DE102005021642A1 - Process for preparation of single crystal profiled body useful in production of turbine blades gives high quality turbine blades without use of expensive laser beams for profiling turbine blade cooling channels - Google Patents

Abstract

Process for preparation of a single crystal profiled body involving:(a) preparation of profiled elements with at least one joint (sic) surface, (b) deposition (sic) of a profiled element on a joint surface of a single crystal substrate, (c) melting of a profiled element in a region covering the substrate joint surface and partial melting of the substrate in a first section containing a substrate joint surface, and (d) cooling of the melt so that a solidification front of an unmelted second section moves in the direction of a free joint surface of a profiled element.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung von einkristallinen Formkörpern.The This invention relates generally to the field of monocrystalline production Moldings.

Nach dem Stand der Technik ist zur Herstellung einkristalliner Formkörper das Verfahren der gerichteten Erstarrung nach Bridgman bekannt. Dabei wird eine mit einer Metallschmelze gefüllte Form aus einer heißen Zone eines Ofens in eine kalte Zone bewegt. Es bildet sich dabei eine im Wesentlichen planare Erstarrungsfront aus, entlang der ein Einkristall in Richtung des Temperaturgradienten wächst. Nach dem bekannten Verfahren hergestellte Formkörper weisen in ihrem Gefüge mitunter Poren oder Fremdkörner auf. Eine Ausschussquote ist relativ hoch.To The prior art is for the production of monocrystalline molded body the Method of directional solidification according to Bridgman known. It will a filled with a molten metal mold from a hot zone a furnace moves into a cold zone. It forms one essentially planar solidification front, along which a single crystal in Direction of the temperature gradient grows. According to the known method have produced molded bodies in their structure sometimes pores or foreign particles on. A reject rate is relatively high.

Das vorerwähnte Verfahren wird insbesondere zur Herstellung von einkristallinen Turbinenschaufeln verwendet. Solche Turbinenschaufeln sind mitunter im Inneren mit Kühlkanälen versehen. Die Herstellung derartiger Kühlkanäle erfolgt durch das Vorsehen eines Formkerns und dessen nachfolgende Entfernung oder Laserstrahlbohren. Beide Verfahren sind aufwändig und teuer.The aforementioned Method is used in particular for the production of monocrystalline Used turbine blades. Such turbine blades are sometimes provided inside with cooling channels. The production of such cooling channels takes place by the provision of a mold core and its subsequent removal or laser drilling. Both methods are complex and expensive.

Nach dem Stand der Technik sind ferner unter den Begriffen "Rapid Prototyping" oder "Rapid Manufacturing" Verfahren bekannt, bei denen ein Formkörper durch Verbinden einer Vielzahl blechförmiger Formelemente mit einer vorgegebenen Kontur hergestellt wird.To The prior art is also known by the terms "rapid prototyping" or "rapid manufacturing" method, where a shaped body by connecting a plurality of sheet-like form elements with a predetermined contour is produced.

Es wird insoweit beispielhaft auf die folgenden Veröffentlichungen verwiesen:

• – Nakagawa T., Suzuki K.: "A Low Cost Blanking Tool With Bainite Steel Sheet Laminated", Proc. of 21^st Int. MTDR Conf., 1980;
• – Nakagawa T., Kunieda M.: "Manufacturing of Laminated Deep Drawing Dies by Laser Beam Cutting", Advanced Technology of Plasticity, 1984, Vol. 1;
• – Techel A., Himmer T., Beyer E., Heptner T.: "Automation Solutions for Metal Laminated Tooling", Laser Assisted Net Shape Engineering 4, Proc. of the Int. Conf. LANE 2004, Edited by Geiger M. et al., Meisenbach-Verlag Bamberg 2004, Vol. 1, pp. 561–566;
• – Prechtl M., Otto A., Geiger M., Graf D.: "Process Chain Towards Laminated Object Manufacturing with Metal Foil", Laser Assisted Net Shape Engineering 4, Proc. of the Int. Conf. LANE 2004, Edited by Geiger M. et al., Meisenbach-Verlag Bamberg 2004, Vol. 1, pp. 567–578;
• – Prechtl M., Pursche L., Otto A.: "System Technology and Data Preparation for Automated Laser Assisted Stacking of Metal Foil Contours", Laser Assisted Net Shape Engineering 4, Proc. of the Int. Conf. LANE 2004, Edited by Geiger M. et al., Meisenbach-Verlag Bamberg 2004, Vol. 1, pp. 601–610.

Reference is made, by way of example, to the following publications:

• - Nakagawa T., Suzuki K .: "A Low Cost Blanking Tool With Bainite Steel Sheet Laminated", Proc. of 21 ^st Int. MTDR Conf., 1980;
• - Nakagawa T., Kunieda M .: "Manufacturing of Laminated Deep Drawing This by Laser Beam Cutting", Advanced Technology of Plasticity, 1984, Vol. 1;
• - Techel A., Himmer T., Beyer E., Heptner T .: "Automation Solutions for Metal Laminated Tooling", Laser Assisted Net Shape Engineering 4, Proc. of the Int. Conf. LANE 2004, Edited by Geiger M. et al., Meisenbach-Verlag Bamberg 2004, Vol. 1, pp. 561-566;
• - Prechtl M., Otto A., Geiger M., Earl D .: "Process Chain Towards Laminated Object Manufacturing with Metal Foil", Laser Assisted Net Shape Engineering 4, Proc. of the Int. Conf. LANE 2004, Edited by Geiger M. et al., Meisenbach-Verlag Bamberg 2004, Vol. 1, pp. 567-578;
• - Prechtl M., Pursche L., Otto A .: "System Technology and Data Preparation for Automated Laser Assisted Stacking of Metal Foil Contours", Laser Assisted Net Shape Engineering 4, Proc. of the Int. Conf. LANE 2004, Edited by Geiger M. et al., Meisenbach-Verlag Bamberg 2004, Vol. 1, pp. 601-610.

Bei den bekannten Verfahren werden die Formelemente zu einem Paket übereinander gestapelt und dann beispielsweise mittels Diffusionsschweißen miteinander verbunden. Anschließend wird eine Oberfläche des Farmkörpers auf eine vorgegebene Endkontur abgetragen. Bei dem bekannten Verfahren kann es nachteiligerweise dazu kommen, dass die Formelemente beim Diffusionsschweißen nicht immer durchgängig miteinander verbunden werden. Abgesehen davon kommt es beim Verbinden der Formelemente mitunter dazu, dass der Formkörper sich verzieht und eine von der vorgegebenen Kontur abweichende Form einnimmt. Es kann infolgedessen nicht immer die gewünschte Endkontur hergestellt werden.at The known methods are the form elements to a package on top of each other stacked and then, for example, by means of diffusion welding together connected. Subsequently, will a surface of the farm body removed to a predetermined final contour. In the known method It may disadvantageously happen that the shape elements in the diffusion welding not always consistent be connected to each other. Apart from that, it comes with the connection sometimes the molded elements to the fact that the molding warps and a assumes a different shape from the given contour. It can as a result not always the desired one Final contour are produced.

Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, ist es auch versucht worden, die Formkörper mittels Hochtemperaturlöten zu verbinden. Ein mit dieser Verbindungstechnik hergestellter Formkörper weist allerdings keine besonders gute Hochtemperaturfestigkeit auf. Abgesehen davon erfordert das Aufbringen eines Lots auf die zu verbindenden Formelemente einen erheblichen Aufwand oder erhöhte Kosten des Halbzeugs.Around to counter these disadvantages, it has also been tried the moldings by means of high temperature soldering connect to. However, a molded body produced with this connection technology has no particularly good high-temperature strength. Apart from this requires the application of a solder on the mold elements to be joined a considerable effort or increased costs of the semifinished product.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen Formkörpers angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll insbesondere eine einer vorgegebenen Endkontur des Formkörpers entsprechende Oberfläche eine einwandfreie Qualität aufweisen.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. In particular, it should be as simple and inexpensive as possible Specified method for producing a monocrystalline molding become. According to a further object of the invention is intended in particular a surface corresponding to a predetermined final contour of the shaped body have impeccable quality.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 27.These The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of Invention emerge from the features of claims 2 to 27th

Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen Formkörpers mit folgenden Schritten vorgesehen:

• a) Herstellen eines oder mehrerer Formelemente, wobei jedes der Formelemente zumindest eine ebene Fügefläche und eine die Fügefläche randlich begrenzende, vorgegebene Arbeitskontur aufweist,
• b) Auflegen des Formelements mit der Fügefläche auf eine Substratfügefläche eines einkristallinen Substrats,
• c) Aufschmelzen des Formelements zumindest in einem die Substratfügefläche überdeckenden Bereich und teilweises Auf schmelzen des Substrats in einem die Substratfügefläche enthaltenden ersten Abschnitt und
• d) Abkühlen der Schmelze derart, dass eine Erstarrungsfront von einem nicht aufgeschmolzenen zweiten Abschnitt des Substrats in Richtung einer freien Fügefläche des Formelements sich bewegt.

According to the invention, a method for producing a monocrystalline molding is provided with the following steps:

• a) producing one or more mold elements, wherein each of the mold elements has at least one planar joining surface and a predetermined working contour bordering the joining surface,
• b) placing the molding element with the joining surface on a substrate bonding surface of a monocrystalline substrate,
• c) melting the molding element at least in a region covering the substrate bonding surface and partially melting the substrate in a first section containing the substrate bonding surface and
• d) cooling the melt such that an Er solidification front of a non-melted second portion of the substrate in the direction of a free joining surface of the element element moves.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, schrittweise einen einkristallinen Formkörper aus polykristallinen Formelementen herzustellen. Insbesondere ist es mit dem vorgeschlagenen Verfahren auch möglich, einkristalline Formelemente mit inneren Konturen herzustellen. Es ist dabei nicht erforderlich, Formkerne zu verwenden und/oder die innere Kontur durch nachträgliches Laserstrahlbohren oder dgl. herzustellen. Abgesehen davon ist es mit dem vorgeschlagenen Verfahren möglich, den Einkristall aus unterschiedlichen Werkstoffen herzustellen. Das ermöglicht eine gezielte Einstellung der Eigenschaften des Formkörpers. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung einkristalliner Turbinenschaufeln.With the proposed method is simple and inexpensive possible, gradually a monocrystalline molding to produce polycrystalline molded elements. In particular it is also possible with the proposed method, monocrystalline mold elements to make with inner contours. It is not necessary to form cores to use and / or the inner contour by subsequent Laser drilling or the like. Produce. Apart from that it is possible with the proposed method, the single crystal of different To produce materials. This allows a targeted adjustment the properties of the molding. The proposed method is particularly suitable for the production single-crystal turbine blades.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist in jedem Punkt der Erstarrungsfront ein Winkel zwischen einer Normale auf die freie Fügefläche und einer Normale auf die Schmelz- bzw. Erstarrungsfront kleiner 45°, vorzugsweise kleiner 40°. D. h., ein die Schmelze erzeugendes Temperaturfeld wird so gesteuert, dass sich eine relativ flache Schmelz- bzw. Erstarrungsfront ausbildet, welche in den teilweise hergestellten Formkörper zumindest bis in den einkristallinen Bereich hineinragt.To an expedient embodiment of Invention is at any point of the solidification front an angle between a normal on the free joint surface and a normal to the melting or solidification front smaller 45 °, preferably less than 40 °. That is, a temperature field generating the melt is controlled that a relatively flat melting or solidification front is formed, which in the partially produced moldings at least until the monocrystalline Protruding area.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird das Formelement entlang eines vorgegebenen Wegs aufgeschmolzen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine durch das Aufschmelzen entlang des Wegs gebildete Schmelzspur zum Entfernen polykristalliner Bereiche erneut zumindest teilweise ausgeschmolzen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine Schmelzspur im Randbereich mitunter polykristalline Bereiche aufweist. Zu deren Entfernung hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, die Schmelzspur überlappend bei der Herstellung einer benachbarten Schmelzspur aufzuschmelzen. D. h., bei der Herstellung einer benachbarten Schmelzspur wird eine bereits abgekühlte und polykristalline Randbereiche enthaltende Schmelzspur nochmals aufgeschmolzen. Die Abkühlung erfolgt derart, dass die polykristallinen Bereiche vollständig in den Einkristall umgewandelt werden. Schmelzspuren können mehrfach, insbesondere entlang vorgegebener Wege, aufgeschmolzen werden. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können einkristalline Formkörper mit einer hervorragenden Oberflächenqualität schnell und einfach hergestellt werden.To an expedient embodiment of Invention, the mold element is melted along a predetermined path. According to a further advantageous embodiment, a through the Melting enamel along the path fused to remove Polycrystalline areas again at least partially melted out. In practice, it has been shown that a melting trace in the edge area sometimes has polycrystalline regions. To their removal In particular, it has proved to be advantageous to overlap the melting trace melt in the production of an adjacent melting trace. D. h., In the production of an adjacent melting trace is a already cooled and polycrystalline edge regions containing melting trace again melted. The cooling takes place such that the polycrystalline areas completely in be converted to the single crystal. Melt traces can be multiply, in particular along predetermined paths, to be melted. With the proposed Procedures can single crystalline molded bodies with an excellent surface quality fast and easily made.

Als Substrat wird vorteilhafterweise ein Substrat verwendet, welches eine randlich begrenzende vorgegebene Arbeitskontur aufweist. D. h., das Substrat kann in seiner Arbeitskontur bereits an eine Endkontur des Formkörpers angenähert sein. Das vermindert den Aufwand bei der Herstellung der Endkontur. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Konturen des Substrats und des darüberliegenden Formelementes etwa in Ausrichtung sind. Auch das trägt zu einer Verringerung des Aufwands bei der Herstellung der Endkontur bei.When Substrate, a substrate is advantageously used, which has a marginal limiting predetermined working contour. D. h., The substrate may already in its working contour to a final contour of the molding approximated be. This reduces the effort in the production of the final contour. According to a further embodiment, it is provided that the contours the substrate and the overlying Form element are approximately in alignment. That too contributes to one Reduction of the effort in the production of the final contour in.

