Additiv hergestellte poröse Bauteilstruktur und Mittel zu deren Herstellung

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Bereitstellen von Herstellungsanweisungen für die additive , pulverbettbasierte Herstellung eines kühlbaren Bauteils oder Bauteilbereichs , umfassend einen Vollmaterialbereich, einen Übergangsbereich und einen porösen Bereich . Weiterhin werden ein entsprechender additiv hergestellten Bauteilbereich und Mittel zu deren Herstellung sowie ein Computerprogrammprodukt angegeben .

Das Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz im Heißgaspfad einer Gasturbine , wie einer stationären Gasturbine , vorgesehen . Besonders bevorzugt betri f ft die Bauteilstruktur eine Komponente einer Brennkammer bzw . ein Resonatorbauteil wie einen Helmholtz-Resonator oder einen Teil davon . Vorzugsweise ist das Bauteil eine zu kühlende Komponente , beispielsweise kühlbar über eine Fluidkühlung . Dazu weist das Bauteil vorzugsweise eine maßgeschneiderte Durchlässigkeit oder Permeabilität für ein entsprechendes Kühl fluid, beispielsweise Kühlluft , auf .

Alternativ kann es sich bei dem Bauteil um ein anderes kühlbares oder teilweise poröses Bauteil handeln, beispielsweise eines , das für den Einsatz in der Automobilität oder im Luftfahrtsektor Anwendung findet .

Moderne Gasturbinenbauteile oder vergleichbare Komponenten sind Gegenstand stetiger Verbesserung, um ihre Ef fi zienz zu steigern . Dies führt allerdings unter anderem zu immer höheren Temperaturen im Heißgaspfad . Die metallischen Materialien für Lauf schaufeln, insbesondere in den ersten Stufen, werden ständig hinsichtlich ihrer Festigkeit bei hohen Temperaturen, Kriechbelastung und thermomechanischer Ermüdung, verbessert . Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund ihres für die Industrie disruptiven Potenzials zunehmend interessant auch für die Serienherstellung der oben genannten Turbinenkomponenten, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder Brennerkomponenten .

Additive Herstellungsverfahren (umgangssprachlich auch als „3D-Druck" bezeichnet ) umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmel zen ( SLM) oder Lasersintern ( SLS ) , oder das Elektronenstrahlschmel zen (EBM) . Weitere additive Verfahren sind beispielsweise „Directed Energy Deposition ( DED) "-Verfahren, insbesondere Laserauftragsschweißen, Elektronenstrahl- , oder Plasma- Pulverschweißen, Drahtschweißen, metallischer Pulverspritzguss , sogenannte „sheet lamination"-Verf ahren, oder thermische Spritzverfahren (VPS LPPS , GDCS ) .

Ein Verfahren zum additiven Aufbau eines Bauteils mit einer porösen Stützstruktur ist beispielsweise bekannt aus EP 3 278 908 Bl . Die Strukturporosität , welche - im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung - hier die Stützstruktur betri f ft , ist demnach j edoch nicht zur Kühlung vorgesehen .

Ein Dichtegradient von additiv aufgebautem Material ist weiterhin allgemein in WO 2020/ 018604 Al beschrieben .

Weiterhin beschreibt das Dokument WO 2014 /2023521 ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils mittels selektivem Laserschmel zen, wobei entsprechende Parameter zur Konfektionierung der Mikrostruktur und/oder einer Porosität des Bauteils angepasst werden können .

Additive Fertigungsverfahren ( englisch : „additive manufacturing" ) haben sich weiterhin als besonders vorteilhaft für komplexe oder filigran gestaltete Bauteile , beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen . Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft , da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils weitgehend auf Basis einer entsprechenden CAD- Datei ( Computer-Aided-Design) und der Wahl entsprechender Fertigungsparameter erfolgen kann .

