EP3740381A1 - Vorrichtung zum erwärmen eines bauteilmaterials, additive herstellungsanlage und verfahren zur additiven herstellung - Google Patents

Vorrichtung zum erwärmen eines bauteilmaterials, additive herstellungsanlage und verfahren zur additiven herstellung

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EP3740381A1
EP3740381A1 EP19726914.5A EP19726914A EP3740381A1 EP 3740381 A1 EP3740381 A1 EP 3740381A1 EP 19726914 A EP19726914 A EP 19726914A EP 3740381 A1 EP3740381 A1 EP 3740381A1
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EP
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component
platform
component material
additive
heating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19726914.5A
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Inventor
Michael Ott
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a device for, in particular selective, heating or preheating a component material in the additive production.
  • the component material is preferably a powder material for the powder-bed-based additive manufacturing of the component.
  • an aditive manufacturing plant comprising the device and a method for additive production of the component, angege ben.
  • the component is preferably intended for use in a Strö tion machine, preferably in the hot gas path of a gas turbine.
  • the component preferably consists of a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the alloy may be precipitation hardened or precipitation hardenable.
  • Modern gas turbines are the subject of continuous improvement to increase their efficiency. However, this leads, inter alia, to ever higher temperatures in the hot gas path.
  • the metallic materials for blades, particularly in the first stages, have recently been improved in terms of their strength, creep properties and resistance to thermo-mechanical fatigue.
  • Additive manufacturing methods include, for example, as powder bed processes, selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM).
  • SLM selective laser melting
  • SLS laser sintering
  • EBM electron beam melting
  • Additive manufacturing processes (English: "additive manufacturing”) have also proven to be particularly advantageous for complex or filigree-designed components, for example la rinthearth-like structures, cooling and / or lightweight structures,
  • additive manufacturing is provided by a particularly short chain Of process steps advantageous because a manufacturing or manufacturing step of a component can be done almost exclusively on the basis of a corresponding CAD file and the choice of appropriate manufacturing parameters.
  • a device which allows a simple and intelligent way a selective or local in ductile heating of the component material.
  • the solution also includes the operation of said device, for example, implemented in an additive Heinrichsan location.
  • One aspect of the present invention relates to a Vorrich device for, in particular selective, heating or preheating a component material for the additive, in particular powder bed-based, production of the component.
  • the device includes a platform with a, in particular inductive, He warming head. By this means, a high preheating temperature can be achieved particularly expediently.
  • the device further comprises a suspension, which supports or holds the platform and which is designed to move the platform, for example controlled or controlled, ent long three vertical spatial directions within a construction space of an additive manufacturing plant.
  • a suspension which supports or holds the platform and which is designed to move the platform, for example controlled or controlled, ent long three vertical spatial directions within a construction space of an additive manufacturing plant.
  • the embodiment of the suspension also makes possible a targeted or controlled movement of the platform along the vertical spatial Z-axis within the mounting space.
  • the advantages of the proposed solution relate, for example, to the possibility of local and intensive preheating at the place of processing. Accordingly, said location of the processing can be a (mobile) caused by the energy beam molten bath in the Bauteilmate material.
  • Another advantage relates to the simple possibility of flexible three-dimensional positioning of the platform, preferably at any location within a space and on the build platform.
  • reaction atmosphere can be created at the site of processing or selective solidification of the component material via the device or the platform (in situ), which has an advantageous effect on the structural properties or mechanical properties of the component to be produced (see below).
  • the heating head comprises a, in particular water-cooled, induction coil, which in particular via a high-frequency generator, such as the device, operated and / or regulated and is formed from, the component material locally to a temperature between 800 ° C and 1200 ° C, in particular of 1000 ° C or more, to heat or pre-heat for the actual additive build-up process, ie to bring to a suitable preheating tempera ture.
  • a high-frequency generator such as the device, operated and / or regulated and is formed from, the component material locally to a temperature between 800 ° C and 1200 ° C, in particular of 1000 ° C or more, to heat or pre-heat for the actual additive build-up process, ie to bring to a suitable preheating tempera ture.
  • the suspension comprises four Aktua factors, which are individually controlled and evenly, example, in a square arrangement, are mounted in the body space.
  • the actuators are preferably each made flexible in order to allow mobility of the platform along the three mutually perpendicular spatial directions.
  • the actuators are each made flexible.
  • the actuators are each controlled via a gear, a cable, a telescopic arm, pneumatic and / or hydraulic means.