Nach einer besonders vorteilhaften weiteren Ausgestaltung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der folgende weitere Schritt vorgesehen:

• e) Teilweises Abtragen einer durch die Konturen des Substrats und des damit verbundenen Formelements gebildeten Arbeitsoberfläche auf eine vorgegebene Endkontur, wobei ein um laufender Abschnitt der Arbeitskontur zumindest im Bereich des eine freie Fügefläche zum Auflegen eines weiteren Form elements aufweisenden Substrats nicht oder nicht vollständig abgetragen wird.

According to a particularly advantageous further embodiment, the following further step is provided in the method according to the invention:

• e) Partial removal of a work surface formed by the contours of the substrate and the associated molding element to a predetermined final contour, wherein a running portion of the working contour is at least not removed in the region of a free joining surface for placing a further mold element having substrate or not completely ,

Die Konturen können die Arbeitskontur, die Endkontur oder auch Zwischenkonturen umfassen. Das Abtragen erfolgt so, dass zumindest im Bereich einer freien Fügefläche ein umlaufender Abschnitt der Arbeitskontur zumindest teilweise stehen gelassen wird. Damit kann auf einfache und wirkungsvolle Weise ein Schutz einer abschnittsweise bereits hergestellten Endkontur erreicht werden. Die mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Formkörper zeichnen sich durch eine exzellente Oberflächenqualität aus. Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung großformatiger Formkörper und die Realisierung einer hohen Aufbaurate.The Contours can the working contour, the final contour or intermediate contours include. The Removal takes place in such a way that at least in the area of a free joint surface circulating portion of the working contour are at least partially is left. This can be a simple and effective way Protection of a sectionally already produced final contour achieved become. Drawing the moldings produced by the proposed method characterized by an excellent surface quality. Finally, that allows inventive method the production of large-sized moldings and the realization of a high build-up rate.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Formelemente eine Arbeitsstärke auf. In diesem Fall kann vor dem Auflegen eines weiteren Formelements die Arbeitsstärke auf eine vorgegebene Endstärke abgetragen werden. Das ermöglicht die Realisierung einer besonders exakten Geometrie des Formkörpers. Eventuelle beim Aufschmelzen der Formelemente sich ausbildende Unebenheiten können durch das Abtragen der Arbeitsstärke auf die vorgegebene Endstärke entfernt werden. Damit wird gleichzeitig das Risiko einer fehlerhaften Verbindung mit dem nächst folgenden Formelement minimiert.To an advantageous embodiment of the invention, the form elements a working strength on. In this case, before placing another formula element the working strength to a given final strength be removed. This allows the realization of a particularly exact geometry of the molding. any during the melting of the mold elements forming unevenness can by removing the work force to the given final strength be removed. This is at the same time the risk of a faulty Connection with the next minimizes the following shape element.

Die Arbeitskontur, ggf. die Arbeitsstärke, ist größer als die Endkontur und ggf. die Endstärke. Die Arbeitskontur und die Endkontur sowie ggf. die Arbeitsstärke und die Endstärke können mittels eines vorgegebenen Algorithmus mit einem Computer berechnet werden. Mit dem Computer kann insbesondere auch eine Reihenfolge der übereinanderzulegenden Formelemente festgelegt werden. Die Arbeitskontur wird in Abhängigkeit der Endkontur, ggf. der Endstärke des Formelements berechnet. Die Berechnungen können auf der Grundlage eines vorgegebenen CAD-Models erfolgen. Insbesondere ist es möglich, die Geometrie der Formelemente automatisch mittels des Computers zu errechnen. Ferner ist es möglich, unter Verwendung der errechneten Geometrien die Formelemente automatisch mit computergesteuerten Werkzeugen herzustellen. Auch das Übereinanderstapeln sowie das Aufschmelzen der Formelemente kann computergesteuert erfolgen.The working contour, if necessary the working strength, is larger than the final contour and possibly the final thickness. The working contour and the final contour as well as, if necessary, the working strength and the final strength can be calculated by means of a predetermined algorithm with a computer. With the computer, in particular, an order of the superimposed form elements can be set. The working contour is dependent on the final contour, if necessary the final strength of the feature. The calculations can be based on a given CAD model. In particular, it is possible to automatically calculate the geometry of the form elements by means of the computer. It is also possible, using the calculated geometries, to produce the mold elements automatically with computer-controlled tools. The stacking as well as the melting of the mold elements can be computer controlled.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Abtragen mittels Fräsen oder Laser durchgeführt. Selbstverständlich können auch andere geeignete Techniken zum Abtragen der Arbeitskonturen und/oder der Arbeitsstärken auf die Endkontur und ggf. die Endstärke verwendet werden. Zweckmäßigerweise wird das Abtragen auf die Endkonturen und/oder die Endstärke mittels des Computers in Übereinstimmung mit der Berechnung durchgeführt. Damit können besonders exakte Ergebnisse erzielt werden.To a further embodiment of the invention, the ablation means mill or laser performed. Of course can Other suitable techniques for removing the working contours and / or the working strengths be used on the final contour and possibly the final strength. Conveniently, is the ablation on the final contours and / or the final strength means of the computer in accordance performed with the calculation. With that you can particularly accurate results can be achieved.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schritte lit. b) bis lit. d) wiederholt werden. Durch das schrittweise Wiederholen des Auflegens und Aufschmelzens der Formelemente kann ein einkristalliner Formkörper beliebiger Größe und Geometrie hergestellt werden. Das vorgeschlagene Verfahren ist äußerst universell. Zur Herstellung einkristalliner Formkörper ist es insbesondere nicht erforderlich, eine gesonderte Gießform herzustellen.To A further embodiment of the invention provides that the steps lit. b) to lit. d) be repeated. By the gradual Repeating the laying and melting of the mold elements can a monocrystalline molding any size and geometry getting produced. The proposed method is extremely universal. In particular, it is not suitable for the production of monocrystalline shaped bodies required to produce a separate mold.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Schritte lit. b) bis lit. e) wiederholt werden, bis der Formkörper eine vorgegebene Form aufweist. Zweckmäßigerweise wird nach jedem Schritt des Aufschmelzens ein Abschnitt der Endkontur des Formkörpers hergestellt. Nach dem Verbinden mit dem letzten Formelement wird der Schritt lit. e) zweckmäßi gerweise weggelassen und es wird eine vorgegebene Endkontur des Formkörpers hergestellt.To In a further advantageous embodiment, the steps lit. b) to lit. e) are repeated until the shaped body has a predetermined shape. Conveniently, After each step of melting, a section of the final contour is formed of the molding produced. After connecting with the last form element is the step lit. e) zweckmäßi sarily omitted and it is made a predetermined final contour of the molding.