Eine CAD-Datei oder ein Computerprogrammprodukt , kann beispielsweise als ( flüchtiges oder nicht- flüchtiges ) Speichermedium, wie z . B . eine Speicherkarte , ein USB-Stick, eine CD- ROM oder DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server und/oder in einem Netzwerk bereitgestellt oder umfasst werden . Die Bereitstellung kann weiterhin zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt erfolgen .

Ein Computerprogrammprodukt kann Programmcode , Maschinencode bzw . numerische Steuerungsanweisungen, CAM- ( Computer-Aided- Manuf acturing) Steuerungsanweisungen, G-code und/oder andere aus führbare Programmanweisungen im Allgemeinen beinhalten .

Das Computerprogrammprodukt kann weiterhin Geometriedaten oder Konstruktionsdaten in einem dreidimensionalen Format bzw . als CAD-Daten enthalten bzw . ein Programm oder Programmcode zum Bereitstellen dieser Daten umfassen .

Die Herstellung von Gasturbinenschaufeln mittels der beschriebenen pulverbettbasierten Verfahren ( LPBF englisch für „Laser Powder Bed Fusion" ) ermöglicht vorteilhaft die Implementierung von neuen Geometrien, Konzepten, Lösungen und/oder Design, welche die Herstellungskosten bzw . die Aufbau- und Durchlauf zeit reduzieren, den Herstellungsprozess optimieren und beispielsweise eine thermo-mechanische Auslegung oder Strapazierf ähigkeit der Komponenten deutlich verbessern können .

Auf konventionelle Art , beispielsweise gusstechnisch, hergestellte Schaufelkomponenten, stehen der additiven Fertigungsroute beispielsweise hinsichtlich ihrer Designfreiheit und auch in Bezug auf die erforderliche Durchlauf zeit und den damit verbundenen hohen Kosten sowie dem fertigungstechnischen Aufwand deutlich nach .

Mittels der genannten LPBF-Verf ahren ist es bereits möglich, poröse Materialien herzustellen, welche für verschiedene Anwendungen, beispielsweise zur Kühlung oder zur mechanischen Dämpfung eingesetzt werden können .

Zum Teil werden solche Strukturen auch bereits in Vollmaterialkomponenten integriert . Dies führt zwangsläufig zu strukturell problematischen Übergängen zwischen porösen Bereichen und dichten bzw . undurchlässigen Vollmaterialbereichen der Bauteile . Die genannten Übergänge stellen bei Belastung der ganzen Komponente im Betrieb häufig eine Schwachstelle dar, was dazu führt , dass die Bauteile für ihren bestimmungsgemäßen Gebrauch gar nicht oder nicht lange oder verlässlich einsetzbar sind, da die mechanische Anbindung der porösen Bereiche und damit die Formstabilität des Bauteils insgesamt nicht sichergestellt werden kann . Große Spannungsgradienten entstehen während der Herstellung und führen insbesondere dazu, dass die porösen Bereiche in dem Übergang bei Belastung „abreißen" .

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen die Anbindung der genannten porösen Strukturbereiche bei additiv herzustellenden Bauteilen zuverlässig gewährleistet werden kann . Dadurch können die genannten porösen Materialbereiche überhaupt erst verlässlich funktionell im entsprechenden Bauteil eingesetzt werden, was die Strukturintegrität von additiven Kühlstrukturen beispielsweise entscheidend verbessert .

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche . Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Bereitstellen von CAM-Herstellungsanweisungen für die additive , pulverbettbasierte Herstellung eines Bauteils , wobei eine Geometrie des Bauteils , umfassend einen Vollmaterialbereich, einen Übergangsbereich und einen porösen Bauteilbereich, anhand von CAD-Daten definiert wird, wobei Bestrahlungsparameter für die Herstellung des Bauteils , umfassend unter anderem eine Bestrahlungsleistung, eine Rastergeschwindigkeit , einen Raster- oder Schraf furabstand und eine Schichtdicke , innerhalb des Übergangsbereichs und während der Herstellung des Bauteils ( schichtweise ) derart variiert werden, dass ein Porositätsgradient der Struktur des Bauteils zwischen dem Vollmaterialbereich des Bauteils und dem porösen Bauteilbereich ausgebildet wird .

