Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen zumindest einer Wand eines Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computer- programmprodukt, ein computerlesbares Speichermedium und ein Bauteil mit wenigstens einer additiv hergestellten Wand.

Additive Schichtbauverfahren bezeichnen Prozesse, bei denen anhand eines virtuellen Modells eines herzustellenden Bauteils oder Bauteilbereichs Geometriedaten ermittelt werden, welche in Schichtdaten zerlegt werden (sog.„slicen“). Abhängig von der Geometrie des Modells wird eine Belichtungs- bzw. Bestrahlungsstrategie bestimmt, gemäß welcher die selektive Verfestigung ei- nes Werkstoffs erfolgen soll. Neben der Anzahl und Anordnung von Bestrahlungsvektoren, zum Beispiel Linienbelichtung, Streifenbelichtung, Chess-Strategie, Islandstragie etc., sind Bestrah- lungsparameter wie beispielsweise die Energiestrahlleistung und die Belichtungsgeschwindigkeit eines zum Verfestigen zu verwendenden Energiestrahls von Bedeutung. Beim Schichtbauverfah- ren wird dann der gewünschte Werkstoff schichtweise abgelagert und selektiv mittels des we- nigstens einen Energiestrahls verfestigt, um den gewünschten Bauteilbereich additiv aufzubauen. Damit unterscheiden sich additive bzw. generative Herstellungsverfahren von konventionellen abtragenden oder urformenden Fertigungsmethoden. Beispiele für additive Herstellungsverfah- ren sind generative Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren, die beispielsweise zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen wie Flugtriebwerke verwendet werden können. Beim se- lektiven Laserschmelzen werden dünne Pulverschichten des oder der verwendeten Werkstoffe auf eine Bauplattform aufgebracht und mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen lokal im Be- reich einer Aufbau- und Fügezone aufgeschmolzen und verfestigt. Anschließend wird die Bau- plattform abgesenkt, eine weitere Pulverschicht aufgebracht und erneut lokal verfestigt. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das fertige Bauteil bzw. der fertige Bauteilbereich erhalten wird. Das Bauteil kann anschließend bei Bedarf weiterbearbeitet oder ohne weitere Bearbei- tungsschritte verwendet werden. Beim selektiven Lasersintern wird das Bauteil in ähnlicher Weise durch laserunterstütztes Sintern von pulverförmigen Werkstoffen hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei beispielsweise durch Laserstrahlen eines CO ₂ -Lasers, Nd:YAG- Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen. Ebenfalls bekannt sind Elektronenstrahl- verfahren, bei welchen der Werkstoff durch einen oder mehrere Elektronenstrahlen selektiv ver- festigt wird.

Bei verschiedenen Bauteilen ist es wichtig, dass Wände oder Wandbereiche mit möglichst gerin- gen Wandstärken hergestellt werden können. Beispielsweise müssen Anstreifdichtungen wie et- wa Honigwabendichtungen für Strömungsmaschinen möglichst dünnwandig sein, um einem ein- laufenden Dichtfin einen möglichst geringen Widerstand zu bieten. Eine einzelne Laser- oder Elektronenstrahlspur entspricht bei derartigen Schichtbauverfahren prinzipiell der dünnsten Struktur bzw. Wanddicke, die hergestellt werden kann. Durch Wärmeleitungseffekte beträgt die Aushärtebreite (Aushärtezone) in der Regel sogar etwas mehr als der Fokusdurchmesser bzw. die Spurstärke, so dass für dünne Strukturen auch ein möglichst geringer Energieeintrag erfor- derlich ist. Die Spurstärke und der Energieeintrag in den Werkstoff können über entsprechende Belichtungsparameter minimiert werden. Ein niedriger Energieeintrag und/oder eine hohe Be- lichtungsgeschwindigkeit führen jedoch zu einer erhöhten Anzahl an Defekten (insbesondere Bindefehlem) in den hergestellten Strukturen, wodurch im Fall von Anstreifdichtungen keine ausreichende Dichtwirkung mehr gewährleistet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schichtbauverfahren und eine Schichtbauvorrich- tung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine Herstellung von dünnen Wandbe- reichen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften ermöglicht ist. Weitere Aufgaben der Er- findung bestehen darin, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speicherme- dium anzugeben, welche eine entsprechende Steuerung einer solchen Schichtbauvorrichtung er- möglichen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit wenigstens einem additiv hergestellten Wandbereich mit verbesserten mechanischen Eigenschaften anzugeben.

Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Schichtbauverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch eine Schichtbauvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 12, durch ein computerlesbares Speichermedium gemäß Patentanspruch 13 sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfin- dungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Schichtbauverfahren zum additiven Herstellen zu- mindest eines Wandbereichs eines Bauteils, insbesondere einer Anstreifdichtung einer Strö- mungsmaschine. Das erfindungsgemäße Schichtbauverfahren umfasst zumindest die Schritte a) Aufträgen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs auf mindestens eine Aufbau- und Fügezone mindestens einer bewegbaren Bauplattform, b) Durchführen eines ersten Verfesti- gungsschritts, bei welchem der Werkstoff selektiv mit wenigstens einem Energiestrahl bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt wer- den, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % einer herzu- stellenden Wanddicke beträgt, erzeugt und ein defektbehafteter Wandbereich der Wand herge- stellt wird, c) ohne Aufträgen einer weiteren Pulverschicht Durchführen eines zweiten Verfesti- gungsschritts, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte defektbehaftete Wandbe- reich selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungspa- rameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass der defektbehaftete Wandbereich zu einem Wandbereich mit einer geringeren Defektdichte umgeschmolzen wird, d) schichtweises Absenken der Bauplattform um eine vordefinierte Schichtdicke und e) ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Schritte a) bis d). Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der herzustellende Wandbereich der Wand durch mindestens zweimaliges Be- aufschlagen bzw. Abtasten des pulverförmigen Werkstoffs mit dem Energiestrahl bei ver- gleichsweise niedriger Energieeinkopplung und ohne erneuten Pulverauftrag zwischen den zwei Verfestigungsschritten hergestellt wird. Dieser Vorgang wird dann für mindestens eine weitere oder für alle Wandbereiche wiederholt, bis die Wand fertiggestellt ist. Hierdurch können sehr dünne Wände mit vergleichsweise hoher mechanischer Stabilität hergestellt werden, da durch den zweiten Verfestigungsschritt Defekte wie beispielsweise Bindefehler, die beim ersten Ver- festigungsschritt bewusst entstanden sind, je nach Belichtungsparameter vollständig oder zumin- dest nahezu vollständig ausgeheilt werden können, ohne dass es zu einer nennenswerten Verbrei- terung der Wanddicke kommt. Im ersten Verfestigungsschritt werden dabei Belichtungsparame- ter eingestellt, die zu einem so geringen Energieeintrag führen, dass die gebildete Wandstruktur defektbehaftet ist und ohne den zweiten Verfestigungsschritt nicht oder nicht akzeptabel über mehrere Schichten aufbaubar wäre. Hierdurch kann ein besonders geringer Schmelzbaddurch- messer realisiert werden. Unter einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % der herzu- stellenden Wanddicke beträgt, sind insbesondere Schmelzbaddurchmesser von 25 %, 26 %, 27 %, 28 %, 29 %, 30 %, 31 %, 32 %, 33 %, 34 %, 35 %, 36 %, 37 %, 38 %, 39 %, 40 %, 41 %, 42

%, 43 %, 44 %, 45 %, 46 %, 47 %, 48 %, 49 %, 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57

%, 58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72

%, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87

%, 88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 % oder 100 % der herzustellenden Wanddicke zu verstehen. Mit anderen Worten entspricht der Schmelzbaddurch- messer maximal der herzustellenden Wanddicke, höchstens aber einem Viertel der herzustellen- den Wanddicke, so dass maximal zwei, drei oder vier nebeneinander liegende, nicht überlappen- de Belichtungsvektoren oder Scans den betreffenden Schichtbereich der herzustellenden Wand bilden. Dabei ist zu betonen, dass grundsätzlich auch bereichsweise oder vollständig überlap- pende Be lichtungs vektoren (Hatches) oder Scans vorgesehen sein können. Beim ersten Verfesti- gungsschritt sollen die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass das Werkstoffpul- ver vorzugsweise in der unmittelbar angrenzenden Umgebung des Schmelzbades in die entste- hende Schmelze gezogen wird, um den defektbehafteten Wandbereich zu bilden. Nach diesem Vorgang ist auf dem defektbehafteten Wandbereich sowie in der angrenzenden Umgebung kein oder nur sehr wenig unverfestigtes Werkstoffpulver übrig. Beim zweiten Verfestigungsschritt wird die vergleichsweise schwache Energie des Energiestrahls vorzugsweise nur zum Wieder- aufschmelzen des bereits verfestigten Werkstoffs im Wandbereich verwendet, um dadurch die bestehenden Defekte teilweise oder vollständig zu heilen und die nötige mechanische Stabilität sicherzustellen. Die eingebrachte Energie sollte bei diesem Verfestigungsschritt vorzugsweise so niedrig wie möglich eingestellt werden. Zusammenfassend sind die Energieeinträge der beiden Verfestigungsschritte so auf einander abgestimmt, dass der im ersten Verfestigungsschritt gebil- dete Schmelzbaddurchmesser die gewünschte Wanddicke nicht überschreitet und dass beim zweiten Verfestigungsschritt möglichst wenig und vorzugsweise kein weiteres Werkstoffpulver eingezogen, sondern nur der bereits erzeugte defektbehaftete Wandbereich umgeschmolzen wird, um die Defekte des ersten Verfestigungsschritts teilweise oder vollständig zu heilen. Ge- gebenenfalls kann Schritt c) - jeweils ohne zusätzlichen Pulverauftrag - ein- oder mehrmals wie- derholt werden, um eine besonders geringe Defektdichte und eine entsprechend hohe mechani- sche Stabilität des hergestellten Wandbereichs zu gewährleisten. Generell können mit Hilfe des Verfahrens nicht nur Wandbereiche bzw. einzelne Wände, sondern auch komplette Bauteile her- gestellt werden. Die Ausdrücke„ein/eine“ sind im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmter Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als„mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können„ein/eine“ auch als„nur ein/nur eine“ verstanden wer- den.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Wand mit einer Wanddicke zwischen von 100 mm und 4000 mm, also beispielsweise mit einer Wanddicke von 100 mm, 1 10 mm, 120 mm, 130 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 170 mm, 180 mm, 190 mm, 200 mm,

