Kontur mit ein zubringen, werden bei Feingießen in der Regel vorgeformte wasserlösliche oder keramische Kerne erforderlich eingesetzt, für welche dann ein Zusatzwerkzeug benötigt wird. Bei dem er findungsgemäßen Herstellungsverfahren entfällt nämlich der Einsatz von solchen keramischen Kernen und Zusatzwerkzeugen.

Vorzugsweise wird der erste Bereich serienmäßig hergestellt. Unter serienmäßig wird insbesondere verstanden, dass für die Fertigung von mehreren Bauteilen des gleichen Typs mehrere identische Gussteile verwendet werden, die stets den ersten Bereich bildet.

Vorteilhafterweise wird der zweite Bereich individuell herge stellt, d.h. auf einem konkreten Gussteil wird individuell ein zweiter Bereich aufgedruckt. Insbesondere können dabei mehrere Bauteile hergestellt werden, die den gleichen ersten Bereich aufweisen, sich untereinander jedoch hinsichtlich der Geometrie des zweiten Bereichs unterscheiden, z.B. indem die Kanäle unterschiedlich ausgestaltet sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird der erste Bereich als Schaufelfuß einer Turbinenschaufel ausge bildet und der zweite Bereich wird als Schaufelblatt einer Turbinenschaufel ausgebildet. Die Turbinenschaufel kann so wohl eine Laufschaufel als auch eine Leitschaufel sein. Alternativ zur Turbinenschaufel kann das Bauteil Bestandteil eines Brenners oder einer Düse sein.

Vorteilhafterweise wird der zweite Bereich derart ausgebil det, dass er einen Teil des Schaufelfußes umfasst. Dies be deutet, dass der erste Bereich und der zweite Bereich nicht mit den beiden funktionellen Komponenten Schaufelfuß und Schaufelblatt einer Turbinenschaufel identisch sind, sondern der zweite Bereich umfasst über dem Schaufelblatt hinaus auch einen angrenzenden Teil des Schaufelfußes. Lediglich dadurch, dass der aufgedruckte zweite Bereich sich über das Schaufel blatt hinaus in den Schaufelfuß erstreckt, werden Hinter schneidungen und die dafür benötigten keramischen Kerne um gangen .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer

Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

FIG 1 in perspektivischer Ansicht eine Turbinenschaufel mit einem Schaufelfuß und einem Schaufelblatt,

FIG 2 einen Teillängsschnitt durch eine Turbinenschaufel gemäß einer ersten Ausführung, und

FIG 3 in perspektivischer Ansicht den Schaufelfuß einer

Turbinenschaufel gemäß einer zweiten Ausführung.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

Aus FIG 1 geht eine Turbinenschaufel 2 hervor, hier eine Leitschaufel , die zweiteilig aufgebaut ist.

Ein erster Bereich 4 der Turbinenschaufel 2 ist als ein Guss teil aufgebaut und umfasst im Wesentlichen einen Schaufelfuß 6 der Turbinenschaufel 2. Dieser erste Bereich 4 wird serien mäßig mittels eines Verfahrens zum Gießen mit verlorenen Mo dellen hergestellt, insbesondere mit Hilfe von Feingießen. Beim Feingießen wird für jedes Gussteil ein Wachsmodell in Form des herzustellenden Werkstückes angefertigt. Die Her- Stellung des Gussteils 4 wurde dabei wesentlich vereinfacht, indem der Schaufelfuß 6 keine Hinterschneidungen aufweist. Somit werden bei der Herstellung des Schaufelfußes 6 keine keramischen Kerne eingesetzt.

Ein zweiter Bereich 8 der Turbinenschaufel 2 ist hergestellt mittels eines generativen Fertigungsverfahrens und umfasst ein Schaufelblatt 10 und einen kleinen Teil 12 des Schaufel fußes 6, der an das Schaufelblatt 10 angrenzt. Eine erste Schicht des Teils 12 des Schaufelfußes 6 wird stoffschlüssig mit dem Gussteil verbunden und der Rest des zweiten Bereichs 8 wird schichtweise darauf aufgebaut. Dabei liegt eine beson ders große Flexibilität bei der Ausgestaltung des zweiten Be reichs 8 vor, welche ausgenutzt werden kann, um auf dem se rienmäßigen Gussteil 6 individuell ein Schaufelblatt 10 zu drucken .

Die Grenze zwischen dem ersten Bereich 4 und dem zweiten Be reich 8 ist in FIG 2 durch eine gestrichelte Linie A gezeigt. Die Turbinenschaufel 2 ist intern gekühlt und zu Zwecken der Kühlung sind in der Turbinenschaufel 2 mehrere Kanäle oder Kühlkanäle 14a, 14b, 14c, 14d ausgebildet.

Wie aus FIG 3 ersichtlich, weist die Oberfläche des Schaufel fußes 6 Aussparungen 16a, 16b, 16c auf, wobei 16a und 16c die Öffnungen von Kanälen 14a, 14c bilden, die sich sowohl durch den ersten Bereich 4 als auch durch den zweiten Bereich 8 er strecken. Zwischen den Kanälen 14a, 14c ist auf der Oberflä che des Schaufelfußes 6 eine Vertiefung 16b ausgebildet, wel che den Umlenkungsbereich des durch den zweiten Bereich ver laufenden Kanals 14b mit Strömungsrichtungsänderung bildet. Eine Trennwand 18 des Kanals 14b, die die Strömungsrichtungs änderung ermöglicht, verläuft lediglich durch den zweiten Be reich 8, wie in FIG 2 gezeigt.

Der Schaufelfuß 6 gemäß FIG 3 unterscheidet sich von dem ge mäß FIG 2 dadurch, dass der Kanal 14c im ersten Bereich 4 ei nen relativ großen Querschnitt aufweist und im zweiten Be- reich an den Kanal 14c mehrere Kanäle (hier nicht gezeigt) angeschlossen sind, die jeweils einen kleinen Querschnitt aufweisen. Dabei verteilt sich das im Betrieb der Turbinen schaufel 2 strömende Kühlfluid ausgehend vom Kanal 14c in die kleineren Kanäle im Schaufelblatt 10. Im Vergleich zur FIG 2 sind die Kanäle 14c und 14d im ersten Bereich 4 zu einem ein zigen Kanal 14c zusammengefasst, im zweiten Bereich 8 jedoch verlaufen sie als getrennte Kanäle.