Vorteilhafterweise kann durch die vorliegende Erfindung so bereits prozessvorbereitend, also der eigentlichen Herstellung des Bauteils vorgeschaltet , eine CAM-Strategie bereitgestellt werden, welche dann bei deren Aus führung im Aufbauprozess unweigerlich zu vorteilhaften Struktureigenschaften in dem Übergangsbereich führt . Mit anderen Worten wird durch die genannten Mittel der Übergangsbereich strukturell deutlich robuster ausgestaltet , sodass dieser auch deutlich größeren Kraftflüssen und Belastungen des Bauteils im Betrieb standhält .

In einer Ausgestaltung wird mindestens ein Bestrahlungsparameter aus den genannten derart gewählt , dass die Struktur des Bauteils in dem porösen Bauteilbereich zwischen 5 % und 40 % beträgt , vorzugsweise ungefähr 20 % . Die Dimensionierung der Porosität gemäß dieser Ausgestaltung ist besonders zweckmäßig für fluidgekühlte und demgemäß durchströmbare Bauteilstrukturen .

In einer Ausgestaltung wird mindestens ein Bestrahlungsparameter derart gewählt , dass die Struktur des Bauteils in dem Übergangsbereich eine graduell variierende Porosität zwischen ungefähr 0 in dem Vollmaterialbereich bis hin zu einem Poro- sitätswert des porösen Bauteilbereichs , von vorzugsweise ungefähr 20 % , aufweist . Eine gradierte oder ( graduell ) variierende Porosität erlaubt mit Vorteil besonders ef fi zient die strukturelle Verstärkung des Übergangsbereichs . Insbesondere erlaubt diese Ausgestaltung vorteilhaft das Unterdrücken von Rissen oder Riss zentren während des Aufbaus und damit , einen mechanisch besonders robusten Ubergangsbereich herzustellen .

In einer Ausgestaltung wird mindestens ein Bestrahlungsparameter derart gewählt , dass die Porosität kontinuierlich bzw . stufenlos ( fließend) graduell variierend ausgebildet wird . Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch die gleichen Vorteile , betref fend die mechanische Festigkeit , wie die zuletzt genannte Ausgestaltung aus .

In einer Ausgestaltung wird mindestens ein Bestrahlungsparameter aus den oben genannten derart gewählt , dass die Porosität stufenweise ( graduell ) variierend ausgebildet wird . Durch diese Ausgestaltung kann immer noch ein hinreichender struktureller oder mechanischer Zusammenhalt zwischen dem Vollmaterialbereich und dem porösen Bauteilbereich hergestellt werden, wobei j edoch die prozedurale Umsetzung der Bauteilherstellung hinsichtlich der Prozessvorbereitung vereinfacht werden kann .

In einer Ausgestaltung wird eine Bestrahlungsleistung, insbesondere Laserleistung, in dem Ubergangsbereich von dem Vollmaterialbereich bis hin zu dem porösen Bauteilbereich, sei es graduell gestuft oder stufenlos , reduziert . Dieser Parameter beeinflusst besonders wirksam die Porositätseigenschaften der auf gebauten Struktur .

In einer Ausgestaltung wird eine Rastergeschwindigkeit in dem Ubergangsbereich von dem Vollmaterialbereich bis hin zu dem porösen Bauteilbereich, sei es graduell gestuft oder stufenlos , erhöht . Dieser Parameter beeinflusst ebenfalls besonders wirksam die Porositätseigenschaften der aufgebauten Struktur . In einer Ausgestaltung wird ein Rasterabstand oder Schraf furabstand ( englisch „hatching" ) in dem Übergangsbereich von dem Vollmaterialbereich bis hin zu dem porösen Bauteilbereich, sei es graduell gestuft oder stufenlos , erhöht . Dieser Parameter beeinflusst ebenfalls besonders wirksam die Porositätseigenschaften der auf gebauten Struktur .