210 mm, 220 mm, 230 mm, 240 mm, 250 mm, 260 mm, 270 mm, 280 mm, 290 mm, 300 mm, 310 mm,

320 mm, 330 mm, 340 mm, 350 mm, 360 mm, 370 mm, 380 mm, 390 mm, 400 mm, 410 mm, 420 mm,

430 mm, 440 mm, 450 mm, 460 mm, 470 mm, 480 mm, 490 mm, 500 mm, 510 mm, 520 mm, 530 mm,

540 mm, 550 mm, 560 mm, 570 mm, 580 mm, 590 mm, 600 mm, 610 mm, 620 mm, 630 mm, 640 mm,

650 mm, 660 mm, 670 mm, 680 mm, 690 mm, 700 mm, 710 mm, 720 mm, 730 mm, 740 mm, 750 mm,

760 mm, 770 mm, 780 mm, 790 mm, 800 mm, 810 mm, 820 mm, 830 mm, 840 mm, 850 mm, 860 mm,

870 mm, 880 mm, 890 mm, 900 mm, 910 mm, 920 mm, 930 mm, 940 mm, 950 mm, 960 mm, 970 mm,

980 mm, 990 mm, 1000 mm, 1010 mm, 1020 mm, 1030 mm, 1040 mm, 1050 mm, 1060 mm,

1070 mm, 1080 mm, 1090 mm, 1 100 mm, 1 1 10 mm, 1 120 mm, 1 130 mm, 1140 mm, 1 150 mm,

1 160 mm, 1 170 mm, 1 180 mm, 1 190 mm, 1200 mm, 1210 mm, 1220 mm, 1230 mm, 1240 mm,

1250 mm, 1260 mm, 1270 mm, 1280 mm, 1290 mm, 1300 mm, 13 10 mm, 1320 mm, 1330 mm,

1340 mm, 1350 mm, 1360 mm, 1370 mm, 1380 mm, 1390 mm, 1400 mm, 1410 mm, 1420 mm,

1430 mm, 1440 mm, 1450 mm, 1460 mm, 1470 mm, 1480 mm, 1490 mm, 1500 mm, 1510 mm,

1520 mm, 1530 mm, 1540 mm, 1550 mm, 1560 mm, 1570 mm, 1580 mm, 1590 mm, 1600 mm,

1610 mm, 1620 mm, 1630 mm, 1640 mm, 1650 mm, 1660 mm, 1670 mm, 1680 mm, 1690 mm,

1700 mm, 1710 mm, 1720 mm, 1730 mm, 1740 mm, 1750 mm, 1760 mm, 1770 mm, 1780 mm,

1790 mm, 1800 mm, 1810 mm, 1820 mm, 1830 mm, 1840 mm, 1850 mm, 1860 mm, 1870 mm,

1880 mm, 1890 mm, 1900 mm, 1910 mm, 1920 mm, 1930 mm, 1940 mm, 1950 mm, 1960 mm,

1970 mm, 1980 mm, 1990 mm, 2000 mm, 2010 mm, 2020 mm, 2030 mm, 2040 mm, 2050 mm,

2060 mm, 2070 mm, 2080 mm, 2090 mm, 2100 mm, 21 10 mm, 2120 mm, 2130 mm, 2140 mm,

2150 mm, 2160 mm, 2170 mm, 2180 mm, 2190 mm, 2200 mm, 2210 mm, 2220 mm, 2230 mm,

2240 mm, 2250 mm, 2260 mm, 2270 mm, 2280 mm, 2290 mm, 2300 mm, 2310 mm, 2320 mm,

2330 mm, 2340 mm, 2350 mm, 2360 mm, 2370 mm, 2380 mm, 2390 mm, 2400 mm, 2410 mm,

2420 mm, 2430 mm, 2440 mm, 2450 mm, 2460 mm, 2470 mm, 2480 mm, 2490 mm, 2500 mm,

2510 mm, 2520 mm, 2530 mm, 2540 mm, 2550 mm, 2560 mm, 2570 mm, 2580 mm, 2590 mm,

2600 mm, 2610 mm, 2620 mm, 2630 mm, 2640 mm, 2650 mm, 2660 mm, 2670 mm, 2680 mm,

2690 mm, 2700 mm, 2710 mm, 2720 mm, 2730 mm, 2740 mm, 2750 mm, 2760 mm, 2770 mm, 2780 mm, 2790 mm, 2800 mm, 2810 mm, 2820 mm, 2830 mm, 2840 mm, 2850 mm, 2860 mm,