Nach einer weiteren Ausgestaltung wird das Formelement vor dem Schritt lit. c) mit dem Substrat verbunden. Zweckmäßigerweise erfolgt das Verbinden mittels Schweißen oder Löten. Die jeweils gewählte Verbindungstechnik richtet sich nach der Größe, der Geometrie und den mechanischen Anforderungen an den Formkörper. In Betracht kommen insbesondere auch kombinierte Schweißverfahren, bei denen das Formelement mittels einer Mehrzahl gleichzeitig hergestellter Schweißpunkte zunächst an das darunterliegende Formelement geheftet wird. Anschließend können die Formelemente in einem zweiten Schritt vollflächig durch Aufschmelzen miteinander verbunden werden. Dabei ragt zweckmäßigerweise die Schmelzfront so tief in den teilweise hergestellten Formkörper hinein, dass damit durch ein vorhergehendes Verbinden des Formelements hergestellte Schweißstrukturen vollständig aufgeschmolzen werden. Als Schweißverfahren kommen Strahlschweißverfahren, Diffusionsschweißen, Laserstrahlschweißen, Bolzenschweißen, Elektronenstrahlschweißen, insbesondere unter einer Atmosphäre, Reibschweißen und dgl. in Betracht. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, das Formelement lediglich durch Punktschweißen zu verbinden.To In another embodiment, the molding element is before the step lit. c) connected to the substrate. Appropriately, the connection takes place by welding or soldering. The respectively chosen Joining technology depends on size, geometry and mechanical Requirements for the molding. In particular, combined welding methods are also suitable. in which the mold element by means of a plurality produced simultaneously welds first is stapled to the underlying mold element. Subsequently, the Form elements in a second step over the entire surface by melting together get connected. It expediently protrudes the melt front so deep in the partially produced molded body, that with it by a previously connecting the molding element produced welding structures Completely be melted. Welding processes are beam welding processes, Diffusion welding, Laser beam welding, Stud welding, Electron beam welding, especially under one atmosphere, friction welding and the like. Into consideration. According to an advantageous embodiment of Invention it is possible to connect the mold element only by spot welding.

Als Formelement kann insbesondere ein blechförmiges Formelement verwendet werden. Ein solches blechförmiges Formelement weist zwei parallele Fügeflächen auf. Das Formelement kann aber auch plattenförmig oder würfelförmig ausgebildet sein. Es ist insbesondere aus Metall hergestellt. Es besteht insbesondere aus polykristallinem Metall.When Shaping element can be used in particular a sheet-shaped molding element become. Such a sheet metal Form element has two parallel joining surfaces. The mold element can but also plate-shaped or cube-shaped. It is especially made of metal. It exists in particular made of polycrystalline metal.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Formelemente durch Fügen einer Mehrzahl von Teilelementen hergestellt. Dabei können die Teilelemente aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein. Bei den Werkstoffen handelt es sich insbesondere um polykristalline Metalle. Zur Herstellung der Formelemente werden in diesem Fall die Teilelemente in einer vorgegebenen Geometrie angeordnet. Das ermöglicht die Herstellung eines Formkörpers aus beispielsweise zwei verschiedenen Metallen.To An advantageous embodiment of the invention, the mold elements by joining made of a plurality of sub-elements. The can Partial elements made of at least two different materials be. The materials are in particular polycrystalline Metals. For the production of the mold elements are in this case arranged the sub-elements in a given geometry. The allows the Production of a molded article from, for example, two different metals.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Formelement auch durch thermisches Metallspritzen hergestellt werden. Es eignet sich dabei insbesondere das Verfahren der so genannten "Spritzkompatkion". Mit einem solchen Verfahren können insbesondere Formelemente hergestellt werden, die in ihrer metallischen Zusammensetzung nicht ohne weiteres auf dem Markt verfügbar sind.To a further advantageous embodiment, the mold element also be produced by thermal metal spraying. It is suitable in particular, the process of the so-called "Spritzkompatkion". With such a Procedures can In particular, moldings are made in their metallic Composition are not readily available in the market.

Eine Herstellung eines Formkörpers aus verschiedenen Metallen kann auch durch Umschmelzen und Hinzufügen eines Zusatzwerkstoffs erfolgen. Der Zusatzwerkstoff kann insbesondere in Form eines Drahts oder eines Pulvers zugegeben werden. Die Formelemente können so aufgebaut werden, dass eine den Formkörper bildende Struktur im Innen aus einem ersten Metall und an dessen Oberfläche aus einem zweiten Metall hergestellt ist. Das ermöglicht die gezielte Einstellung bestimmter mechanischer oder thermischer Eigenschaften oder Korrosionseigenschaften des Formkörpers.A Production of a molded article made of different metals can also be made by remelting and adding a Additional material done. The filler material can in particular be added in the form of a wire or a powder. The form elements can be constructed so that a body forming the structure in the interior of a first metal and on the surface of a second metal is made. That allows the targeted adjustment of certain mechanical or thermal properties or corrosion properties of the molding.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fügeflächen der Form- und/oder Teilelemente mit einem Fügemittel, vorzugsweise einem Lot oder einem Flussmittel, beschichtet sind. Das vorgeschlagene Verfahren ist nicht auf das Fügen metallischer Formelemente beschränkt. Es kann insbesondere auch auf Formelemente angewandt werden, welche beispielsweise aus Keramik, teilweise gesinterten keramischenen Vorprodukten und dgl. hergestellt sind.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the joining surfaces of the forming and / or sub-elements are coated with a joining agent, preferably a solder or a flux. The proposed method is not on the joining of metallic mold elements be limits. In particular, it can also be applied to form elements which are produced, for example, from ceramics, partially sintered ceramic precursors and the like.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1a schematisch das Verbinden eines Formelements mit einem teilweise fertig gestellten Formkörper, 1a schematically the joining of a molding element with a partially finished molding,

1b schematisch das teilweise Abtragen einer Arbeitsoberfläche, 1b schematically the partial removal of a working surface,

2a–c schematisch unterschiedliche Formelemente, 2a C shows schematically different form elements,

2d–f eine Arbeitsstärke, eine Zwischenkontur und eine Endkontur eines Formelements, 2d -F an operating force, an intermediate contour and a final contour of a feature element,

2g die Anordnung von Formelementen in einem Formkörper, 2g the arrangement of molded elements in a molded body,

3a–c die Herstellung eines Formelements aus Teilelementen, 3a -C the production of a formula element from subelements,

4 die Herstellung eines weiteren Formelements aus Teilelementen, 4 the production of a further formula element of subelements,

5a–e eine erste Herstellung eines einkristallinen Formkörpers und 5a A first preparation of a monocrystalline molding and

6a–e eine zweite Herstellung eines einkristallinen Formkörpers. 6a -E a second production of a monocrystalline molding.

Die 1 und 2 erläutern insbesondere ein Verfahren, welches sich sowohl zur Herstellung polykristalliner als auch einkristalliner Formkörper eignet. Diese Fig. dienen insbesondere der Erläuterung der auf die Kontur des Formkörpers gerichteten Ausgestaltungen der Erfindung.The 1 and 2 illustrate in particular a method which is suitable both for the production of polycrystalline and monocrystalline moldings. These figures serve in particular to explain the embodiments of the invention which are directed to the contour of the molding.

Die 3 und 4 dienen der Erläuterung der auf die Herstellung von Formelementen gerichteten Ausgestaltungen der Erfindung.The 3 and 4 serve to explain the directed to the production of moldings embodiments of the invention.

Die 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.The 5 and 6 show embodiments of the invention.