In einer Ausgestaltung werden zwei oder mehr der genannten Parameter in dem Übergangsbereich, graduell gestuft oder stufenlos , und simultan variiert , um die entsprechenden vorteilhaften Porositätseigenschaften bereitzustellen .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft ein Verfahren zur additiven Herstellung des Bauteils mittels selektivem Laserschmel zen, selektivem Lasersintern und/oder Elektronenstrahlschmel zen mit den wie oben beschrieben be- reitgestellten CAM-Herstellungsanweisungen, wobei das Bauteil in dem Übergangsbereich ( zwischen dem Vollmaterialbereich und dem porösen Bauteilbereich) entsprechend mit gradierten Porositätseigenschaf ten ( Porositätsgradient ) versehen wird .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft ein Computerprogramm bzw . Computerprogrammprodukt , umfassend Befehle , die bei der Aus führung eines entsprechenden Programms durch einen Computer, beispielsweise zur Steuerung der Bestrahlung oder Belichtung in einer additiven Herstellungsanlage , diesen veranlassen, die Herstellungsanweisungen wie oben beschrieben umzusetzen bzw . das Bauteil entsprechend herzustellen .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft eine additiv hergestellte Bauteilstruktur, welche einen Vollmaterialbereich, einen Übergangsbereich und einen porösen Bauteilbereich umfasst , wobei der poröse Bauteilbereich ein Kühlkörper ist , welcher eingerichtet ist , zur Kühlung der Struktur im Betrieb von einem Kühl fluid durchströmt zu werden, und wobei der Übergangsbereich ( ebenfalls ) eine poröse Struktur aufweist , durch welche sich gitterartige Vollmateri- alelemente oder Stützelemente erstrecken, die vorzugsweise mit entsprechenden Prozessparametern für das Vollmaterial hergestellt werden . Dieser Aspekt der Erfindung erlaubt vorteilhafterweise auf eine alternative Art die Verstärkung des strukturellen Zusammenhalts zwischen dem Vollmaterialbereich und dem porösen Bereich . Insbesondere erlauben es , die beschriebenen Vollmaterialelemente , eine vorteilhaft vergrößerte Anbindungs fläche zwischen dem Vollmaterial und dem porösen Material bereitzustellen . Dadurch kann die strukturelle Anbindung des porösen Bereichs weiterhin verbessert werden .

In einer Ausgestaltung durchziehen die Vollmaterialelemente die poröse Struktur zumindest teilweise formschlüssig oder erstrecken sich durch diese . Der genannte Formschluss ermöglicht vorteilhafterweise eine noch weitere Erhöhung der strukturellen Anbindung, zusätzlich zu der genannten Vergrößerung der Anbindungs fläche .

In einer Ausgestaltung erstrecken sich die Vollmaterialelemente in dem Übergangsbereich über eine Länge von mindestens 0 , 1 mm bis hin zu 0 , 5 mm, 1 mm oder 10 mm, vorzugsweise 0 , 2 mm, bzw . überlappen entsprechend mit der porösen Struktur .

In einer Ausgestaltung ist die Bauteilstruktur Teil eines Bauteils , welches weiterhin eine zu kühlende Komponente des Heißgaspfades einer Strömungsmaschine ist , wie einer stationären Gasturbine , eine Turbinenschaufel , eine Hitzeschildkomponente einer Brennkammer, ein Resonatorbauteil und/oder ein Akustikdämpfer, oder eine Akustikdämpfungsverbrennungskomponente .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft ein Verfahren zur additiven Herstellung der zuletzt genannten Bauteilstruktur mittels selektivem Laserschmel zen oder Elektronenstrahlschmel zen, wobei zunächst die poröse Struktur aufgebaut wird und Bereiche für die Vollmaterialelemente anschließend aufgebaut werden . Beispielsweise kann dazu die poröse Struktur in dem porösen Bauteilbereich erneut mit ande- ren Bestrahlungsparametern bestrahlt werden, welche eine Vollmaterial Verfestigung ermöglichen .