2870 mm, 2880 mm, 2890 mm, 2900 mm, 2910 mm, 2920 mm, 2930 mm, 2940 mm, 2950 mm,

2960 mm, 2970 mm, 2980 mm, 2990 mm, 3000 mm, 3010 mm, 3020 mm, 3030 mm, 3040 mm,

3050 mm, 3060 mm, 3070 mm, 3080 mm, 3090 mm, 3100 mm, 3110 mm, 3120 mm, 3130 mm,

3140 mm, 3150 mm, 3160 mm, 3170 mm, 3180 mm, 3190 mm, 3200 mm, 3210 mm, 3220 mm,

3230 mm, 3240 mm, 3250 mm, 3260 mm, 3270 mm, 3280 mm, 3290 mm, 3300 mm, 3310 mm,

3320 mm, 3330 mm, 3340 mm, 3350 mm, 3360 mm, 3370 mm, 3380 mm, 3390 mm, 3400 mm,

3410 mm, 3420 mm, 3430 mm, 3440 mm, 3450 mm, 3460 mm, 3470 mm, 3480 mm, 3490 mm,

3500 mm, 3510 mm, 3520 mm, 3530 mm, 3540 mm, 3550 mm, 3560 mm, 3570 mm, 3580 mm,

3590 mm, 3600 mm, 3610 mm, 3620 mm, 3630 mm, 3640 mm, 3650 mm, 3660 mm, 3670 mm,

3680 mm, 3690 mm, 3700 mm, 3710 mm, 3720 mm, 3730 mm, 3740 mm, 3750 mm, 3760 mm,

3770 mm, 3780 mm, 3790 mm, 3800 mm, 3810 mm, 3820 mm, 3830 mm, 3840 mm, 3850 mm,

3860 mm, 3870 mm, 3880 mm, 3890 mm, 3900 mm, 3910 mm, 3920 mm, 3930 mm, 3940 mm,

3950 mm, 3960 mm, 3970 mm, 3980 mm, 3990 mm oder 4000 mm hergestellt wird, wobei jeweili- ge Zwischenwerte als mitoffenbart anzusehen sind. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass eine Wand mit einer Wandhöhe von mindestens 1 mm, also beispielsweise von 1 mm,

2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, 19 mm, 20 mm, 21 mm, 22 mm, 23 mm, 24 mm, 25 mm,

26 mm, 27 mm, 28 mm, 29 mm, 30 mm, 31 mm, 32 mm, 33 mm, 34 mm, 35 mm, 36 mm,

37 mm, 38 mm, 39 mm, 40 mm, 41 mm, 42 mm, 43 mm, 44 mm, 45 mm, 46 mm, 47 mm,

48 mm, 49 mm, 50 mm oder mehr hergestellt wird. Hierdurch können die Dimensionen der her- zustellenden Wand optimal an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden. Generell können die Wanddicke und/oder die Wandhöhe konstant oder örtlich variierend gewählt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass in Schritt b) die Bestrahlungsparameter des wenigs- tens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass das Schmelzbad einen Schmelz- baddurchmesser zwischen von 50 mm und 1000 mm, also beispielsweise von 50 mm, 60 mm,

70 mm, 80 mm, 90 mm, 100 mm, 1 10 mm, 120 mm, 130 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 170 mm,

180 mm, 190 mm, 200 mm, 210 mm, 220 mm, 230 mm, 240 mm, 250 mm, 260 mm, 270 mm, 280 mm,

290 mm, 300 mm, 310 mm, 320 mm, 330 mm, 340 mm, 350 mm, 360 mm, 370 mm, 380 mm, 390 mm,

400 mm, 410 mm, 420 mm, 430 mm, 440 mm, 450 mm, 460 mm, 470 mm, 480 mm, 490 mm, 500 mm,

510 mm, 520 mm, 530 mm, 540 mm, 550 mm, 560 mm, 570 mm, 580 mm, 590 mm, 600 mm, 610 mm,

620 mm, 630 mm, 640 mm, 650 mm, 660 mm, 670 mm, 680 mm, 690 mm, 700 mm, 710 mm, 720 mm, 730 mm, 740 mm, 750 mm, 760 mm, 770 mm, 780 mm, 790 mm, 800 mm, 810 mm, 820 mm, 830 mm,