  • the actuators can preferably be made particularly flexible.
  • the device comprises a tempera ture meter, such as an infrared camera or a py rometer, which is arranged and formed - example, viewed in supervision on a construction area - the tempera ture of the component material and on the construction area to mes sen and / or to regulate or to control.
  • a tempera ture meter such as an infrared camera or a py rometer
  • the device comprises a protective gas guide which is coupled to the platform and designed to guide a protective gas, for example an inert gas, laminar or parallel over and / or perpendicular to the component material during the additive production of the component.
  • a protective gas for example an inert gas, laminar or parallel over and / or perpendicular to the component material during the additive production of the component.
  • the vertical guidance of the protective gas onto the component material can be implemented, for example, by means of a showerhead-like arrangement of the protective gas guide or a corresponding gas outlet.
  • the manufacturing plant preferably further comprises a coating device and a device for irradiation, as in known additive manufacturing systems.
  • the device is in the system, example, as viewed along the construction direction of the corresponding component, arranged above a mounting surface.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for preheating and / or additive preparation, preferably before a powder bed method, a component comprising the orders of a layer of a component material on a mounting surface with the coating device.
  • the method further comprises lowering or approaching a platform in the direction of a region of the construction surface to be irradiated.
  • the method further comprises heating the region to be irradiated by means of the heating head of the device.
  • the method further comprises irradiating the area with an energy beam for selective solidification of the construction part material according to a predetermined geometry of the construction part.
  • the method comprises - after irradiation of the area - lifting or lifting the building panel form out of an area of action of the irradiation device and then repeating the described steps of applying, lowering, heating
  • the steps of the described heating and irradiation are performed at least partially simultaneously.
  • the irradiation of the area is performed syn chronously, preferably time and / or location, with the heating men, wherein the energy beam during the additi tional structure of the component, for example, by an eye of an induction coil of the device or the heating head ge leads ,
  • the component material is heated locally to a temperature of more than 800 ° C., preferably 1000 ° C. or more, particularly preferably 1200 ° C. or more.
  • the component material is locally heated to ei ne temperature between 800 ° C and 1200 ° C, in particular 1000 ° C or more.
  • the component material is a g
  • the component has a component turned or provided in the hot gas path of a gas turbine.
  • the component material before the egg tual additive structure for example by selective laser melting, only preheated.
  • Embodiments, features and / or advantages, which relate vorlie on the device or the additive manufacturing plant, may also relate to the process for additive manufel ment or vice versa.
  • FIG. 1 indicates a powder-bed-based additive manufacturing process of a component on the basis of a schematic sectional view.
  • Figure 2 shows a simplified and schematic perspekti vische view of a device according to the invention.
  • FIG. 3 indicates method steps according to the invention on the basis of a schematic flow diagram.
  • the same or equivalent elements may each be provided with the same padszei chen.
  • the elements shown and their size ratios with each other are basically not to be considered as true to scale, but individual elements, for better presentation and / or better understanding of understanding can be shown exaggerated thick or large.
  • FIG. 1 shows an additive manufacturing plant 100.
  • the plant 100 is preferably a device for the additive manufacture of a component (cf. reference numeral 10) from a powder bed, for example by selective laser melting. zen or electron beam melting.
  • the system 100 has a substrate plate 11. On the substrate plate or the sub strate 11 is in the course of its additive production, a construction part 10 constructed, ie preferably also directly stoffschlüs sig connected or "welded".
  • the component is preferably a component which is used in the hot gas path of a turbomachine, for example a gas turbine.
  • the component may designate a rotor or vane segment, a segment or ring segment, a burner part or a burner tip, a frame, a shield, a nozzle, a gasket, a filter, a Mün or lance, a resonator, stamp or a swirler , or a corresponding transition, use, or a corresponding retrofit part.
  • the component 10 is preferably constructed in a construction space AR of the system 100.
  • the component 10 is shown in Figure 1, preferably only partially built on, for example, only two Schich th S of a component material P.
  • the component material P may be a powder of a g- and / or g'-hardened, nickel- or cobalt-based superalloy.
  • Individual layers of the material P for the layers S of the component are preferably applied over a Be Anlagenungsvorrich device 30 and then selectively melted by means of an energy beam 21 for the construction of the component 10 and solidified.
  • the energy beam is preferably emitted by an irradiation device 20, for example as a display or comprising an electron beam or a laser source.