Dadurch kann die mechanische Anbindung weiterhin signi fikant verbessert werden .

Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile , die sich vorliegend auf das Verfahren zum Bereitstellen von Herstellungsanweisungen bzw . die Herstellungsverfahren beziehen, können ferner die additiv hergestellte Bauteilstruktur direkt betref fen, und umgekehrt .

Der hier verwendete Ausdruck „und/oder" , wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet , dass j edes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann j ede Kombination von zwei oder mehr der auf geführten Elemente verwendet werden .

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben .

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines pulverbettbasierten additiven Herstellungsprozesses .

Figur 2 deutet gemäß der vorliegenden Erfindung eine additiv hergestellte Struktur mit einem kontinuierlichen Porositätsgradienten an .

Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Schraf fur- Bestrahlungsmuster, gemäß dem eine Struktur erfindungsgemäß additiv hergestellt werden kann .

Figur 4 deutet gemäß der vorliegenden Erfindung eine additiv hergestellte Struktur mit einem stufenweisen Porositätsgradienten an . Figur 5 deutet eine additiv hergestellte Struktur mit einem porösen Bereich und Vollmaterialelementen gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung an .

In den Aus führungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente j eweils mit den gleichen Bezugs zeichen 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 additive Herstellungsanlage 100 . Die Herstellungsanlage 100 ist vorzugsweise als LPBF-Anlage und für den additiven Aufbau von Bauteilen oder Komponenten aus einem Pulverbett ausgestaltet . Die Anlage 100 kann auch eine Anlage zum Elektronenstrahlschmel zen betref fen . Demgemäß weist die Anlage eine Bauplattform 101 auf . Auf der Bauplattform 101 wird ein additiv herzustellendes Bauteil 20 schichtweise aus einem Pulverbett hergestellt . Letzteres wird durch ein Pulver 6 gebildet , welches durch eine Beschichtungseinrichtung 3 schichtweise auf der Bauplattform 1 verteilt werden kann .

Nach dem Aufträgen einer j eden Pulverschicht (vgl . Schichtdicke t ) werden gemäß der vorgegebenen Geometrie des Bauteils 20 selektiv Bereiche der Schicht mit einem Energiestrahl , beispielsweise einem Laser oder Elektronenstrahl , von einer Bestrahlungseinrichtung 2 auf geschmol zen und anschließend verfestigt .

Nach j eder Schicht wird die Bauplattform 1 vorzugsweise um ein der Schichtdicke t entsprechendes Maß abgesenkt (vergleiche nach unten gerichtetem Pfeil in Figur 1 ) . Die Dicke t beträgt üblicherweise lediglich zwischen 20 und 40 pm, so dass der gesamte Prozess ohne weiteres die Bestrahlung von Tausenden bis hin zu mehreren 10 . 000 Schichten erfordern kann . Dabei können durch den lediglich sehr lokal wirkenden Energieeintrag hohe Temperaturgradienten, von beispielsweise 10 ⁶ K/ s oder mehr auftreten . Dementsprechend groß ist selbstverständlich während des Aufbaus und danach üblicherweise auch ein Verspannungs zustand des Bauteils , was die additiven Herstellungsprozessen im Allgemeinen erheblich verkompli ziert .

Die Geometrie des Bauteils wird üblicherweise durch eine CAD Datei ( „Computer-Aided-Design" ) festgelegt . Nach dem Einlesen einer solchen Datei in die Herstellungsanlage 100 oder eine entsprechende Steuerungseinheit erfordert der Prozess anschließend zunächst die Festlegung einer geeigneten Bestrahlungsstrategie beispielsweise durch Mittel des CAM ( „Compu- ter-Aided-Manuf acturing" ) , wodurch ebenfalls üblicherweise auch ein Aufteilen der Bauteilgeometrie in die einzelnen Schichten ( „slicing" ) erfolgt .

