DE102018201452A1

DE102018201452A1 - Device for the additive production of at least one component region of a component, induction heating device for such a device, method for operating a device and component for a turbomachine

Info

Publication number: DE102018201452A1
Application number: DE102018201452.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes Casper; Herbert Hanrieder
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs (12) eines Bauteils (14), insbesondere eines Bauteils (14) einer Strömungsmaschine, umfassend eine Induktionsheizvorrichtung (20) mit wenigstens einer Induktionsspule (30) zum Erwärmen eines Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs (12) vor, während und/oder nach der Beaufschlagung mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls (50) in einer Aufbau- und Fügezone (16) der Vorrichtung (10). Die wenigstens eine Induktionsspule (30) umfasst zumindest zwei Spulenwindungen (32, 34), welche einen sich zumindest bereichsweise in Richtung der Aufbau- und Fügezone (16) verjüngenden Innenraum (40) der wenigstens einen Induktionsspule (30) begrenzen, durch welchen der Hochenergiestrahl (50) hindurch und auf die Aufbau- und Fügezone (16) emittierbar ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Induktionsheizvorrichtung (20) für eine derartige Vorrichtung (10), ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung (10) sowie ein Bauteil (14) für eine Strömungsmaschine.The invention relates to a device (10) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14), in particular a component (14) of a turbomachine, comprising an induction heating device (20) with at least one induction coil (30) for heating a component material and / or of the component region (12) before, during and / or after the application by means of at least one high-energy beam (50) in an assembly and joining zone (16) of the device (10). The at least one induction coil (30) comprises at least two coil turns (32, 34) which delimit an interior space (40) of the at least one induction coil (30) that tapers at least in regions in the direction of the assembly and joining zone (16), through which the high-energy beam (50) through and on the building and joining zone (16) is emissive. Further aspects of the invention relate to an induction heating device (20) for such a device (10), to a method for operating such a device (10) and to a component (14) for a turbomachine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine, umfassend eine Induktionsheizvorrichtung mit wenigstens einer Induktionsspule zum Erwärmen eines Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs vor, während und/oder nach der Beaufschlagung mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls in einer Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Induktionsheizvorrichtung für eine Vorrichtung, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung sowie ein Bauteil für eine Strömungsmaschine.The invention relates to a device for the additive production of at least one component region of a component, in particular a component of a turbomachine, comprising an induction heating device with at least one induction coil for heating a component material and / or the component region before, during and / or after the application of at least one high energy beam in a building and joining zone of the device. Further aspects of the invention relate to an induction heating device for a device, a method for operating a device and a component for a turbomachine.

Vorrichtungen mit mindestens einer Induktionsheizvorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben derartiger Vorrichtungen sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere kommen diese auch bei so genannten additiven bzw. generativen Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping-Verfahren) zum Einsatz. Bei additiven Fertigungsverfahren wird das Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungsmaschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut. Vorwiegend metallische Bauteile können beispielsweise durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelzverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst schichtweise mindestens ein pulverförmiger Bauteilwerkstoff im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgetragen, um eine Pulverschicht zu bilden. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff lokal verfestigt, indem dem Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone Energie mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls zugeführt wird, wodurch der Bauteilwerkstoff schmilzt bzw. sintert und eine Bauteilschicht bildet. Der Hochenergiestrahl wird dabei üblicherweise in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteilschicht gesteuert. Die Schichtinformationen werden üblicherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils erzeugt und in einzelne Bauteilschichten unterteilt. Nach dem Verfestigen des geschmolzenen Bauteilwerkstoffs wird eine Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils wiederholt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil kann dabei grundsätzlich auf einer Bauplattform oder auf einem bereits erzeugten Teil des Bauteils oder Bauteilbereichs hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Fertigung liegen insbesondere in der Möglichkeit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können.Devices having at least one induction heating device and methods of operating such devices are known in a wide variety. In particular, these are also used in so-called additive or additive manufacturing processes (so-called rapid manufacturing or rapid prototyping processes). In additive manufacturing processes, the component, which may be, for example, a component of a turbomachine or of an aircraft engine, is built up in layers. Predominantly metallic components can be produced, for example, by laser or electron beam melting methods. In this case, at least one powdered component material is initially applied in layers in the region of a buildup and joining zone, in order to form a powder layer. Subsequently, the component material is locally solidified by supplying energy to the component material in the region of the assembly and joining zone by means of at least one high-energy beam, whereby the component material melts or sinters and forms a component layer. In this case, the high-energy beam is usually controlled as a function of a layer information of the component layer to be produced in each case. The layer information is usually generated from a 3D CAD body of the component and subdivided into individual component layers. After solidification of the molten component material, a construction platform is lowered in layers by a predefined layer thickness. Thereafter, the said steps are repeated until the final completion of the desired component area or the entire component. The component region or the component can in principle be produced on a construction platform or on an already produced part of the component or component region. The advantages of this additive manufacturing are, in particular, the possibility of being able to produce very complex component geometries with cavities, undercuts and the like within the scope of a single method.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, eine Induktionsheizvorrichtung für eine derartige Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung bereitzustellen, bei welchen eine Herstellung besonders großer Bauteilbereiche unter gleichmäßiger Erwärmung dieser Bauteilbereiche ermöglicht ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein entsprechend gefertigtes Bauteil mit einer verbesserten Qualität bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a device for the additive production of at least one component region of a component, an induction heating device for such a device and a method for operating such a device, in which production of particularly large component regions is made possible with uniform heating of these component regions. Another object of the invention is to provide a correspondingly manufactured component with improved quality.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Induktionsheizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.These objects are achieved by a device having the features of claim 1, by an induction heating with the features of claim 9, by a method having the features of claim 10 and by a component having the features of claim 13. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of each invention aspect are to be regarded as advantageous embodiments of the respective other aspects of the invention.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine, umfassend eine Induktionsheizvorrichtung mit wenigstens einer Induktionsspule zum Erwärmen eines Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs vor, während und/oder nach der Beaufschlagung mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls in einer Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung.A first aspect of the invention relates to a device for the additive production of at least one component region of a component, in particular a component of a turbomachine, comprising an induction heating device with at least one induction coil for heating a component material and / or the component region before, during and / or after the application by means of at least a high energy beam in a building and joining zone of the device.