  • the substrate plate 11 will preferably correspond to one of the layer thickness S - lowered the measure. Subsequently, a new powder layer for the construction of the component 10 is applied, for example, starting from a powder supply, which te on the left Be in Figure 1 is shown.
  • the additive buildup process is preferably carried out under an inert or inert gas atmosphere or at least in a reduced oxygen content atmosphere in order to influence corrosion, oxidation or other influences which affect the quality of the component material, ie the powder P, or the finally produced component 10 , to avoid.
  • a corresponding inert gas or inert gas guidance is not explicitly indicated in FIG. 1; However, it may be provided and designed to guide an inert gas, for example laminar, over a mounting surface AF.
  • FIG. 1 shows a camera, for example an infrared camera 50, which is preferably arranged and designed to measure and / or regulate the temperature of the component material P on the mounting surface AF.
  • a camera for example an infrared camera 50, which is preferably arranged and designed to measure and / or regulate the temperature of the component material P on the mounting surface AF.
  • FIG. 1 is already a Platt form 200 according to the invention, for example, a device 300 (see Figure 2 below), shown, via which a targeted or se lective heating of the component material P can be done.
  • the platform 200 can be stored and / or moved via a suspension 201 (also shown in FIG. 2 below).
  • a construction direction (not explicitly marked) for the component 10 corresponds in FIG. 1 to a direction pointing vertically upwards.
  • Figure 2 shows details of a device 300 and a sectionan view of the system 100, which contains the device 300 and in which the device 300 is installed, for example, as a retrofit kit.
  • the device 300 is arranged above the mounting surface AF.
  • the device 300 is preferably provided for selective heating or preheating of the component material P for the additive, in particular powder bed-based, production of a component 10.
  • the device 300 comprises a platform 200 with a, in particular in ductile, heating head L, and a suspension 201, which supports the platform 200 and which is formed
  • the device 300 in addition to a lateral movement in the X- or Y-direction, the device 300 according to the invention also enables a vertical movement of the platform 200 along the Z-axis.
  • the platform 200 may be configured, for example, annular, so that, for example, during the additive manufacture ment of the component 10, the energy beam 21 can be passed through them.
  • the heating head L includes, for example, an induction coil, such as a high frequency coil, which in particular via a high frequency generator, operated and / or regulated who can, and is designed, the component material P locally to a temperature of about 800 ° C, preferably 1000 ° C, particularly preferably to heat 1200 ° C or more, example, before the actual additive structure (before) to warm.
  • an induction coil such as a high frequency coil, which in particular via a high frequency generator, operated and / or regulated who can, and is designed, the component material P locally to a temperature of about 800 ° C, preferably 1000 ° C, particularly preferably to heat 1200 ° C or more, example, before the actual additive structure (before) to warm.
  • the component material is locally heated to ei ne temperature in a range between 800 ° C and 1200 ° C, in particular 1000 ° C or more.
  • the frequency at which the described coil or the ent speaking generator can be operated can be up to 2000 kHz in high-frequency generators, and for example ren up to 200 kHz at Mittelfrequenzgenerato- reindeer.
  • the heating head L may comprise other means for heating, for example radiant heating or other means known in the art for locally selectively heating a metallic powder.
  • the suspension 201 preferably comprises three or four Aktua gates 201.
  • An embodiment with four arranged in the corners of the construction space on AR actuators 201 is shown explicitly in game in Figure 2.
  • the actuators 201 may, preferably individually driven, and be mounted or fixed evenly in the space on AR, and / or accordingly be activated or activated.
  • the actuators 201 may preferably further be made flexible, i. that the platform 200 via a ent speaking activation of the actuators 201, for example, accordingly any lying in the body space AR ( mileagesi shear) coordinates C, U, Z can be arranged or moved. This can be done for example via a transmission, a cable, telescopic arm or pneumatic and / or hydraulic means. For example, it is possible to coordinate the actuators via compressed air or electrically controlled telescopic arms and / or coordinated and controlled to acti suffien.
  • the device 300 further comprises a protective gas guide or protective gas inlet 220.
  • the protective gas guide 220 is, preferably designed, a protective gas, for example an inert gas such as argon or helium or other inert gases during the additive production of the component 10 laminar over and / or perpendicular to the component material P to lead (see, arrows in the Melt bath SB in Figure 2).
  • the protective gas guide 220 may in particular comprise or constitute a miniaturized and / or endoscopic protective gas nozzle and thereby provides, in particular locally, for a reduction in the oxygen content in the selectively preheated or heated zone during the additive production of the component 10.