Das Bauteil 10 ist vorzugsweise eine kühlbare und im Betrieb zu kühlende Komponente des Heißgaspfades einer Strömungsmaschine , wie eine Turbinenschaufel , eine Hitzeschildkomponente einer Brennkammer und/oder eine Resonator- oder Dämpferkomponente , beispielsweise ein Helmholtz-Resonator . Alternativ kann es sich bei dem Bauteil 10 um ein Ringsegment , ein Brennerteil oder eine Brennerspitze , eine Zarge , eine Schirmung, ein Hitzeschild, eine Düse , eine Dichtung, einen Filter, eine Mündung oder Lanze , einen Stempel oder einen Wirbler handeln, oder ein entsprechendes Nachrüstteil .

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Bereitstellen von CAM-Herstellungsanweisungen ( CAM-Verf ahren) für die additive Herstellung eines Bauteils 10 , wie es anhand von Figur 1 beschrieben wurde .

Die Geometrie des Bauteils 10 ist teilweise in Figur 2 dargestellt und wird üblicherweise anhand von CAD-Daten definiert . Die Geometrie des Bauteils , auf dessen Herstellung die genannten Herstellungsanweisungen abzielen, umfasst einen Voll- materialbereich B, einen Übergangsbereich T und einen porösen Bauteilbereich T (vgl . Figuren 2 bis 5 weiter unten) .

Im Rahmen des genannten CAM-Verf ährens werden nun weiterhin Bestrahlungsparameter für die Herstellung des Bauteils , mindestens umfassend eine Bestrahlungsleistung P, eine Rastergeschwindigkeit v, einen Rasterabstand d und eine Schichtdicke t, innerhalb des Übergangsbereichs T derart variiert , dass ein Porositätsgradient der Struktur des Bauteils 10 zwischen dem Vollmaterialbereich B des Bauteils 10 und dem porösen Bauteilbereich H ausgebildet wird . Der poröse Bauteilbereich H ist vorzugsweise als Kühlbereich oder Kühlstruktur vorgesehen und demgemäß eingerichtet , im Betrieb des Bauteils von einem Kühl fluid, zur Kühlung durchströmt zu werden .

Insbesondere zeigt die Figur 2 , im oberen Teil eine entsprechend gradierte Bauteilstruktur bzw . eine gradierte Porosität des Bauteils . Im unteren Teil der Darstellung ist entsprechend der Position von links nach rechts eine Bestrahlungsleistung P, beispielsweise Laserleistung, sowie eine Rastergeschwindigkeit v qualitativ ( kann in Prozent eines Normoder Standardwertes angegeben sein) über einer Raumrichtung x, y (vgl . laterale Ausdehnung des Pulverbettes ) und/oder der Aufbaurichtung z aufgetragen ( letzteres nicht expli zit in den Figuren gekennzeichnet ) .

Es ist zu erkennen, dass die Laserleistung, welche im linken Bereich des Bauteils zur Verfestigung einer Vollmaterialstruktur relativ hoch gewählt wird . In dem sich rechts an den Vollmaterialbereich B anschließenden Übergangsbereich T fällt die Bestrahlungsleistung P auf ein deutlich schwächeres Maß herab, um dann im rechts folgenden porösen Materialbereich H einen konstant niedrigen Wert anzunehmen . Eine - beispielsweise im Vergleich zu Standardparametern - reduzierte Laserleistung erlaubt mit Vorteil die Reduktion der Materialdichte und damit die Kontrolle einer (maßgeschneiderten) Porosität 12 in dem porösen Bereich H des Bauteils 10 . Einem Fachmann ist natürlich bewusst , dass die Wahl von bestimmten Parameterwerten und deren Einfluss auf die Porosität des entsprechend herzustellenden Bauteils weiterhin abhängig von der Art des pulverförmigen Materials sind .

In der Mitte des porösen Bereichs H verläuft die Bestrahlungsleistung P, als auch die Rastergeschwindigkeit v spiegelsymmetrisch, da sich an den porösen Bereich H ( siehe weiter rechts in der Figur 2 ) wieder ein Übergangsbereich T sowie ein entsprechender Bauteilbereich B anschließt .