Um eine Herstellung besonders großer Bauteilbereiche eines Bauteils unter gleichmäßiger Erwärmung dieser Bauteilbereiche zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens eine Induktionsspule zumindest zwei Spulenwindungen umfasst, welche einen sich zumindest bereichsweise in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngenden Innenraum der wenigstens einen Induktionsspule begrenzen, durch welchen der Hochenergiestrahl hindurch und auf die Aufbau- und Fügezone emittierbar ist. Der Innenraum bildet dabei eine sich durch die wenigstens eine Induktionsspule erstreckende Durchgangsöffnung, welche sich in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngt. Durch diese Durchgangsöffnung ist der Hochenergiestrahl hindurch und auf die Aufbau- und Fügezone emittierbar.In order to enable the production of particularly large component areas of a component with uniform heating of these component areas, it is provided according to the invention that the at least one induction coil comprises at least two coil windings which delimit an interior of the at least one induction coil which tapers at least in regions in the direction of the buildup and joining zone through which the high-energy beam can be emitted through and onto the assembly and joining zone. The interior forms a through opening extending through the at least one induction coil, which tapers in the direction of the assembly and joining zone. Through this passage opening of the high-energy beam is through and emit the assembly and joining zone.

Eine erste Spulenwindung der wenigstens zwei Spulenwindungen kann dabei einen größeren Abstand zur Aufbau- und Fügezone aufweisen, als eine zweite Spulenwindung der wenigstens zwei Spulenwindungen. Dementsprechend kann die erste Spulenwindung von einer Auftrefffläche der Aufbau- und Fügezone, auf welche der Hochenergiestrahl zur additiven Herstellung auftreffen kann, weiter entfernt sein, als die zweite Spulenwindung. Die erste Spulenwindung kann also in Bezug auf die Aufbau- und Fügezone als zonenferne Spulenwindung bezeichnet werden, wohingegen die zweite Spulenwindung als zonennahe Spulenwindung bezeichnet werden kann.A first coil turn of the at least two coil turns can have a larger distance to the build-up and joining zone than a second coil turn of the at least two coil turns. Accordingly, the first coil turn can be further removed from a landing surface of the build and join zone upon which the high energy beam may strike for additive fabrication be, as the second coil turn. The first coil turn can thus be referred to as a zone-distant coil turn with respect to the build-up and joining zone, whereas the second coil turn can be referred to as zone-near coil turn.

Die erste Spulenwindung kann zumindest bereichsweise einen ersten Abstand zwischen einer, dem Innenraum zugewandten, ersten Windungsinnenseite der ersten Spulenwindung, und einer, sich durch die wenigstens eine Induktionsspule erstreckenden Mittelachse aufweisen. Die zweite Spulenwindung kann zumindest bereichsweise einen zweiten Abstand zwischen einer, dem Innenraum zugewandten, zweiten Windungsinnenseite der zweiten Spulenwindung und der Mittelachse aufweisen. Der sich zumindest bereichsweise in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngende Innenraum kann dadurch gebildet sein, dass der erste Abstand größer als der zweite Abstand ist.The first coil turn may, at least in some areas, have a first distance between a first turn inner side of the first coil turn facing the inner space, and a central axis extending through the at least one induction coil. The second coil turn may, at least in regions, have a second distance between a second turn inside side of the second coil turn facing the interior and the center axis. The at least partially in the direction of the building and joining zone tapered interior can be formed in that the first distance is greater than the second distance.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine erhöhte Anzahl an Spulenwindungen, also durch eine Mehrzahl an Spulenwindungen der Induktionsspule ein besserer Wirkungsgrad beim Erwärmen des Bauteilwerkstoffs bzw. des Bauteilbereichs erzielt werden kann. Des Weiteren liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass beim Einsatz von konventionellen Induktionsspulen, bei welchen mehrere Spulenwindungen einen zylinderförmigen Innenraum ausbilden, eine additive Herstellung unter Einsatz des Hochenergiestrahls und der Induktionsspule nur auf einem eng begrenzten Raum ermöglicht ist. Dies ist damit zu begründen, dass es bei einer Bewegung der Induktionsspule relativ zur Aufbau- und Fügezone sowie relativ zu einer, den Hochenergiestrahl emittierenden Strahlungsquelle zu einer unerwünschten Kollision des Hochenergiestrahls mit einer zonenfernen Spulenwindung der konventionellen Induktionsspule kommen kann.The invention is based on the finding that a better efficiency in heating the component material or the component region can be achieved by an increased number of coil turns, that is, by a plurality of coil turns of the induction coil. Furthermore, the invention is based on the finding that when conventional induction coils are used, in which a plurality of coil windings form a cylindrical interior, additive production using the high-energy beam and the induction coil is made possible only in a narrow space. This can be explained by the fact that, when the induction coil moves relative to the assembly and joining zone and relative to a radiation source emitting the high-energy beam, an undesired collision of the high-energy beam with a zone-distant coil turn of the conventional induction coil can occur.

Durch den sich in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngenden Innenraum bilden die zumindest zwei Spulenwindungen der Induktionsspule einen Öffnungswinkel aus, welcher einen größeren seitlichen Versatz zwischen der Induktionsspule und der Strahlungsquelle gestattet als bei einer konventionellen Induktionsspule, ohne dass es zu einer Kollision des Hochenergiestrahls mit der ersten Spulenwindung der zumindest zwei Spulenwindungen kommt.As a result of the inner space tapering in the direction of the assembly and joining zone, the at least two coil windings of the induction coil form an opening angle which permits a larger lateral offset between the induction coil and the radiation source than with a conventional induction coil, without causing a collision of the high-energy beam the first coil turn of the at least two coil turns comes.