  • protective gas nozzle (not explicitly identified) can be provided, in particular, in addition to a global or laminar protective gas guide, which reduces the oxygen content or partial pressure in additive manufacturing processes or in installation spaces of conventional installations.
  • the device 300 or the system 100 can furthermore have a corresponding protective gas outlet (not explicitly indicated).
  • the present invention or in the presented device 300 is advantageously a preheating with means of a high-frequency coil, which is supported by the platform 200, suspended in particular four actuators.
  • the coil similar to a spider or a spin nen stressess, over the construction field or the construction area AF are suspended and be moved by a corresponding activation of the actuators Ak in 201 each XYZ position within the space AR.
  • the four actuators 201 are respectively mounted in the corners of the mounting space AR and all engage in the platform 200.
  • the protective gas guide 220 and, for example, also a power supply 210 and a control of the heating head or the coils L and leads or supplies the
  • Protective gas guide 220 or the power supply 210 may also be attached to the, in particular annular, platform 200.
  • the above leads are preferably also made flexible so that no movement of Restraint of the platform 200 and the heating head L ent stands.
  • FIG. 3 shows, with reference to a schematic flow diagram, method steps of a method according to the invention, in particular a method for operating said device 300 or an additive manufacturing method.
  • the method comprises, a), the orders of a layer S of the component material P on the mounting surface AF by means of the Be coating device 30th
  • the method further comprises, b), lowering or Anord NEN of the platform 200 in the direction of an area to be irradiated Be B of the mounting surface AF.
  • this is preferably at least partially along the vertical axis (Z axis) moves down to the platform or preferably so, the heating head L in the direction of the area B to be due.
  • the region B preferably describes the region which is provided in layers for the additive construction of the component 10 for irradiation. Accordingly, the region B may include or include a molten bath SB late (as viewed in plan view of the mounting surface AF).
  • the area B be preferably writes a dynamic or - during the construction of the component 10 - movable range or ent speaking Irradationstraj ektorie.
  • the method further comprises, c) heating or preheating the area B to be irradiated, preferably a larger area containing the area B, by means of the heating head L of the device 300.
  • the method further comprises, d) irradiating the region B with an energy beam 21 in accordance with a predetermined geometry of the component 10.
  • the method further comprises, preferably after the irradiation of the area B (see steps d) and e), a lifting or lifting of the platform 200 from an area of action of the irradiation device 30.
  • the area of action preferably describes an area just above the mounting surface AF within which the loading radiation device, in particular a doctor blade or a blade is moved laterally, so preferably a region which occupies only a small vertical area (height in the Z direction) in the body space ,
  • the said method steps can, of course, be repeated by way of the layer-wise additive production of the component 10 in accordance with the number of layers still to be built up and required to be built up.
  • the described steps of heating (c)) and of irradiating (d)) are carried out at least partially simultaneously. This is indicated by the dashed circle in FIG.
  • the irradiation of the area B can continue to be carried out synchronously with the heating, wherein the energy beam 21, for example during the additive construction of the component 10 by an eye (not explicitly marked) of Indukti onsspule or the heating head and / or the device 300 is performed ,
  • This can advantageously enable a synchronous movement with a working laser (cf reference numeral 21 in Figure 1 g) for the construction of the component 10.
  • an energy beam 21 during the manufacture of the device 10 during operation always by the "eye" of the induction coil L to the predetermined position in the area B on the mounting surface AF.
  • This area B is preferably the area which is heated by the heating head L anyway.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combi nation itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (300) zum selektiven Erwärmen eines Bauteilmaterials (P) für die additive, insbesondere pulverbettbasierte, Herstellung eines Bauteils (10) angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Plattform (200) mit einem, insbesondere induktiven, Erwärmungskopf (L), und eine Aufhängung (201), welche die Plattform (200) trägt und welche ausgebildet ist, die Plattform (200) gesteuert entlang dreier senkrechter Raumrichtungen (X, Y, Z) innerhalb eines Aufbauraumes (AR) einer additiven Herstellungsanlage (100) zu bewegen. Weiterhin wird eine additive Herstellungsanlage (100), umfassend die Vorrichtung (300) und ein entsprechendes Verfahren zur additiven Herstellung angegeben.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Erwärmen eines Bauteilmaterials, additive Herstellungsanlage und Verfahren zur additiven Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum, ins besondere selektiven, Erwärmen oder Vorheizen eines Bauteil materials in der additiven Herstellung. Das Bauteilmaterial ist vorzugsweise ein Pulvermaterial für die pulverbettbasier te additive Herstellung des Bauteils. Weiterhin wird eine ad ditive Herstellungsanlage, umfassend die Vorrichtung sowie ein Verfahren zur additiven Herstellung des Bauteils, angege ben .