In den 1a und 1b besteht ein abschnittsweise fertig gestellter Formkörper 1 aus drei Formelementen 2.1, 2.2 und 2.3. Die Formelemente 2.1, 2.2, 2.3 sind hier aus einem Metallblech hergestellt. Jedes der Formelemente 2.1, 2.2., 2.3 weist parallele Fügeflächen F2.1a, F2.1b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b auf. Die teilweise unterbrochene Linie L1 bezeichnet eine vorgegebene Endkontur des Formkörpers 1 und die teilweise unterbrochene zweite Linie L2 eine Zwischenkontur. Die vertikale durchgezogene Linie L3 bezeichnet die äußere Begrenzung einer Arbeitskontur. Das dritte Formelement 2.3 weist eine Arbeitsstärke S1 auf. Mit S2 ist eine Endstärke des dritten Formelements 2.3 bezeichnet.In the 1a and 1b there is a partially finished molded body 1 from three form elements 2.1 . 2.2 and 2.3 , The form elements 2.1 . 2.2 . 2.3 Here are made of a metal sheet. Each of the form elements 2.1 . 2.2 ., 2.3 has parallel joining surfaces F2.1a, F2.1b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b. The partially broken line L1 denotes a predetermined final contour of the shaped body 1 and the partially broken second line L2 has an intermediate contour. The vertical solid line L3 denotes the outer boundary of a working contour. The third form element 2.3 has a working strength S1. With S2 is a final strength of the third element element 2.3 designated.

Zur Herstellung eines Formkörpers 1 wird dieser zunächst unter Zuhilfenahme eines Computerprogramms konstruiert. Anschließend kann unter Verwendung vorgegebener Parameter, beispielsweise einer verfügbaren Blechstärke und dgl., der konstruierte Formkörper 1 virtuell in eine Vielzahl von Formelementen 2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n zerlegt werden. Mittels des Computerprogramms können die Anzahl, die Reihenfolge und eine Arbeitskontur L3, eine Zwischenkontur L2 und eine Endkontur L1 festgelegt werden. Die Formelemente 2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n können beispielsweise mittels Laser, Wasserstrahl oder spanabhebender Werkzeuge aus einem Blech geschnitten werden.For producing a shaped body 1 this is first constructed with the aid of a computer program. Subsequently, using predetermined parameters, such as an available sheet thickness and the like., The constructed shaped body 1 virtually in a variety of form elements 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n be disassembled. By means of the computer program, the number, the order and a working contour L3, an intermediate contour L2 and a final contour L1 can be determined. The form elements 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n For example, they can be cut from a sheet by means of a laser, water jet or cutting tools.

Anschließend wird aus dem Formkörpern 2.1, 2.2, 2.3 der Formkörper 1 aufgebaut. Wie aus den 1a und 1b ersichtlich ist, weist dazu ein mit dem ersten Formelement 2.1 verbunde nes zweites Formelement 2.2 im Bereich seiner freien Fügefläche F2.2b einen über durch die Linie L1 bezeichnete Endkontur bis zur Linie L2 vorspringenden Abschnitt auf. Das zweite Formelement 2.2 kann im Bereich seiner ersten Fügefläche F2.2a bereits auf die durch die Linie L1 bezeichnete Endkontur abgetragen sein. Auch das erste Formelement 2.1 ist bereits auf die durch die Linie L1 bezeichnete Endkontur abgetragen.Subsequently, from the moldings 2.1 . 2.2 . 2.3 the molded body 1 built up. Like from the 1a and 1b can be seen, has to do with the first mold element 2.1 composites second form element 2.2 in the region of its free joining surface F2.2b, a section projecting beyond the line L1 up to the line L2 projecting section. The second form element 2.2 may already be removed in the region of its first joining surface F2.2a on the designated by the line L1 final contour. Also the first form element 2.1 is already plotted on the designated by the line L1 final contour.

Zum weiteren Aufbau des Formkörpers 1 wird das dritte Formelement 2.3 auf die freie Fügefläche F2.2b des zweiten Formelements 2.2 aufgelegt. Das dritte Formelement 2.3 weist eine über die Zwischenkontur L2 sich hinaus erstreckende Arbeitskontur L3 und eine Arbeitsstärke S1 auf.For further construction of the molding 1 becomes the third form element 2.3 on the free joining surface F2.2b of the second formula element 2.2 hung up. The third form element 2.3 has a working contour L3 extending beyond the intermediate contour L2 and an operating force S1.

Das dritte Formelement 2.3 wird mit dem zweiten Formelement 2.2 beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben oder dgl. verbunden. Sofern die Formelemente 2.1, 2.2, 2.3 aus einem Metallblech hergestellt sind, erfolgt die Verbindung beispielsweise zunächst durch die gleichzeitige Herstellung mehrerer Schweißpunkte. Damit wird eine unerwünschte Verformung des zu verbindenden Formelements 2.3 vermieden. Anschließend kann in einem zweiten Schritt das zu verbindende Formelement 2.3 beispielsweise durch Strahlschweißen vollflächig mit dem darunterliegenden zweiten Formelement 2.2 verbunden werden.The third form element 2.3 becomes with the second form element 2.2 for example, by welding, soldering, gluing or the like. Connected. If the form elements 2.1 . 2.2 . 2.3 are made of a metal sheet, the connection is made, for example, first by the simultaneous production of multiple welds. This is an undesirable deformation of the element to be joined 2.3 avoided. Subsequently, in a second step, the form element to be joined 2.3 for example, by beam welding over the entire surface with the underlying second mold element 2.2 get connected.

Wie aus 1b ersichtlich ist, erfolgt nun in einem weiteren Verfahrensschritt eine Bearbeitung der Oberfläche des Formkörpers 1. Dabei wird eine im Bereich des zweiten 2.2 und des dritten Formelements 2.3 aus der Zwischenkontur L2 und der Arbeitskontur L3 gebildete Arbeitsoberfläche teilweise abgetragen. Das Abtragen kann mit herkömmlichen Techniken, beispielsweise mittels einer Fräse 3 erfolgen. Zum Abtragen können allerdings auch andere Techniken, wie z. B. Laserabtragen und dgl., verwendet werden. Das Abtragen der Arbeits oberfläche erfolgt derart, dass eine freie Fügefläche F2.3b des dritten Formelements 2.3 auf eine vorgegebene Endstärke S2 abgetragen wird. Die randliche Arbeitsoberfläche wird abschnittsweise auf die Endkontur L1 abgetragen. Im Bereich der. freien Fügefläche F2.3b des dritten Formelements 2.3 wird allerdings eine Zwischenkontur L2 stehen gelassen, welche randlich umlaufend über die Endkontur L1 hervorsteht. Die Zwischenkontur L2 dient dem Schutz einer abschnittsweise bereits hergestellten Endkontur L1 des Formkörpers 1.How out 1b it can be seen, processing now takes place in a further method step the surface of the molding 1 , One is in the area of the second 2.2 and the third formula element 2.3 Partially removed from the intermediate contour L2 and the working contour L3 working surface. The ablation can with conventional techniques, for example by means of a milling machine 3 respectively. For ablation, however, other techniques, such. B. Laserabtragen and the like., Can be used. The removal of the working surface is carried out such that a free joint surface F2.3b of the third element element 2.3 is removed to a predetermined final thickness S2. The marginal work surface is removed in sections on the final contour L1. Around. free joining surface F2.3b of the third formula element 2.3 However, an intermediate contour L2 is allowed to stand, which protrudes circumferentially peripherally over the final contour L1. The intermediate contour L2 serves to protect a sectionally already produced end contour L1 of the molding 1 ,