Durch den sich in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngenden Innenraum kann eine Kollision des Hochenergiestrahls mit der Induktionsspule auch dann vermieden werden, wenn der Bauteilbereich besonders groß ist, also eine besonders große, durch die additive Herstellung zu bildende Bauteilfläche aufweist. Gleichzeitig kann durch die zumindest zwei Spulenwindungen ein verbesserter Leistungseintrag bei hohem Wirkungsgrad sowie eine gleichmäßige Erwärmung des Bauteilbereichs anhand der Induktionsspule erzielt werden.By means of the interior which tapers in the direction of the assembly and joining zone, a collision of the high-energy beam with the induction coil can also be avoided if the component region is particularly large, that is to say has a particularly large component surface to be formed by the additive production. At the same time, an improved power input with high efficiency and uniform heating of the component region on the basis of the induction coil can be achieved by the at least two coil windings.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Innenraum sich trichterförmig, insbesondere kegelstumpfförmig, in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngend ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da durch eine trichterförmige Verjüngung eine Kollision des Hochenergiestrahls mit der Induktionsspule besonders wirksam unterbunden werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the interior is funnel-shaped, in particular frusto-conical, tapered in the direction of the assembly and joining zone. This is advantageous because a collision of the high-energy beam with the induction coil can be particularly effectively prevented by a funnel-shaped taper.

Bevorzugt ist der Innenraum sich kegelstumpfförmig in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngend ausgebildet. Dadurch ist die additive Herstellung des Bauteilbereichs ohne Kollision des Hochenergiestrahls mit der Induktionsspule auch dann ermöglicht, wenn der Bauteilbereich eine besonders große und beispielsweise rotationssymmetrische Oberfläche, aufweist.Preferably, the interior is frustoconically tapered in the direction of the building and joining zone. As a result, the additive production of the component region without collision of the high-energy beam with the induction coil is also made possible if the component region has a particularly large and, for example, rotationally symmetrical surface.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Induktionsspule mittels zumindest eines zugeordneten Antriebsmittels relativ zur Aufbau- und Fügezone bewegbar. Dies erlaubt eine einfache, präzise und prozesssichere Positionierung der Induktionsspule und eine entsprechend zuverlässige und präzise induktive Erwärmung des gewünschten Bereichs.In a further advantageous development of the invention, the at least one induction coil is movable relative to the assembly and joining zone by means of at least one associated drive means. This allows a simple, precise and process-safe positioning of the induction coil and a correspondingly reliable and precise inductive heating of the desired range.

Das zumindest eine Antriebsmittel kann der Induktionsheizvorrichtung zugeordnet sein. Alternativ dazu kann das zumindest eine Antriebsmittel der Vorrichtung zugeordnet sein.The at least one drive means may be associated with the induction heater. Alternatively, the at least one drive means may be associated with the device.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Induktionsspule mittels des zumindest einen Antriebsmittels translatorisch entlang mindestens einer Achse und zusätzlich oder alternativ rotatorisch um die mindestens eine Achse bewegbar. Dadurch ist eine besonders gezielte, selektive Erwärmung eines ausgewählten Bereichs ermöglicht.In a further advantageous development of the invention, the at least one induction coil is translationally movable along at least one axis by means of the at least one drive means and additionally or alternatively rotatively about the at least one axis. This allows a particularly targeted, selective heating of a selected area.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung wenigstens ein Verstellmittel, mittels welchem der Hochenergiestrahl relativ zu der Aufbau- und Fügezone verstellbar, insbesondere schwenkbar ist. Dies ist von Vorteil, da der Hochenergiestrahl mittels des Verstellmittels besonders aufwandsarm beispielsweise abgelenkt bzw. umgelenkt werden kann, ohne eine, den Hochenergiestrahl emittierende Strahlenquelle bewegen zu müssen. Das Verstellmittel kann hierzu wenigstens einen bewegbaren Spiegel und zusätzlich oder alternativ wenigstens eine Linse umfassen. Das Verstellmittel kann allgemein auch als Optik bezeichnet werden. In a further advantageous development of the invention, the device comprises at least one adjusting means, by means of which the high-energy beam is adjustable relative to the assembly and joining zone, in particular pivotable. This is advantageous since the high-energy beam can be deflected or deflected by means of the adjustment means with particularly little effort, for example, without having to move a radiation source emitting the high-energy beam. For this purpose, the adjusting means may comprise at least one movable mirror and additionally or alternatively at least one lens. The adjusting means can also be generally referred to as optics.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Strahlenquelle zum Erzeugen des wenigstens einen Hochenergiestrahls. Dies ist von Vorteil, da die Vorrichtung dadurch eine funktionale Einheit zur additiven Herstellung des zumindest einen Bauteilbereichs bildet. Insbesondere kann dadurch auf den Einsatz von externen Strahlenquellen verzichtet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the device comprises a radiation source for generating the at least one high-energy beam. This is advantageous since the device thereby forms a functional unit for the additive production of the at least one component region. In particular, this makes it possible to dispense with the use of external radiation sources.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung mindestens eine Temperaturmesseinrichtung zur Temperaturmessung des Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs zumindest im Bereich der Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung. Durch die Temperaturmesseinrichtung kann in vorteilhafter Weise die Temperatur innerhalb der Aufbau- und Fügezone kontrolliert werden. Bei Abweichungen kann zum Beispiel durch eine Bewegung der wenigstens einen Induktionsspule relativ zur Aufbau- und Fügezone und/oder durch das Aktivieren, Abschalten oder Variieren der Stromzufuhr der Induktionsspule eine Intensität eines mittels der Induktionsspule erzeugten, induktiven Erwärmungsfeldes variiert und angepasst werden. Dies ermöglicht eine besonders präzise und situationsgerechte Ausprägung des induktiven Erwärmungsfeldes während der gesamten additiven Herstellung.In a further advantageous development of the invention, the device comprises at least one temperature measuring device for measuring the temperature of the component material and / or the component region at least in the region of the assembly and joining zone of the device. By the temperature measuring device, the temperature can be controlled within the assembly and joining zone in an advantageous manner. In the event of deviations, for example, an intensity of an inductive heating field generated by means of the induction coil can be varied and adjusted by a movement of the at least one induction coil relative to the assembly and joining zone and / or by the activation, deactivation or variation of the current supply of the induction coil. This allows a particularly precise and situation-specific expression of the inductive heating field during the entire additive production.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Induktionsspule in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters aus der Gruppe Bauteilgeometrie, Art des Bauteilwerkstoffs, Temperatur des Bauteilwerkstoffs und Temperatur des Bauteilbereichs zu positionieren und/oder zu betreiben. Hierdurch können Ort und Intensität einer induktiven Erwärmung optimal an den jeweiligen Einzelfall und eine konkrete Bausituation angepasst werden, wodurch qualitativ besonders hochwertige Bauteile herstellbar sind.In a further advantageous development of the invention, the device has a control device, which is designed to position and / or close the at least one induction coil as a function of at least one parameter from the group of component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component region operate. As a result, the location and intensity of an inductive heating can be optimally adapted to the particular individual case and a concrete construction situation, as a result of which particularly high-quality components can be produced.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung für eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Durch eine derartige Induktionsheizvorrichtung ist eine Herstellung besonders großer Bauteilbereiche eines Bauteils unter gleichmäßiger Erwärmung dieser Bauteilbereiche mittels der wenigstens einen Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung ermöglicht.A second aspect of the invention relates to an induction heating device for a device according to the first aspect of the invention. By means of such an induction heating device, it is possible to produce particularly large component regions of a component while uniformly heating these component regions by means of the at least one induction coil of the induction heating device.