Genau gegenläufig zu dem Ef fekt der Bestrahlungsleistung, bewirkt eine - beispielsweise im Vergleich zu Standardparametern - reduzierte Rastergeschwindigkeit v ebenfalls eine vergrößerte Porosität aufgrund eines räumlich oder zeitlich reduzierten Energieeintrages , der entsprechend nicht mehr zu der Verfestigung des pulverförmigen Ausgangsmaterials beiträgt . Ausgehend von einer verhältnismäßig geringen Rastergeschwindigkeit in dem links gezeigten Bauteilbereich B wird diese in dem linken Übergangsbereich T daher bis auf einen ( konstanten) maximalen Wert in dem porösen Bauteilbereich H erhöht .

Im Wege des beschriebenen selektiven Laserschmel z- , Lasersinter- oder Elektronenstrahl-Schmel zprozesses wird das Bauteil erfindungsgemäß also vorteilhafterweise in dem Übergangsbereich T mit einem Porositätsgradienten versehen .

Wo dies nicht expli zit gekennzeichnet ist können weitere Parameter alternativ oder zusätzlich variiert werden, um eine konfektionierte , vorzugsweise graduell variierende Porosität in den Übergangsbereichen zu generieren . Insbesondere kann weiterhin ein Rasterabstand variiert werden (vgl . Figur 3 weiter unten) . Zudem kann beispielsweise die Schichtdicke T variiert werden; dies allerdings praktisch nutzbar lediglich in Viel fachen der „Vollmaterial-Schichtdicke" t und entlang der Aufbaurichtung z . Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Schraf fur- Bestrahlungsmuster ( „hatching" ) , bei dem ebenfalls in einem den Aufbauprozess vorbereitenden Schritt , ein Rasterabstand d von Bestrahlungsvektoren (von links nach rechts im Bild) derart variiert wird, dass ein Dichte- oder Porositätsgradient von dem Vollmaterialbereich B über den Übergangsbereich T bis hin zu dem porösen Bereich H eingestellt wird . Dies ist entlang oder mit Bezug auf j eder lateralen Richtung (x/y- Richtung) des Pulverbettes möglich . Um insbesondere eine größere Porosität herzustellen, wird der Rasterabstand d, dl , d2 , in mehreren Schritten oder stufenweise erhöht . Dies gelingt bei gleichbleibender Schmel zspurbreite ( konstanten restlichen Bestrahlungsparametern) unmittelbar . Im rechten Teil der Darstellung ist beispielhaft ein Rasterabstand d2 gezeigt , welcher dem doppelten Maß von dem Rasterabstand dl ( siehe Bereich T ) entspricht .

Erfindungsgemäß können ein oder mehrere der genannten Bestrahlungsparameter P, v, d, t derart gewählt werden, dass die Struktur 12 des Bauteils 10 in dem porösen Bauteilbereich H zwischen 5 % und 40 % beträgt , vorzugsweise ungefähr 20 % .

Weiterhin können ein oder mehrere der Bestrahlungsparameter derart gewählt werden, dass die Struktur 12 des Bauteils 10 in dem Ubergangsbereich T eine graduell variierende Porosität zwischen ungefähr 0 in dem Vollmaterialbereich B bis hin zu einem Porositätswert des porösen Bauteilbereichs H, von vorzugsweise ungefähr 20 % , aufweist .

Weiterhin können ein oder mehrere der Bestrahlungsparameter derart gewählt werden, dass die Porosität kontinuierlich bzw . stufenlos variierend ( fließend) ausgebildet wird . Dies soll durch die Situation, wie sie in der Figur 2 gezeigt ist , dargestellt werden .

Weiterhin können ein oder mehrere der Bestrahlungsparameter derart gewählt werden, dass die Porosität stufenweise ( gradu- eil ) ausgebildet wird . Diese Ausgestaltung entspricht der Situation aus Figur 4 .