Die 2a bis c zeigen unterschiedliche Formelemente 2. Die Arbeitskontur L3 bezeichnet den Umriss des Formelements 2.The 2a to c show different shape elements 2 , The working contour L3 denotes the outline of the feature 2 ,

Die Arbeitskontur L3 kann beispielsweise auch die in der 2a rechteckige Kontur des Blechs sein. In diesem Fall erleichtert eine solche rechteckige Arbeitskontur L3 das Übereinanderstapeln der Formelemente 2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n. Wenn das Formelement eine innere Kontur aufweist, ist es allerdings vorteilhaft, wenn diese vor dem Auflegen des Formelements herausgeschnitten wird. Damit kann ein herausgeschnittener Formkern vor dem Auflegen auf einen teilweise hergestellten Formkörper 1 entfernt werden.The working contour L3, for example, in the 2a be rectangular contour of the sheet. In this case, such a rectangular working contour L3 facilitates the stacking of the form elements 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n , If the mold element has an inner contour, however, it is advantageous if it is cut out before the application of the formula element. This can be a cut mold core before placing on a partially produced moldings 1 be removed.

Wie aus 2b ersichtlich ist, kann das Formelement 2 auch aus einer Vielzahl, beispielsweise würfelförmiger, Teilelemente 5 zusammengefügt werden. Die Teilelemente 5 können beim Aufbau des Formkörpers miteinander verschweißt werden. Anschließend kann das Formelement 2 entlang der durch die unterbrochene Linie L3 gekennzeichneten Arbeitskontur herausgeschnitten oder -gefräst werden. Wie aus 2c ersichtlich ist, ist es mit dieser Technik insbesondere möglich, aus unterschiedlichen Materialien hergestellte erste Teilelemente 4.1 und zweite Teilelemente 4.2 miteinander zu verbinden. Die ersten Teilelemente 4.1 können aus einem ersten Metall und die zweiten Teilelemente 4.2 aus einem zweiten Metall herge stellt werden. Auf diese Weise kann eine vorgegebene mechanische und/oder thermische Eigenschaft des Formkörpers 1 eingestellt werden.How out 2 B it can be seen, the mold element 2 also from a variety, such as cube-shaped, sub-elements 5 be joined together. The subelements 5 can be welded together during the construction of the molding. Subsequently, the mold element 2 be cut out or milled along the working contour indicated by the broken line L3. How out 2c is apparent, it is possible with this technique in particular, made of different materials first partial elements 4.1 and second sub-elements 4.2 to connect with each other. The first sub-elements 4.1 can be made of a first metal and the second sub-elements 4.2 be made of a second metal Herge. In this way, a predetermined mechanical and / or thermal property of the shaped body 1 be set.

Die 2d zeigt die Zwischenkontur L2 eines Formelements 2 mit einer Arbeitsstärke S1. 2e zeigt eine Zwischenkontur L2 eines Formelements 2 mit einer Endstärke S2. 2f zeigt schließlich die Endkontur L1 eines Formelements 2 und die Endstärke S2. In 2g ist ein Formkörper 1 gezeigt, welcher aus einer Vielzahl von Formelementen 2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n hergestellt ist. Es ist ferner beispielhaft die Lage des in 2f gezeigten Formelements 2 im Formkörper 1 dargestellt.The 2d shows the intermediate contour L2 of a feature element 2 with a working strength S1. 2e shows an intermediate contour L2 of a feature element 2 with a final strength S2. 2f finally shows the final contour L1 of a formula element 2 and the final strength S2. In 2g is a shaped body 1 shown, which consists of a variety of form elements 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n is made. It also exemplifies the location of the in 2f shown elements 2 in the molding 1 shown.

Die 3a bis 3c zeigen eine Möglichkeit zur Herstellung eines Formelements 2 aus einer Vielzahl von Teilelementen 4. Dazu können die Teilelemente 4 zunächst auf einer freien Fläche eines teilweise hergestellten Formkörpers 1 mittels Schweißpunkten 5 fixiert werden. Anschließend können die Flächen zwischen den Teilelementen 4 mittels Schweißnähten 6 vollflächig miteinander verbunden werden. Wie in 3c gezeigt ist, können sich dabei die Schweißnähte 6 überlappen. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, weitere senkrecht dazu verlaufende Schweißnähte vorzusehen. Je nach der Dimension der Teilelemente 4 ist es aber auch möglich, die Schweißnähte kreuzweise auszuführen und damit die Flächen zwischen den Teilelementen 4 vollflächig miteinander zu verbinden.The 3a to 3c show a possibility for the production of a formula element 2 from a variety of sub-elements 4 , These can be the sub-elements 4 first on a free surface of a partially produced molding 1 by means of welds 5 be fixed. Subsequently, the surfaces between the sub-elements 4 by means of welds 6 be connected to each other over the entire area. As in 3c can be shown, while the welds 6 overlap. In this case, it is not necessary to provide further perpendicular thereto welding seams. Depending on the dimension of the subelements 4 But it is also possible to perform the welds crosswise and thus the surfaces between the sub-elements 4 to connect to each other over the entire area.

4 zeigt die Herstellung eines weiteren Formelements 2 aus einer Vielzahl von würfelförmigen Teilelementen 4. Dabei werden die Teilelemente 4 zunächst mittels Bolzen- oder Reibschweißen mit einer freien Fügefläche eines teilweise hergestellten Formelements 1 verbunden. Anschließend werden die zwischen den Formelementen 4 befindlichen Flächen mittels durch Laserschweißen hergestellte Schweißnähte 6 miteinander verbunden. 4 shows the production of a further formula element 2 from a variety of cube-shaped sub-elements 4 , In the process, the subelements become 4 first by means of stud or friction welding with a free joining surface of a partially prepared element element 1 connected. Subsequently, the between the form elements 4 located surfaces by means of welding seams produced by laser welding 6 connected with each other.

Die 5a bis 5e zeigen eine erste Herstellung eines einkristallinen Formkörpers 1. Dabei wird anstelle eines polykristallinen, beispielsweise aus Blech hergestellten, ersten Formelements ein einkristallines Substrat 7 verwendet. Das Substrat 7 entspricht von seiner Geometrie her einem ersten Formelement. Das Substrat 7 kann beispielsweise eine dendritische Mikrostruktur aufweisen, bei der alle Dendrite eine vorgegebene kristallografische Orientierung, z. B. die [100]-Orientierung, senkrecht zur Fügefläche, aufweisen.The 5a to 5e show a first production of a monocrystalline molding 1 , In this case, instead of a polycrystalline, for example, made of sheet metal, the first formula element is a monocrystalline substrate 7 used. The substrate 7 corresponds in geometry to a first form element. The substrate 7 For example, it may have a dendritic microstructure in which all dendrites have a given crystallographic orientation, e.g. B. the [100] orientation, perpendicular to the joint surface, have.