Die Induktionsheizvorrichtung umfasst dabei die wenigstens eine Induktionsspule zum Erwärmen des Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs vor, während und/oder nach der Beaufschlagung mittels des wenigstens einen Hochenergiestrahls in der Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung. Die Induktionsspule umfasst die zumindest zwei Spulenwindungen, welche den sich zumindest bereichsweise in Richtung der Aufbau- und Fügezone verjüngenden Innenraum der wenigstens einen Induktionsspule begrenzen, durch welchen der Hochenergiestrahl hindurch und auf die Aufbau- und Fügezone emittierbar ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.The induction heating device in this case comprises the at least one induction coil for heating the component material and / or the component region before, during and / or after the application by means of the at least one high-energy beam in the assembly and joining zone of the device. The induction coil comprises the at least two coil windings which delimit the inner space of the at least one induction coil which tapers at least in regions in the direction of the buildup and joining zone, through which the high energy beam can be emitted and onto the buildup and joining zone. The resulting features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, with advantageous embodiments of the first aspect of the invention to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, umfassend zumindest die folgenden Schritte:

- Positionieren der wenigstens einen Induktionsspule im Bereich der Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung; und
- Aktivieren der wenigstens einen Induktionsspule zum induktiven Erwärmen des Bauteilwerkstoffs und/oder des zumindest einen Bauteilbereichs vor, während und/oder nach der Beaufschlagung des Bauteilbereichs und/oder des Bauteilwerkstoffs mit dem Hochenergiestrahl.

A third aspect of the invention relates to a method for operating a device according to the first aspect of the invention, comprising at least the following steps:

- Positioning the at least one induction coil in the region of the assembly and joining zone of the device; and
Activating the at least one induction coil for inductively heating the component material and / or the at least one component region before, during and / or after the application of the component region and / or the component material to the high-energy beam.

Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.The resulting features and their advantages can be found in the descriptions of the first and second aspect of the invention, with advantageous embodiments of the first and second aspects of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the third aspect of the invention and vice versa.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die wenigstens eine Induktionsspule zum induktiven Erwärmen derart relativ zu einer Strahlenquelle der Vorrichtung verlagert, dass der wenigstens eine Hochenergiestrahl, der durch die, bezüglich der Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung oberhalb der wenigstens einen Induktionsspule angeordnete Strahlenquelle emittiert wird, kollisionsfrei durch den Innenraum der wenigstens einen Induktionsspule hindurch emittiert wird und auf die Aufbau- und Fügezone trifft. Dies ist von Vorteil, da somit beim Verlagern der Induktionsspule sichergestellt wird, dass der Hochenergiestrahl ungehindert, also ohne Kollision mit einer der Spulenwindungen durch den Innenraum der Induktionsspule hindurchtritt und auf die Aufbau- und Fügezone trifft. Dadurch kann in vorteilhafter Weise stets sichergestellt werden, dass sowohl eine Erwärmung mittels des Hochenergiestrahls, als auch mittels der Induktionsspule in demjenigen Bereich der Aufbau- und Fügezone erfolgen kann, an welchem sich die Induktionsspule momentan befindet. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige Erwärmung ermöglicht.In an advantageous development of the invention, the at least one induction coil for inductive heating is displaced relative to a radiation source of the device in such a way that the at least one high-energy beam emitted by the radiation source arranged above the at least one induction coil with respect to the construction and joining zone of the device , collision-free through the interior of the at least one induction coil is emitted through and hits the assembly and joining zone. This is advantageous since, when displacing the induction coil, it is thus ensured that the high-energy beam passes through the interior of the induction coil unhindered, ie without colliding with one of the coil turns, and hits the assembly and joining zone. As a result, it can always be ensured in an advantageous manner that both heating by means of the high-energy beam and by means of the induction coil can take place in the region of the assembly and joining zone at which the induction coil is currently located. This allows a particularly uniform heating.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die wenigstens eine Induktionsspule in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters aus der Gruppe Bauteilgeometrie, Art des Bauteilwerkstoffs, Temperatur des Bauteilwerkstoffs und Temperatur des Bauteilbereichs positioniert und/oder betrieben. Hierdurch können der Ort und die Intensität der induktiven Erwärmung optimal an den jeweiligen Einzelfall und die konkrete Bausituation angepasst werden, wodurch qualitativ besonders hochwertige Bauteile erhalten werden.In a further advantageous development of the invention, the at least one induction coil is dependent on at least one parameter from the group component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component area positioned and / or operated. As a result, the location and intensity of the inductive heating can be optimally adapted to the particular case and the concrete construction situation, which qualitatively very high quality components are obtained.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere Verdichter- oder Turbinenbauteil, wobei eine hohe Oberflächenqualität des Bauteils erfindungsgemäß dadurch sichergestellt wird, dass das Bauteil zumindest bereichsweise oder vollständig mittels einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder unter Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und/oder durch ein Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung erhalten ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile gehen aus der Beschreibung des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts hervor, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.A fourth aspect of the invention relates to a component for a turbomachine, in particular compressor or turbine component, wherein a high surface quality of the component is ensured according to the invention that the component at least partially or completely by means of a device according to the first aspect of the invention and / or using an induction heating device according to the second aspect of the invention and / or obtained by a method according to the third aspect of the invention. The resulting features and their advantages will become apparent from the description of the first, second and third aspects of the invention, with advantageous embodiments of the first, second and third aspect of the invention to be regarded as advantageous embodiments of the fourth aspect of the invention and vice versa.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen 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 erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations without the scope of the invention leave. Thus, embodiments of the invention are to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated independent claim.