840 mm, 850 mm, 860 mm, 870 mm, 880 mm, 890 mm, 900 mm, 910 mm, 920 mm, 930 mm, 940 mm,

950 mm, 960 mm, 970 mm, 980 mm, 990 mm oder 1000 mm aufweist, wobei jeweilige Zwischen- werte als mitoffenbart anzusehen sind. Hierdurch kann die Wanddicke der herzustellenden Wand optimal an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass im ersten und im zweiten Verfestigungsschritt glei- che oder unterschiedliche Bestrahlungsparameter eingestellt werden und/oder dass wenigstens ein Bestrahlungsparameter aus der Gruppe Energiestrahlleistung und Belichtungsgeschwindig- keit während des ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritts ein- oder mehrmals variiert wird. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Wand ortsabhängig einge- stellt werden. Es kann im ersten Verfestigungsschritt vorgesehen sein, dass die räumliche De- fektdichte durch die Variierung bzw. Anpassung der Bestrahlungsparameter eingestellt wird. Al- ternativ oder zusätzlich kann im zweiten Verfestigungsschritt der Umfang der Heilung der vor- handenen Defekte durch die Variierung bzw. Anpassung der Bestrahlungsparameter eingestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Ver- festigungsschritt die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass zumindest im We- sentlichen kein angrenzender pulverformiger Werkstoff in den umgeschmolzenen Wandbereich eingezogen wird. Mit anderen Worten werden die Bestrahlungsparameter derart eingestellt, dass die eingebrachte Energie so niedrig ist, dass unverfestigtes Werkstoffpulver aus der angrenzen- den Umgebung des umzuschmelzenden Wandbereichs nicht oder nur in sehr geringem Umfang die zweite Schmelze eingezogen wird, da dies zu einer Verbreiterung der Wanddicke führen würde. Die Wanddicke soll sich beim zweiten Verfestigungsschritt vorzugsweise betragsmäßig um maximal 10 % ändern, also beispielsweise um 0 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 6 %, 7 %, 8 %, 9 % oder 10 %.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt die Bestrahlungsparameter derart eingestellt werden, dass im hergestellten Wandbereich eine vorbestimmte räumliche Defektdichte erzeugt wird. Mit an- deren Worten wird der defektbehaftete Wandbereich im zweiten Verfestigungsschritt nicht voll- ständig ausgeheilt und stattdessen die Defektdichte nur verringert, so dass der resultierende Wandbereich und damit die fertiggestellte Wand eine vorbestimmte räumliche Defektdichte aufweist. Eine durch gezielte Defekte geschwächte Wand kann beispielsweise das Einlaufverhal- ten einer Anstreifdichtung positiv beeinflussen, da die Gefahr einer Beschädigung des einlaufen- de Gegenparts (z. B. Dichtfin, Schaufelspitze und dergleichen) deutlich verringert werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt die Energiestrahlleistung als Belichtungsparameter des Energiestrahls auf einen Wert von höchstens 80 % einer maximalen Energiestrahlleistung des Energiestrahls, also beispielsweise auf 80 %, 79 %, 78 %, 77 %, 76 %, 75 %, 74 %, 73 %, 72 %, 71 %, 70 %, 69 %, 68 %, 67 %, 66 %, 65 %, 64 %, 63 %, 62 %, 61 %, 60 %, 59 %, 58 %, 57 %,

56 %, 55 %, 54 %, 53 %, 52 %, 5 1 %, 50 %, 49 %, 48 %, 47 %, 46 %, 45 %, 44 %, 43 %, 42 %,

41 %, 40 %, 39 %, 38 %, 37 %, 36 %, 35 %, 34 %, 33 %, 32 %, 31 %, 30 %, 29 %, 28 %, 27 %,

26 %, 25 %, 24 %, 23 %, 22 %, 21 %, 20 %, 19 %, 18 %, 17 %, 16 %, 15 %, 14 %, 13 %, 12 %,

1 1 %, 10 % oder weniger der maximalen Energiestrahl leistung des Energiestrahls, und/oder die Belichtungsgeschwindigkeit des Energiestrahls auf mindestens 50 % einer maximalen Belich- tungsgeschwindigkeit, also beispielsweise auf 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57 %, 58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72

%, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87

%, 88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 % oder 100 % der maximalen Belichtungsgeschwindigkeit des Energiestrahls, eingestellt wird. Hierdurch kann der Energieeintrag im ersten und/oder zweiten Verfestigungsschritt optimal eingestellt und mini- miert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass im ersten und/oder zweiten Ver- festigungsschritt eine Querschnittsfläche des Energiestrahls in der Aufbau- und Fügezone einge- stellt wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer entsprechenden optischen Einrichtung erfol- gen. Hierdurch können Spurbreite und Energieeintrag des Energiestrahls eingestellt und mini- miert werden, um besonders dünne Wandbereiche herstellen zu können.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem mehrere Wände in Form einer Wabenstruktur hergestellt werden. Hierdurch kann ein Bauteil mit einer besonders hohen Dichtwirkung und einem guten Anstreifverhalten hergestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Werkstoff eine schwerschmelzbare Legierung, insbesondere eine Nickelbasislegierung und/oder eine Co- baltbasislegierung und/oder ein intermetallischer Werkstoff, insbesondere ein Titanaluminid, verwendet wird. Obwohl der Werkstoff grundsätzlich auch ein Kunststoff wie beispielsweise ABS, PLA, PETG, Nylon, PET, PTFE oder dergleichen sein kann, können mit Hilfe von metalli- schen oder intermetallischen Werkstoffen generell Wandbereiche mit höherer mechanischer, thermischer und chemischer Beständigkeit hergestellt werden. Beispielsweise kann der Werk- stoff Elemente aus der Gruppe Eisen, Titan, Nickel, Chrom, Cobalt, Kupfer, Aluminium, oder Titan enthalten. Der Werkstoff kann eine Legierung aus der Gruppe Stahl, Aluminiumlegierung, Titanlegierung, Kobaltlegierung, Chromlegierung, Nickelbasislegierung oder Kupferlegierungen sein. Ebenso können intermetallische Legierungen wie Mg ₂ Si und Titanaluminide vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Werkstoff eine hochtemperaturfeste Nickelbasislegierungen wie etwa Mar M-247, Inconel 718 (IN718), Inconel 738 (1N738), Waspaloy oder C263 sein. Umge- kehrt kann vorgesehen sein, dass der Werkstoff keine Aluminiumlegierung, insbesondere keine AlSiMg-Legierung ist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Wandbereichs eines Bauteils durch ein additives Schichtbauverfahren. Die Vor- richtung umfasst mindestens eine Pulverzuftihrung zum Auftrag von mindestens einer Pulver- schicht eines Werkstoffs auf eine Aufbau- und Fügezone einer bewegbaren Bauplattform, min- destens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls zum schichtweisen und lokalen Verfestigen des Werkstoffs zum Ausbilden des Wandbereichs durch selektives Be- strahlen des Werkstoffs gemäß einer vorbestimmten Belichtungsstrategie sowie eine Steuerein- richtung. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, die Pulverzuführung so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs auf die Aufbau- und Fügezone der Bauplatt- form aufträgt, und dazu, dass die Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt werden kann. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung zusätzlich dazu konfiguriert bzw. ausgebildet, einen ersten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der Werkstoff selektives mit dem wenigstens einen Energiestrahl bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindestens 25 % einer herzustellenden Wanddicke beträgt, erzeugt und ein defektbehafteter Wandbereich der Wand hergestellt wird, und ohne Aufträgen einer wei- teren Pulverschicht einen zweiten Verfestigungsschritt durchzufuhren, bei welchem der im ers- ten Verfestigungsschritt erzeugte Wandbereich selektiv mit dem wenigstens einen Energiestrahl bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls derart ein- gestellt werden, dass der defektbehaftete Wandbereich zu einem Wandbereich mit einer geringe- ren Defektdichte umgeschmolzen wird. Hierdurch können besonders dünnwandige Strukturen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhaf- te Ausgestaltungen des ersten Erfmdungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts anzusehen sind. Umgekehrt sind vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Er- findungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfmdungsaspekts anzusehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung als se- lektive Lasersinter- und/oder -schmelzvorrichtung ausgebildet ist. Hierdurch können Wandberei- che, Wände und komplette Bauteile hergestellt werden, deren mechanischen Eigenschaften zu- mindest im Wesentlichen denen des Bauteilwerkstoffs entsprechen. Zur Erzeugung eines Laser- strahls können beispielsweise CO ₂ -Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder der- gleichen vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Elektronen- und/oder Laserstrahlen verwendet werden, deren Belichtungs- bzw. Verfestigungsparameter in der vorstehend beschriebenen Weise angepasst bzw. eingestellt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt die Schichtbauvorrichtung veran- lassen, das Schichtbauverfahren nach dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt die Schichtbauvorrichtung veranlassen, das Schichtbauverfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen.

Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe eines Computerprogrammprodukts realisiert werden, das Programmmodule umfasst, die von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugänglich sind und Programmcode speichern, der von oder in Verbindung mit ei- nem oder mehreren Computern, Prozessoren oder Befehlsausführungssystemen einer Schicht- bauvorrichtung verwendet wird. Für die Zwecke dieser Beschreibung kann ein computerver- wendbares oder computerlesbares Medium jede Vorrichtung sein, die das Computerprogramm- produkts zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausführungssystem, der Vorrichtung oder der Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder trans- portieren kann. Das Medium kann ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagneti- sches, Infrarot- oder Halbleitersystem oder ein Ausbreitungsmedium an sich sein, da Signalträ- ger nicht in der Definition des physischen, computerlesbaren Mediums enthalten sind. Dazu ge- hören ein Halbleiter- oder Festkörperspeicher, Magnetband, eine austauschbare Computerdisket- te, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), eine starre Magnetplatte und eine optische Platte wie ein Nur-Lese-Speicher (CD-ROM, DVD, Blue-Ray etc.), oder eine beschreibbare optische Platte (CD-R, DVD-R). Sowohl Prozessoren als auch Programmcode zur Implementierung der einzelnen Aspekte der Erfindung können zentralisiert oder verteilt werden (oder eine Kombination davon).