In 5a ist ein zweites Formelement 2.2, welches ursprünglich polykristallin ausgebildet gewesen ist, zum großen weil bereits in einen einkristallinen Körper umgewandelt worden. Die Umwandlung ist nach den aus den 5b bis 5e ersichtlichen Verfahrensschritten erfolgt.In 5a is a second form element 2.2 , which was originally formed polycrystalline, for the large because already been converted into a monocrystalline body. The conversion is according to the out of the 5b to 5e apparent process steps takes place.

Wie aus 5b erkennbar ist, wird ein auf die freie Fügefläche F2.2b aufgelegtes drittes Formelement 2.3 zunächst, beispielsweise durch Schweißen mit dem zweiten Formelement 2.2 verbunden. In 5b sind die hergestellten Schweißnähte mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet.How out 5b can be seen, is placed on the free joining surface F2.2b third form element 2.3 initially, for example by welding with the second mold element 2.2 connected. In 5b are the welds produced by the reference numeral 6 designated.

Anschließend wird das dritte Formelement 2.3 zumindest in einem zwischen der Endkontur L1 befindlichen Abschnitt vollständig aufgeschmolzen. Eine Erstarrungsfront 8 in einer Schmelze S reicht bis in das einkristallin ausgebildete zweite Formelement 2.2. Ein Winkel α zwischen einer Normale auf die Erstarrungsfront 8 und einer Normale auf die freie Fügefläche F2.3b des dritten Formelements 2.3 beträgt zweckmäßigerweise weniger als 45°. Anschließend wird durch eine gerichtete Abkühlung die Erstarrungsfront 8 langsam in Richtung der freien Fügefläche F2.3b bewegt, so dass zumindest ein zwischen der Endkontur L1 befindlicher Abschnitt des dritten Formelements 2.3 eine einkristalline Struktur ausbildet.Subsequently, the third shape element 2.3 completely melted at least in a section located between the final contour L1. A solidification front 8th in a melt S reaches into the monocrystalline formed second mold element 2.2 , An angle α between a normal on the solidification front 8th and a normal to the free joining surface F2.3b of the third formula element 2.3 is expediently less than 45 °. Subsequently, by a directed cooling the solidification front 8th slowly moves in the direction of the free joining surface F2.3b, so that at least one section of the third element element located between the final contour L1 2.3 forms a monocrystalline structure.

5d zeigt den Formkörper 1 vor dem Abtragen der Arbeitsoberfläche. Das Abtragen der Arbeitsoberfläche erfolgt wie in den 1a und 1b bereits erläutert worden ist. 5d shows the shaped body 1 before removing the work surface. The removal of the work surface takes place as in the 1a and 1b has already been explained.

5e zeigt die Situation nach dem teilweisen Abtragen der Arbeitsoberfläche. Der hergestellte Formkörper 1 weist ähnlich wie in 1b im Bereich der freien Fügefläche F2.3b einen randlich eine Zwischenkontur L2 bildenden Vorsprung auf, welcher eine bereits hergestellte Endkontur L1 vor mechanischen und thermischen Einflüssen beim Aufbringen weiterer Formelemente 2.n schützt. 5e shows the situation after the partial removal of the working surface. The manufactured molding 1 has similar to in 1b in the area of the free joining surface F2.3b a protrusion bordering on an intermediate contour L2 forms an already produced end contour L1 against mechanical and thermal influences when applying further form elements 2.n protects.

6a bis 6e zeigt eine zweite Herstellung eines einkristallinen Formkörpers 1. Im Gegensatz zu den in den 5a bis 5e beschriebenen ersten Verfahren wird hier ein auf dem einkristallinen Substrat 7 aufliegendes erstes Formelement 2.1 nicht vollständig, sondern abschnittsweise, aufgeschmolzen. Die Schmelze S kann dazu entlang eines vorgegebenen Wegs im ersten Formelement 2.1 erzeugt werden. Auch in diesem Fall erfolgt die Abkühlung der Schmelze S derart, dass die Erstarrungsfront 8 in Richtung der freien Fügefläche F2.1b sich bewegt, wobei der Winkel α stets kleiner als 45° ist und damit das erste Formelement 2.1 eine einkeinkristalline Struktur ausbildet. 6a to 6e shows a second production of a monocrystalline molding 1 , Unlike in the 5a to 5e The first method described here becomes one on the monocrystalline substrate 7 resting first form element 2.1 not completely, but in sections, melted. The melt S can do this along a predetermined path in the first mold element 2.1 be generated. Also in this case, the cooling of the melt S is such that the solidification front 8th in the direction of the free joining surface F2.1b moves, wherein the angle α is always less than 45 ° and thus the first mold element 2.1 forms a eininkinkristalline structure.

Wie aus den 6a bis 6e weiter ersichtlich ist, weist das erste Formelement 2.1 an seiner der freien Fügefläche F2.1b gegenüberliegenden Fügefläche F2.1a eine Ausnehmung auf, mit der das erste Formelement 2.1 formschlüssig auf das Substrat 7 aufgelegt werden kann. Das ermöglicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise eine Reparatur eines beschädigten Formkörpers 1. In diesem Fall bildet das Substrat 7 einen Abschnitt eines beschädigten Formkörpers 1, welcher anschließend durch schrittweisen Auflegen von Formelementen 2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n in seiner einkristallinen Struktur und mit einer vorgegebenen Kontur wieder aufgebaut werden kann.Like from the 6a to 6e can be seen further, the first mold element 2.1 on its joining surface F2.1a, which faces away from the free joining surface F2.1b, has a recess, with which the first shaping element 2.1 positive fit on the substrate 7 can be hung up. This allows, for example, a repair of a damaged molding with the method according to the invention 1 , In this case, the substrate forms 7 a section of a damaged molding 1 , which subsequently by stepping on of form elements 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n can be rebuilt in its monocrystalline structure and with a predetermined contour.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich auf einfache und kostengünstige Weise Bauteile herstellen, welche eine komplizierte Geometrie aufweisen, welche aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt sind oder eine einkristalline oder gerichtet erstarrte Mikrostruktur aufweisen. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Turbinenschaufeln, Werkzeuge und dgl.. Es kann im Wesentlichen automatisiert und computergesteuert durchgeführt werden.With the proposed method can be in a simple and cost-effective manner Produce components that have a complicated geometry, which are composed of different materials or have a monocrystalline or directionally solidified microstructure. The proposed method is particularly suitable for the production of turbine blades, tools and the like. It can essentially automated and computer-controlled.