Dabei zeigt:

1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils mit einer Induktionsheizvorrichtung;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung; und
3 eine schematische Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Induktionsspule.

Showing:

1 a schematic side view of an apparatus for the additive production of at least one component region of a component with an induction heating device;
2 a schematic sectional view of an induction coil of the induction heater; and
3 a schematic sectional view of an induction coil known from the prior art.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 10 zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs 12 eines Bauteils 14 und wird im Folgenden in Zusammenschau mit 2 erläutert, welche eine schematische Schnittansicht einer Induktionsspule 30 einer Induktionsheizvorrichtung 20 der Vorrichtung 10 zeigt. Die Vorrichtung 10 ist vorliegend als selektive Laserschmelz- bzw. Lasersintervorrichtung (Selective Laser Melting, SLM) ausgebildet und umfasst eine Strahlenquelle 60, mittels welcher ein Hochenergiestrahl 50 in Form eines Lasers erzeugt und damit emittiert werden kann. Der Hochenergiestrahl 50 trifft zur additiven Herstellung auf eine Auftrefffläche 18 im Bereich einer Aufbau- und Fügezone 16 der Vorrichtung 10 auf, um einen in der Aufbau- und Fügezone 16 vorhandenen, vorliegend pulverförmigen Bauteilwerkstoff des Bauteils 14 selektiv und schichtweise zu verfestigen. Bei dem Bauteil 14 kann es sich beispielsweise um ein Verdichter- oder Turbinenbauteil einer Gasturbine bzw. eines Flugtriebwerks handeln. 1 shows a schematic side view of a device 10 for the additive production of at least one component area 12 a component 14 and is described below in synopsis with 2 which illustrates a schematic sectional view of an induction coil 30 an induction heater 20 the device 10 shows. The device 10 is here designed as a selective laser melting or laser sintering device (Selective Laser Melting, SLM) and includes a radiation source 60 , by means of which a high energy beam 50 generated in the form of a laser and can be emitted with it. The high energy beam 50 applies to an additive surface on an impact surface 18 in the area of a construction and joining zone 16 the device 10 on to one in the construction and joining zone 16 existing, in this case powdered component material of the component 14 solidify selectively and in layers. In the component 14 For example, it may be a compressor or turbine component of a gas turbine or an aircraft engine.

Mittels der Induktionsspule 30 der Induktionsheizvorrichtung 20 ist ein Erwärmen des Bauteilwerkstoffs und zusätzlich oder alternativ des Bauteilbereichs 12 vor, während und zusätzlich oder alternativ nach der Beaufschlagung mittels des Hochenergiestrahls 50 in der Aufbau- und Fügezone 16 der Vorrichtung 10 ermöglicht. Mit anderen Worten kann mittels der Induktionsspule 30 ein Vorwärmen des Bauteilwerkstoffs und zusätzlich oder alternativ des Bauteilbereichs 12, ein gleichzeitiges Erwärmen des Bauteilwerkstoffs und zusätzlich oder alternativ des Bauteilbereichs 12 sowie ein Erwärmen durch die Induktionsspule 30 nach der Bearbeitung (Beaufschlagung) durch den Hochenergiestrahl 50 erfolgen. Die Induktionsspule 30 umfasst vorliegend zwei Spulenwindungen 32, 34 in Form einer ersten Spulenwindung 32 bzw. einer zweiten Spulenwindung 34. Die zwei Spulenwindungen 32, 34 begrenzen einen sich zumindest bereichsweise in Richtung der Aufbau- und Fügezone 16 verjüngenden Innenraum 40 der Induktionsspule 30, durch welchen der Hochenergiestrahl 50 zur additiven Herstellung hindurch und auf die Aufbau- und Fügezone 16 emittiert wird.By means of the induction coil 30 the induction heater 20 is a heating of the component material and additionally or alternatively the component area 12 before, during and additionally or alternatively after the application of the high-energy beam 50 in the assembly and joining zone 16 the device 10 allows. In other words, by means of the induction coil 30 a preheating of the component material and additionally or alternatively the component area 12 , a simultaneous heating of the component material and additionally or alternatively the component area 12 and heating by the induction coil 30 after processing (application) by the high energy beam 50 respectively. The induction coil 30 in the present case comprises two coil turns 32 . 34 in the form of a first coil turn 32 or a second coil turn 34 , The two coil turns 32 . 34 limit yourself at least partially in the direction of the construction and joining zone 16 tapered interior 40 the induction coil 30 through which the high energy beam 50 for additive production through and on the assembly and joining zone 16 is emitted.

2 zeigt besonders deutlich, dass sich der Innenraum 40 vorliegend kegelstumpfförmig in Richtung der Aufbau- und Fügezone 16 verjüngt. Mit anderen Worten ist der Innenraum 40 sich kegelstumpfförmig in Richtung der Aufbau- und Fügezone 16 verjüngend ausgebildet, wobei sich der Innenraum 40 entgegen einer Pfeilrichtung einer Achse z eines in 1 und 2 gezeigten Koordinatensystems verjüngt. Die Achse z entspricht vorliegend einer Mittelachse 31 der Induktionsspule 30. 2 shows particularly clearly that the interior 40 in the present case, frustoconical in the direction of the assembly and joining zone 16 rejuvenated. In other words, the interior 40 frusto-conical towards the assembly and joining zone 16 formed tapering, with the interior 40 against an arrow direction of an axis z one in 1 and 2 tapered coordinate system shown rejuvenated. The axis z corresponds here to a central axis 31 the induction coil 30 ,