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere eine Anstreifdichtung einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest ein Wand, die mittels einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt und/oder mittels eines Schichtbauverfahrens gemäß dem ersten Erfindungsaspekt hergestellt ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vortei- le sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vor- teilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfmdungsaspekte anzusehen sind. Das Bauteil kann als Wabendichtung für eine Gas- turbine, insbesondere für ein Flugtriebwerk ausgebildet sein.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figu- renbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskom- binationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figu- ren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils ange- gebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeug- bar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schichtbauvorrichtung; und

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils.

Fig. 1 zeigt schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schichtbauvorrichtung 10.

Die Schichtbauvorrichtung 10 dient zur additiven Herstellung zumindest einer Wand 12 eines Bauteils 14 (s. Fig. 2) durch ein additives Schichtbauverfahren. Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst mindestens eine Pulverzuführung 16 mit einem Pulverbehälter 18 und einem Beschich- ter 20. Die eine Pulverzuführung 16 dient zum Auftrag von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs 22 auf eine Aufbau- und Fügezone I einer gemäß Pfeil B bewegbaren Bauplattform 24. Die Schichtbauvorrichtung 10 umfasst weiterhin mindestens eine Strahlungsquelle 26 zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls 28, mit dem der Werkstoff 22 gemäß einer vorbe- stimmten Belichtungsstrategie schichtweise und lokal bestrahlt werden kann, um die Wand 12 schichtweise aus entsprechenden Wandbereichen aufzubauen. Der Begriff„Wandbereich“ be- zeichnet also den in einer bestimmten physischen Einzelschicht liegenden Teil der fertigen Wand 12, die in Schichtbauweise aus einer entsprechenden Anzahl von Einzelschichten aufgebaut wird. Zusätzlich ist eine Steuereinrichtung 30 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, die Pul- verzuführung 16 so zu steuern, dass diese mindestens eine Pulverschicht des Werkstoffs 22 auf die Aufbau- und Fügezone I der Bauplattform 24 aufträgt. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 30 dazu ausgebildet, Steuersignale zu erzeugen, die eine Absenkung der Bauplattform 24 um eine vordefinierte Schichtdicke gemäß Pfeil B veranlassen. Zusätzlich ist die Steuereinrichtung 30 dazu konfiguriert, einen ersten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der Werkstoff 22 zum Ausbilden eines Wandbereichs der Wand 12 selektiv mit dem wenigstens einen Energie- strahl 28 bestrahlt wird, wobei Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls 28 derart eingestellt werden, dass ein Schmelzbad mit einem Schmelzbaddurchmesser, der mindes- tens 25 % einer herzustellenden Wanddicke beträgt erzeugt wird. Nach dem Abkühlen des Schmelzbads verfestigt sich der Werkstoff 22 dann zu einem defektbehafteten Wandbereich der Wand 12. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 30 dazu konfiguriert, ohne Aufträgen einer weite- ren Pulverschicht einen zweiten Verfestigungsschritt durchzuführen, bei welchem der im ersten Verfestigungsschritt erzeugte defektbehaftete Wandbereich der Wand 12 selektiv mit dem we- nigstens einen Energiestrahl 28 bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsparameter des wenigstens einen Energiestrahls 28 derart eingestellt werden, dass lediglich der defektbehaftete Wandbe- reich zu einem intakten oder zumindest im Wesentlichen intakten Wandbereich der Wand 12 umgeschmolzen wird. Vorzugsweise werden die Bestrahlungsparameter dabei derart eingestellt, dass kein unverfestigtes Pulver in die zweite Schmelze gezogen wird, da dies zu einer Verbreite- rung des Wandbereichs und damit der fertigen Wand 12 fuhren würde.

Weiterhin umfasst die Schichtbauvorrichtung 10 eine optische Einrichtung 32, mittels welcher der Energiestrahl 28 über die Aufbau- und Fügezone I bewegt werden kann. Die Strahlungsquel- le 26 und die Einrichtung 32 sind mit der Steuereinrichtung 30 zum Datenaustausch gekoppelt. Weiterhin umfasst die Schichtbauvorrichtung 10 eine grundsätzlich optionale Heizeinrichtung 34, mittels welcher das Pulverbett auf eine gewünschte Basistemperatur temperierbar ist. Die Heizeinrichtung 34 kann beispielsweise eine oder mehrere Induktionsspule(n) umfassen. Alter- nativ oder zusätzlich können auch andere Heizelemente, beispielsweise IR-Strahler oder derglei- chen vorgesehen sein.