11

Formkörpermoldings

2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.n2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.n

Formelementforming element

33

Fräsemilling machine

4, 4.1, 4.24, 4.1, 4.2

Teilelementsubelement

55

SchweißpunktWeldingSpot

66

SchweißnahtWeld

77

Substratsubstratum

88th

Erstarrungsfrontsolidification front

F2.1a bis F2.3bF2.1a to F2.3b

Fügeflächejoining surface

L1L1

Endkonturfinal contour

L2L2

Zwischenkonturbetween contour

L3L3

Arbeitskonturwork contour

SS

Schmelzemelt

S1S1

Arbeitsstärkeworking strength

S2S2

Endstärkefinal thickness

αα

Winkelangle

Claims (27)

Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen Formkörpers (1) mit folgenden Schritten: a) Herstellen eines oder mehrerer Formelemente (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n), wobei jedes Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) zumindest eine ebene Fügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) und eine die Fügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) randlich begrenzende, vorgegebene Arbeitskontur (L3) aufweist, b) Auflegen des Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) mit der Fügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) auf eine Substratfügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) eines einkristallinen Substrats (7), c) Aufschmelzen des Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) zumindest in einem die Substratfügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) überdeckenden Bereich und teilweises Aufschmelzen des Substrats (7) in einem die Substratfügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) enthaltenden ersten Abschnitt, d) Abkühlen der Schmelze (S) derart, dass eine Erstarrungsfront (8) von einem nicht aufgeschmolzenen zweiten Abschnitt des Substrats (7) in Richtung einer freien Fügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) des Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) sich bewegt.Process for producing a monocrystalline molding ( 1 ) comprising the following steps: a) producing one or more form elements ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ), each shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) at least one planar joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) and one joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b , F2.3a, F2.3b) has a marginally limiting, predetermined working contour (L3), b) applying the formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) with the joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) on a substrate joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2 .3a, F2.3b) of a monocrystalline substrate ( 7 ), c) melting the formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) at least in a region covering the substrate joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) and partially melting the substrate ( 7 ) in a first section containing the substrate joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b), d) cooling the melt (S) such that a solidification front ( 8th ) from a non-melted second portion of the substrate ( 7 ) in the direction of a free joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) of the formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) moves. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Winkel α zwischen einer Normale auf die freie Fügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) und einer Normale auf die Erstarrungsfront (8) < 45°, vorzugsweise < 40°, ist.Method according to one of the preceding claims, wherein an angle α between a normal to the free joining surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) and a normal to the solidification front ( 8th ) <45 °, preferably <40 °. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) entlang eines vorgegebenen Wegs aufgeschmolzen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) is melted along a predetermined path. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine durch das Aufschmelzen entlang des Wegs gebildete Schmelzspur zum Entfernen polykristalliner Bereiche erneut teilweise aufgeschmolzen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a melting trace formed by the melting along the path partially remelted to remove polycrystalline areas becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelzspur überlappend bei der Herstellung einer benachbarten Schmelzspur aufgeschmolzen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the melting lane overlapping melted during the production of an adjacent melting trace becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) mehrfach, insbesondere entlang vorgegebener Wege, überlappend aufgeschmolzen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) is repeatedly melted overlapping, in particular along predetermined paths. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei. als Substrat (7) ein Substrat (7) mit einer randlich begrenzenden, vorgegebenen Arbeitskontur (L3) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein. as a substrate ( 7 ) a substrate ( 7 ) is used with a marginally limiting, predetermined working contour (L3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Konturen (L1, L2, L3) des Substrats (7) und des darüberliegenden Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) etwa in Ausrichtung sind.Method according to one of the preceding claims, wherein contours (L1, L2, L3) of the substrate ( 7 ) and the overlying formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) are in alignment. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: e) teilweises Abtragen einer durch die Konturen (L1, L2, L3) des Substrats (7) und des damit verbundenen Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) gebildeten Arbeitsoberfläche auf eine vorgegebene Endkontur (L1), wobei ein umlaufender Abschnitt der Arbeitskontur (L1) zumindest im Bereich des eine freie Fügefläche (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) zum Auflegen eines weiteren Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) aufweisenden Substrats (7) nicht oder nicht vollständig abgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, with the following further step: e) partial removal of one by the contours (L1, L2, L3) of the substrate ( 7 ) and the associated formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ), wherein a circumferential portion of the working contour (L1) at least in the region of a free joint surface (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2. 3b) for applying a further formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) having substrate ( 7 ) is not or not completely removed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) eine Arbeitsstärke (S1) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) has a working strength (S1). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Auflegen eines weiteren Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) die Arbeitsstärke (S1) auf eine vorgegebene Endstärke (S2) abgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein prior to applying a further formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) the working strength (S1) is removed to a predetermined final thickness (S2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Arbeitskontur (L3), ggf. die Arbeitsstärke (S1), größer als die Endkontur (L1) und ggf. die Endstärke (S2) ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the working contour (L3), if necessary the working strength (S1), greater than the final contour (L1) and possibly the final thickness (S2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Arbeitskontur (L3) und die Endkontur (L1) sowie ggf. die Arbeitsstärke (S1) und die Endstärke (S2) mittels eines vorgegebenen Algorithmus mit einem Computer berechnet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the working contour (L3) and the final contour (L1) and, if necessary, the working strength (S1) and the final strength (S2) calculated by means of a predetermined algorithm with a computer become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abtragen mittels Fräsen (3) oder Laser durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the removal by means of milling ( 3 ) or laser is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abtragen auf die Endkontur (L1) und/oder die Endstärke (S2) mittels des Computers in Übereinstimmung mit der Berechnung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the removal to the final contour (L1) and / or the final thickness (S2) by means of the computer in accordance performed with the calculation becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte lit. b) bis lit. d) wiederholt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the steps lit. b) to lit. d) be repeated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte lit. b) bis lit. e) wiederholt werden., bis der Formkörper (1) eine vorgegeben Form aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the steps lit. b) to lit. e) are repeated until the shaped body ( 1 ) has a predetermined shape. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) vor dem Schritt lit. c mit dem Substrat (7) verbunden wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) before step lit. c with the substrate ( 7 ) is connected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbinden mittels Schweißen oder Löten durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein joining by welding or Soldering is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Anbringen eines letzten Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) eine vorgegebene Endkontur (L1) des Formkörpers (1) hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein after the attachment of a last formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) a predetermined final contour (L1) of the shaped body ( 1 ) will be produced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) ein blechförmiges Formelement verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein as a molded element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) a sheet-shaped molding element is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) durch Fügen einer Mehrzahl von Teilelementen (4, 4.1, 4.2) hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) by joining a plurality of sub-elements ( 4 . 4.1 . 4.2 ) will be produced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) durch thermisches Metallspritzen hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) is produced by thermal metal spraying. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formelement (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) durch Umschmelzen unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffs hergestellt wird.Method according to one of the preceding Claims, wherein the shaped element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) is produced by remelting using a filler material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilelemente (4, 4.1, 4.2) aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the sub-elements ( 4 . 4.1 . 4.2 ) are made of at least two different materials. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung des Formelements (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) die Teilelemente (4, 4.1, 4.2) in einer vorgegebenen Geometrie auf dem Substrat (7) angeordnet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein for the preparation of the formula element ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) the subelements ( 4 . 4.1 . 4.2 ) in a given geometry on the substrate ( 7 ) to be ordered. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügeflächen (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) der Form- (2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.n) und/oder Teilelemente (4, 4.1, 4.2) mit einem Fügemittel, vorzugsweise einem Lot, einem Flussmittel oder einem Klebstoff, beschichtet sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the joining surfaces (F2.1a, F2.2b, F2.2a, F2.2b, F2.3a, F2.3b) of the mold ( 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.n ) and / or subelements ( 4 . 4.1 . 4.2 ) are coated with a joining agent, preferably a solder, a flux or an adhesive.