Die Induktionsheizvorrichtung 20 umfasst wenigstens ein Antriebsmittel 22, mittels welchem die Induktionsspule 30 relativ zur Aufbau- und Fügezone 16 bewegbar ist. Mittels des Antriebsmittels 22, welches beispielsweise als Linearmotor ausgestaltet sein kann, ist die Induktionsspule 30 translatorisch beispielsweise in einer Ebene und damit parallel zu jeweiligen Achsen x, y sowie parallel zur Achse z bewegbar. Zusätzlich ist die Induktionsspule 30 um die jeweiligen Achsen x, y, z rotatorisch bewegbar, also um die Achsen x, y, z verschwenkbar. Dadurch ist die Induktionsspule 30 hinsichtlich ihrer Bewegung besonders exakt einer Bauteilgeometrie des Bauteils 14 führbar.The induction heater 20 comprises at least one drive means 22 , by means of which the induction coil 30 relative to the construction and joint zone 16 is movable. By means of the drive means 22 , which may be configured for example as a linear motor, is the induction coil 30 translationally for example in a plane and thus parallel to respective axes x . y as well as parallel to the axis z movable. In addition, the induction coil 30 around the respective axes x . y . z rotationally movable, ie about the axes x . y . z pivotable. This is the induction coil 30 with regard to their movement, particularly precisely a component geometry of the component 14 feasible.

Die Vorrichtung 10 umfasst wenigstens ein Verstellmittel 52, mittels welchem der Hochenergiestrahl 50 relativ zu der Aufbau- und Fügezone 16 verstellbar und dabei schwenkbar ist. Das Verstellmittel 52 kann dabei als verstellbarer Spiegel ausgestaltet sein, wie in 1 angedeutet ist. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren mindestens eine Temperaturmesseinrichtung 70 zur Temperaturmessung des Bauteilwerkstoffs und zusätzlich oder alternativ des Bauteilbereichs 12 zumindest im Bereich der Aufbau- und Fügezone 16 der Vorrichtung 10. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 eine Steuereinrichtung 80, welche dazu ausgebildet ist, die Induktionsspule 30 in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters aus der Gruppe Bauteilgeometrie, Art des Bauteilwerkstoffs, Temperatur des Bauteilwerkstoffs und Temperatur des Bauteilbereichs 12 zu positionieren und zusätzlich oder alternativ zu betreiben. Die Steuereinrichtung 80 ist vorliegend signalübertragend mit dem Antriebsmittel 22, dem Verstellmittel 52, der Strahlenquelle 60 sowie mit der Temperaturmesseinrichtung 70 gekoppelt. Dadurch kann die Steuereinrichtung 80 die Induktionsspule 30 relativ zu den jeweiligen Achsen x, y, z bewegen und synchron dazu das Verstellmittel 52 (hier: Spiegel) verstellen, um den Hochenergiestrahl 50 mit der Induktionsspule 30 mitzuführen, sodass der Hochenergiestrahl 50 während der additiven Herstellung durch den Innenraum 40 hindurchtritt und auf die Aufbau- und Fügezone 16 bzw. die Auftrefffläche 18 auftrifft.The device 10 comprises at least one adjusting means 52 , by means of which the high-energy beam 50 relative to the assembly and joining zone 16 adjustable while being pivotable. The adjusting means 52 can be configured as an adjustable mirror, as in 1 is indicated. The device further comprises at least one temperature measuring device 70 for measuring the temperature of the component material and additionally or alternatively the component area 12 at least in the area of the assembly and joining zone 16 the device 10 , Furthermore, the device comprises 10 a control device 80 , which is adapted to the induction coil 30 as a function of at least one parameter from the group of component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component region 12 to position and operate additionally or alternatively. The control device 80 is present signal transmitting with the drive means 22 , the adjusting means 52 , the radiation source 60 as well as with the temperature measuring device 70 coupled. This allows the controller 80 the induction coil 30 relative to the respective axes x . y . z move and synchronously to the adjustment 52 (here: mirror) adjust to the high energy beam 50 with the induction coil 30 to take along, so that the high-energy beam 50 during additive manufacturing through the interior 40 passes through and on the assembly and joining zone 16 or the impact area 18 incident.

2 zeigt, dass die erste Spulenwindung 32, welche auch als zonenferne Spulenwindung bezeichnet werden kann, eine erste Windungsinnenseite 33 aufweist, welche in einem ersten Abstand 36 von der Mittelachse 31 der Induktionsspule angeordnet ist. Die zweite Spulenwindung 34, welche auch als zonennahe Spulenwindung bezeichnet werden kann, weist eine zweite Windungsinnenseite 35 auf, welche in einem zweiten Abstand 38 zu der Mittelachse 31 angeordnet ist. Der kegelstumpfförmige bzw. trichterförmige Innenraum 40 ergibt sich dadurch, dass der erste Abstand 36 größer ist als der zweite Abstand 38. Die Induktionsspule 30, welche allgemein als Vorwärmspule ausgestaltet sein kann, weitet sich also in Pfeilrichtung der Achse z und damit von der Aufbau- und Fügezone 16 weg, bzw. von der zweiten Spulenwindung 34 hin zur ersten Spulenwindung 32 auf. Mit anderen Worten öffnet sich die Induktionsspule 30 von der zweiten Spulenwindung 34 hin zur ersten Spulenwindung 32. 2 shows that the first coil turn 32 , which may also be referred to as a zone-distant coil turn, a first turn inside 33 which is at a first distance 36 from the central axis 31 the induction coil is arranged. The second coil turn 34 , which may also be referred to as a zone-near coil turn, has a second turn inside 35 on which at a second distance 38 to the central axis 31 is arranged. The frustoconical or funnel-shaped interior 40 results from the fact that the first distance 36 is greater than the second distance 38 , The induction coil 30 , which can be configured generally as Vorwärmspule, thus widens in the arrow direction of the axis z and thus of the assembly and joining zone 16 away, or from the second coil turn 34 towards the first coil turn 32 on. In other words, the induction coil opens 30 from the second coil turn 34 towards the first coil turn 32 ,