Fig. 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht des Bauteils 14, das mit Hilfe der Schichtbau- vorrichtung 10 hergestellt wurde. Das Bauteil 14 besteht vorliegend exemplarisch aus Inconel 718 (IN718) und weist eine außergewöhnlich hohe Wärmebeständigkeit bis zu 700 °C sowie ei- ne hohe Beständigkeit gegenüber Oxidation und Korrosion auf. Hinzu kommt eine exzellente Festigkeit mit hohen Dehn-, Zugfestigkeits- und Kriechbrucheigenschaften. Additiv hergestelltes IN718 behält seine Festigkeit über einen weiten Temperaturbereich hinweg bei, daher ist IN718 eine attraktive Option für extreme Temperaturbedingungen wie sie beispielsweise in Turbinen von Flugtriebwerken herrschen. Aber auch bei sehr niedrigen Temperaturen, wie beispielsweise in kryogenen Umgebungen, kann das Material verwendet werden.

Man erkennt, dass das Bauteil 14 als Wabendichtung ausgebildet ist und dünne, wabenstruktur- förmig angeordnete Wände 12 aufweist, die schichtweise auf einem flachen, als Dichtungsträger fungierenden Grundkörper 36 aufgebaut sind. Die Wände 12 entsprechen in ihrer Wanddicke D etwa dem durch den Energiestrahl 28 erzeugten Schmelzbaddurchmesser und weisen eine jewei- lige Wandhöhe H von mehreren Millimetern auf. Der Grundkörper 36 kann ebenfalls additiv o- der anderweitig hergestellt sein. Wie bereits erwähnt werden die Wände 12 durch zweimaliges Schmelzen mit niedriger Energieeinkoppelung hergestellt, um den Durchmesser des Schmelzba- des und damit die Dicke D der jeweils erzeugten Wandbereiche, aus denen die Wände 12 schichtweise aufgebaut werden, zu minimieren. Dazu werden im ersten Verfestigungsschritt Be- lichtungsparameter verwendet, die zu einem so schwachen Energieeintrag führen, dass mit ei- nem einmaligen Belichten die Wände 12 nicht oder zumindest nicht akzeptabel über mehrere Millimeter Höhe aufbaubar wären. Im ersten Verfestigungsschritt wird der pulverförmige Werk- stoff 22 in der Umgebung des durch den Energiestrahl 28 erzeugten Schmelzbades in die Schmelze gezogen und ein erster, vergleichsweise stark defektbehafteter Wandbereich der Wand 12 entsteht. Nach diesem Vorgang ist auf dem defektbehafteten Wandbereich sowie in seiner nä- heren Umgebung kein oder nur sehr wenig unverfestigtes Pulver übrig. Im zweiten Verfesti- gungsschritt wird ebenfalls mit möglichst minimalem Energieeintrag lediglich der bereits herge- stellte, defektbehaftete Wandbereich wieder aufgeschmolzen, um dadurch die vorhandenen De- fekte entweder vollständig zu eliminieren oder um eine gewünschte Defektdichte einzustellen. Der Energieeintrag soll dabei nach Möglichkeit nicht so hoch sein, dass unverfestigtes Pulver aus der weiteren Umgebung in die zweite Schmelze eingezogen wird, da dies zu einer Verbreite- rung der Wanddicke D führen würde. Die Energieeinträge der beiden Verfestigungsschritte wer- den also so auf einander abgestimmt, dass die zunächst erzeugten Wanddicken D den Schmelz- baddurchmesser nach Möglichkeit nicht oder möglichst wenig überschreiten und dass bei der zweiten Bestrahlung möglichst kein weiteres Pulver eingezogen, sondern nur der bereits erzeug- te Wandbereich der betreffenden Wand 12 umgeschmolzen wird.

Für die Anwendung als Anstreif-Wabenstruktur kann das Bauteil 14 mit gezielten Defektquanti- täten versehen bzw. hergestellt werden. Eine durch Defekte geschwächte Wand 12 kann das Ein- laufverhalten positiv beeinflussen, da die Gefahr einer Beschädigung des einlaufende Gegen- stücks (z. B. Fin oder Schaufelspitze) deutlich verringert werden kann.

Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbe- dingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, System- fehlem, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzuse- hen. Bezugszeichenliste:

10 Schichtbauvorrichtung 12 Wand

14 Bauteil

16 Pulverzuführung

18 Pulverbehälter

20 Beschichter

22 Werkstoff

24 Bauplattform

26 Strahlungsquelle

28 Energiestrahl

30 Steuereinrichtung

32 optische Einrichtung 34 Heizeinrichtung

36 Grundkörper

D Wanddicke

H Wandhöhe

I Aufbau- und Fügezone B Absenkrichtung Bauplattform