Figur 4 deutet insbesondere von links nach rechts anhand der unterschiedlich schraf fierten Bereiche einen gestuften Poro- sitäts- bzw . Dichteverlauf der entsprechend hergestellten Struktur für das Bauteil 10 an . Innerhalb des Bereichs T sind graduelle Abstufungen zwischen dem Vollmaterialbereich B und dem porösen Bereich H gezeigt .

Figur 5 zeigt eine additiv hergestellte Bauteilstruktur 10 anhand einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung . Bei der Struktur für das Bauteil kann es sich beispielsweise auch um eine Bauteilwandung handeln .

Die unterschiedlich orientierten Pfeile unten links in der Darstellung der Figur 5 sollen andeuten, dass das Bauteil vorliegend gemäß beliebiger Aufbaurichtungen aufgebaut werden kann und die gezeigte vertikale Ausrichtung des Bauteils nicht notwendigerweise der vom Prozess vorgegebenen Aufbaurichtung entsprechen muss .

Der mittlere Bereich stellt wieder den porösen Bauteilbereich H dar . Der Pfeil in der Mitte deutet eine mögliche Durchströmungsrichtung für ein Kühl fluid F an, gemäß der gezeigte Bauteilbereich im Betrieb des Bauteils gekühlt werden könnte ( lediglich der Einfachheit halber in den bisherigen Figuren nicht dargestellt ) . Längs in der Mitte des porösen Bereichs ( etwa auf Höhe des Pfeils F, verläuft vorliegend (beispielhaft ) eine Symmetrielinie , bezüglich der der gezeigte Bereich symmetrisch ausgebildet ist .

Lediglich beispielhaft ist der Bauteilbereich weiterhin mit zwei symmetrischen und gleichartigen Übergangsbereichen T versehen . Erfindungsgemäß werden in den Übergangsbereichen T gemäß dieser Ausgestaltung Volumen- oder Vollmaterialelemente Be vorgesehen, welche sich vorzugsweise gitter- oder strebenartig von den gezeigten Vollmaterialbereichen in Bereiche der porösen Struktur hinein erstrecken, oder diese durchziehen . Vorzugsweise durchziehen die Vollmaterialelemente Be die poröse Struktur 12 zumindest teilweise formschlüssig .

Im Gegensatz zu der weiter oben beschriebenen Ausgestaltung der additiv herzustellenden Bauteilstruktur wird hier eine verstärkte mechanische Anbindung der porösen Struktur an die Vollmaterialbereiche B nicht direkt durch eine Gradierung von porösem Material ( graduelle Parametervariation) verwirklicht , sondern - wie beschrieben - durch die sich in die poröse Struktur hinein erstreckenden Vollmaterialelemente Be .

Die Vollmaterialelemente Be können sich beispielsweise in dem Übergangsbereich über eine Länge L von 0 , 1 mm bis 0 , 5 mm, oder mehr beispielsweise 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm oder 10 mm, vorzugsweise 0 , 2 mm, in die poröse Struktur hinein erstrecken, um eine möglichst feste mechanische Verankerung zu bewirken .

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird während des pulverbettbasierten additiven Herstellungsprozesses (vgl . Figur 1 weiter oben) mittels selektivem Laserschmel zen oder Elektronenstrahlschmel zen, vorzugsweise zunächst die poröse Struktur 12 aufgebaut wird und Bereiche der Vollmaterialelemente Be anschließend auf gebaut . Wie oben angedeutet kann dies schichtweise ( Schichtenfolge hier nicht expli zit gekennzeichnet ) gemäß j eder beliebigen Aufbaurichtung Z erfolgen .

Auch kann, ohne dass dies expli zit in den Figuren gekennzeichnet ist , eine Gradierung der Porosität in den Übergangsbereichen entlang eines Rotationswinkels , verdreht , erfolgen .

Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Alternative zu der additiven Bauteilstruktur können sich auch die Vollmaterialelemente Be unterschiedlich weit , beispielsweise radial innen nur minimal , dafür aber radial weiter außen deutlich weiter in die poröse Struktur hinein erstrecken .