2 zeigt eine Tangente 42, welche an den jeweiligen Windungsinnenseiten 33, 35 anliegt. Die Tangente 42 verläuft dabei parallel zu einer, einen ersten Windungsmittelpunkt 44 der ersten Spulenwindung 32, mit einem zweiten Windungsmittelpunkt 46 der zweiten Spulenwindung 34 verbindenden Gerade 48. Die Gerade 48 schließt - ebenso wie auch die Tangente 42 - einen Öffnungswinkel α mit der Mittelachse 31 ein, wie in 2 zu erkennen ist. Während der Hochenergiestrahl 50 zwischen der Mittelachse 31 und der Tangente 42 kollisionsfrei in den Innenraum 40 eintreten und durch den Innenraum 40 in Richtung der Aufbau- und Fügezone 16 durchtreten kann, ist dies bei einer, in 3 schematisch in einer Schnittdarstellung gezeigten, konventionellen Induktionsspule 100 nicht möglich. Die konventionelle Induktionsspule 100 umfasst zwei äquidistant zu einer Mittelachse 102 der Induktionsspule 100 angeordnete Windungen 106, 108. Mit anderen Worten bilden die Windungen 106, 108 einen Hohlzylinder aus, sodass es bei einem Einfall eines Laserstrahls 104 unter dem Öffnungswinkel α zu einer Kollision 110 des Laserstrahls 104 mit der Windung 106 kommt. 2 shows a tangent 42 , which at the respective Windungsinnenseiten 33 . 35 is applied. The tangent 42 runs parallel to one, a first wind center 44 the first coil turn 32 , with a second mean of the wind 46 the second coil turn 34 connecting straight line 48 , Straight 48 closes - as well as the tangent 42 - An opening angle α with the central axis 31 a, like in 2 can be seen. During the high energy beam 50 between the central axis 31 and the tangent 42 collision-free in the interior 40 enter and through the interior 40 in the direction of the assembly and joining zone 16 can pass through, this is at one, in 3 schematically shown in a sectional view, conventional induction coil 100 not possible. The conventional induction coil 100 includes two equidistant to a central axis 102 the induction coil 100 arranged turns 106 . 108 , In other words, the turns form 106 . 108 a hollow cylinder, so that it is at an incidence of a laser beam 104 below the opening angle α to a collision 110 of the laser beam 104 with the winding 106 comes.

Durch Zusammenschau von 2 und 3 ist erkennbar, dass mittels der Induktionsspule 30 ein größerer Bereich der Aufbau- und Fügezone 16 ohne Kollision mit dem Hochenergiestrahl 50 abgefahren werden kann, als unter Einsatz der konventionellen Induktionsspule 100. Insbesondere in jeweiligen Ecken der Aufbau- und Fügezone 16, welche auch als Baufeld bezeichnet werden kann, fällt der Hochenergiestrahl 50 (hier: Laserstrahl) außermittig und damit seitlich in den Innenraum 40 ein, sodass durch die sich öffnende Gestaltung der Spulenwindungen 32, 34, also mit anderen Worten durch den sich verjüngenden Innenraum 40 eine Kollision zwischen dem Hochenergiestrahl 50 und der Induktionsspule 30 zumindest weitgehend vermieden werden kann. By synopsis of 2 and 3 it can be seen that by means of the induction coil 30 a larger area of the assembly and joining zone 16 without colliding with the high-energy beam 50 can be traversed than using the conventional induction coil 100 , Especially in each corner of the construction and joining zone 16 , which can also be referred to as a construction field, falls the high-energy beam 50 (here: laser beam) off-center and thus laterally into the interior 40 so that by the opening design of the coil turns 32 . 34 in other words, through the tapered interior 40 a collision between the high energy beam 50 and the induction coil 30 at least largely avoided.

Wenngleich in 1 und 2 mit den Spulenwindungen 32, 34 lediglich zwei Spulenwindungen 32, 34 der Induktionsspule 30 gezeigt sind, so ist klar, dass die Induktionsspule 30 auch noch weitere, also beispielsweise eine dritte Spulenwindung, eine vierte Spulenwindung, eine fünfte Spulenwindung usw. aufweisen kann.Although in 1 and 2 with the coil turns 32 . 34 only two coil turns 32 . 34 the induction coil 30 are shown, it is clear that the induction coil 30 even further, so for example, a third coil turn, a fourth coil turn, a fifth coil turn, etc. may have.

Bevorzugt sind allgemein sämtliche Spulenwindungen 32, 34 entlang der Gerade 48 bzw. der Tangente 42 ausgerichtet, sodass eine Kollision mit dem Hochenergiestrahl 40 wirksam unterbunden werden kann.In general, all coil turns are preferred 32 . 34 along the straight line 48 or the tangent 42 aligned, causing a collision with the high energy beam 40 can be effectively prevented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Vorrichtungdevice
1212: Bauteilbereichcomponent area
1414: Bauteilcomponent
1616: Aufbau- und FügezoneAssembly and joining zone
1818: Auftreffflächeincident
2020: Induktionsheizvorrichtunginduction heating
2222: Antriebsmitteldrive means
3030: Induktionsspuleinduction coil
3131: Mittelachsecentral axis
3232: erste Spulenwindungfirst coil turn
3333: erste Windungsinnenseitefirst turn inside
3434: zweite Spulenwindungsecond coil turn
3535: zweite Windungsinnenseitesecond winding inside
3636: erster Abstandfirst distance
3838: zweiter Abstandsecond distance
4040: Innenrauminner space
4242: Tangentetangent
4444: erster Windungsmittelpunktfirst wind center
4646: zweiter Windungsmittelpunktsecond wind center
4848: GeradeJust
5050: HochenergiestrahlHigh energy beam
5252: Verstellmitteladjustment
6060: Strahlenquelleradiation source
7070: TemperaturmesseinrichtungTemperature measuring device
8080: Steuereinrichtungcontrol device
100100: Induktionsspuleinduction coil
102102: Mittelachsecentral axis
104104: Laserstrahllaser beam
106106: Windungconvolution
108108: Windungconvolution
110110: Kollisioncollision
αα: Öffnungwinkelopening angle
xx: Achseaxis
yy: Achseaxis
zz: Achseaxis

Claims

Vorrichtung (10) zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs (12) eines Bauteils (14), insbesondere eines Bauteils (14) einer Strömungsmaschine, umfassend eine Induktionsheizvorrichtung (20) mit wenigstens einer Induktionsspule (30) zum Erwärmen eines Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs (12) vor, während und/oder nach der Beaufschlagung mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls (50) in einer Aufbau- und Fügezone (16) der Vorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule (30) zumindest zwei Spulenwindungen (32, 34) umfasst, welche einen sich zumindest bereichsweise in Richtung der Aufbau- und Fügezone (16) verjüngenden Innenraum (40) der wenigstens einen Induktionsspule (30) begrenzen, durch welchen der Hochenergiestrahl (50) hindurch und auf die Aufbau- und Fügezone (16) emittierbar ist.Device (10) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14), in particular a component (14) of a turbomachine, comprising an induction heating device (20) with at least one induction coil (30) for heating a component material and / or the component region (12) before, during and / or after the application of at least one high energy beam (50) in a construction and joining zone (16) of the device (10), characterized in that the at least one induction coil (30) at least two coil turns (32 , 34), which delimit an at least partially in the direction of the building and joining zone (16) tapered interior (40) of the at least one induction coil (30) through which the high energy beam (50) and through the assembly and joining zone ( 16) is emissive.

Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (40) sich trichterförmig, insbesondere kegelstumpfförmig, in Richtung der Aufbau- und Fügezone (16) verjüngend ausgebildet ist.Device (10) according to Claim 1 , characterized in that the interior (40) is funnel-shaped, in particular frusto-conical, in the direction of the building and joining zone (16) is tapered.

Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule (30) mittels zumindest eines zugeordneten Antriebsmittels (22) relativ zur Aufbau- und Fügezone (16) bewegbar ist.Device (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one induction coil (30) by means of at least one associated drive means (22) relative to the assembly and joining zone (16) is movable.

Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule (30) mittels des zumindest einen Antriebsmittels (22) translatorisch entlang mindestens einer Achse (x, y, z) und/oder rotatorisch um die mindestens eine Achse (x, y, z) bewegbar ist.Device (10) according to Claim 3 , characterized in that the at least one induction coil (30) by means of the at least one drive means (22) translationally along at least one axis (x, y, z) and / or rotationally about the at least one axis (x, y, z) is movable ,

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) wenigstens ein Verstellmittel (52) umfasst, mittels welchem der Hochenergiestrahl (50) relativ zu der Aufbau- und Fügezone (16) verstellbar, insbesondere schwenkbar, ist.Device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the device (10) comprises at least one adjusting means (52) by means of which the high energy beam (50) relative to the assembly and joining zone (16) adjustable, in particular pivotable ,

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Strahlenquelle (60), zum Erzeugen des wenigstens einen Hochenergiestrahls (50), umfasst.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (10) comprises a radiation source (60) for generating the at least one high-energy beam (50).

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (70) zur Temperaturmessung des Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs (12) zumindest im Bereich der Aufbau- und Fügezone (16) der Vorrichtung (10) umfasst.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (10) at least one temperature measuring device (70) for measuring the temperature of the component material and / or the component region (12) at least in the region of the assembly and joining zone (16) of the device (10).

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Steuereinrichtung (80) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Induktionsspule (30) in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters aus der Gruppe Bauteilgeometrie, Art des Bauteilwerkstoffs, Temperatur des Bauteilwerkstoffs und Temperatur des Bauteilbereichs (12) zu positionieren und/oder zu betreiben.Device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the device (10) comprises a control device (80) which is adapted to at least an induction coil (30) in response to at least one parameter from the group component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component region (12) to position and / or operate.

Induktionsheizvorrichtung (20) für eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Induction heating device (20) for a device (10) according to one of Claims 1 to 8th ,

Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend zumindest folgende Schritte: - Positionieren der wenigstens einen Induktionsspule (30) im Bereich der Aufbau- und Fügezone (16) der Vorrichtung (10); und - Aktivieren der wenigstens einen Induktionsspule (30) zum induktiven Erwärmen des Bauteilwerkstoffs und/oder des zumindest einen Bauteilbereichs (12) vor, während und/oder nach der Beaufschlagung des Bauteilbereichs (12) und/oder des Bauteilwerkstoffs mit dem Hochenergiestrahl (50).Method for operating a device (10) according to one of Claims 1 to 8th comprising at least the following steps: - positioning the at least one induction coil (30) in the region of the assembly and joining zone (16) of the device (10); and - activating the at least one induction coil (30) for inductively heating the component material and / or the at least one component region (12) before, during and / or after applying the high-energy beam (50) to the component region (12) and / or the component material. ,

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule (30) zum induktiven Erwärmen derart relativ zu einer Strahlenquelle (60) der Vorrichtung (10) verlagert wird, dass der wenigstens eine Hochenergiestrahl (50), der durch die, bezüglich der Aufbau- und Fügezone (16) der Vorrichtung (10) oberhalb der wenigstens einen Induktionsspule (30) angeordnete Strahlenquelle (60) emittiert wird, kollisionsfrei durch den Innenraum (40) der wenigstens einen Induktionsspule (30) hindurch emittiert wird und auf die Aufbau- und Fügezone (16) trifft.Method according to Claim 10 characterized in that the at least one inductive heating induction coil (30) is displaced relative to a radiation source (60) of the apparatus (10) such that the at least one high energy beam (50) passing through the assembly and joining zones (16) of the device (10) is emitted above the at least one induction coil (30) arranged radiation source (60) collision-free through the interior (40) of the at least one induction coil (30) through and on the building and joining zone (16 ) meets.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule (30) in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters aus der Gruppe Bauteilgeometrie, Art des Bauteilwerkstoffs, Temperatur des Bauteilwerkstoffs und Temperatur des Bauteilbereichs positioniert und/oder betrieben wird.Method according to one of Claims 10 or 11 , characterized in that the at least one induction coil (30) is positioned and / or operated as a function of at least one parameter from the group component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component area.

Bauteil (14) für eine Strömungsmaschine, insbesondere Verdichter- oder Turbinenbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (14) zumindest bereichsweise oder vollständig mittels einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder unter Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung (20) gemäß Anspruch 9 und/oder durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 erhalten ist.Component (14) for a turbomachine, in particular compressor or turbine component, characterized in that the component (14) at least partially or completely by means of a device (10) according to one of Claims 1 to 8th and / or using an induction heating device (20) according to Claim 9 and / or by a method according to any one of Claims 10 to 12 is obtained.