Das Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strö mungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gasturbine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer ni- ckel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein.
Moderne Gasturbinen sind Gegenstand stetiger Verbesserung, um ihre Effizienz zu steigern. Dies führt allerdings unter ande rem zu immer höheren Temperaturen im Heißgaspfad. Die metal lischen Materialien für Laufschaufeln, insbesondere in den ersten Stufen, wurden in letzter Zeit hinsichtlich ihrer Fes tigkeit, Kriecheigenschaften und Beständigkeit gegenüber thermomechanischer Ermüdung verbessert.
Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund ihres für die Industrie disruptiven Potenzials zunehmend interes sant auch für die Serienherstellung der oben genannten Turbi nenkomponenten, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder Brennerkomponenten .
Additive Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielswei se bekannt aus EP 2 601 006 Bl.
Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufac- turing") haben sich weiterhin als besonders vorteilhaft für komplexe oder filigran designte Bauteile, beispielsweise la byrinthartige Strukturen, Kühl- und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils fast ausschließlich auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei und der Wahl entsprechender Fertigungsparameter erfolgen kann.
Zur defektfreien oder defektarmen Verarbeitung von Metallen, insbesondere aber von y ' -gehärteten Nickelbasis- Superlegierungen im Rahmen der pulverbettbasierten additiven Fertigung bzw. „3D-Drucks" ist häufig eine Vorwärmung der aufzubauenden Struktur auf deutlich über 1000°C notwendig.
Vergleichbare Verfahren sind aus der konventionellen Ferti gung bereits bekannt (vgl. die Technologien zu den Stichwor ten „Hot Box Welding" oder „Sweat-Welding) . Eine Vorwärmung eines Bauteilmaterials oder Ausgangspulvers über die Bau plattform reicht, wegen der schlechten Wärmeleitung des pul verförmigen Materials jedoch beispielsweise nicht aus, um über die gesamte Bauhöhe eine entsprechende Vorwärmung oder ausreichende Erwärmung zu erreichen.
Die Verwendung einer lokal wirkenden „Induktionsheizung" ist beispielsweise in WO 2013/152751 Al beschrieben, wo ein Sys tem von kreuzartig angeordneten Spulen vorgeschlagen wird. Dieses System benötigt jedoch, wenn es in Form eines Vorheiz- modules in eine vorhandene additive Herstellungsanlage, bei spielsweise eine SLM Anlage, integriert wird, viel Platz, und schränkt daher einen zur Verfügung stehenden Bauraum und oder eine entsprechende Aufbaufläche stark ein. Ebenso muss dieses System beim Aufbringen einer neuen Pulverschicht immer wieder zurück in eine Art „Parkposition" gefahren werden, um nicht mit einer Beschichtungseinrichtung zu kollidieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welche die oben beschriebenen Probleme lösen. Ins besondere wird eine Vorrichtung präsentiert, welche auf ein fache und intelligente Weise eine selektive oder lokale in duktive Erwärmung des Bauteilmaterials ermöglicht. Zur Lösung gehört ebenfalls der Betrieb der genannten Vorrichtung, bei spielsweise implementiert in einer additiven Herstellungsan lage .
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge genstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrich tung zum, insbesondere selektiven, Erwärmen oder Vorwärmen eines Bauteilmaterials für die additive, insbesondere pulver bettbasierte, Herstellung des Bauteils. Die Vorrichtung um fasst eine Plattform mit einem, insbesondere induktiven, Er wärmungskopf. Durch dieses Mittel kann besonders zweckmäßig eine hohe Vorwärmtemperatur erreicht werden.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Aufhängung, welche die Plattform trägt oder hält und welche ausgebildet ist, die Plattform, beispielsweise kontrolliert oder gesteuert, ent lang dreier senkrechter Raumrichtungen innerhalb eines Auf bauraumes einer additiven Herstellungsanlage zu bewegen. Im Gegensatz zu bereits im Stand der Technik beschriebenen Lö sungen wird durch die Ausgestaltung der Aufhängung auch eine gezielte oder gesteuerte Bewegung der Plattform entlang der vertikalen räumlichen Z-Achse innerhalb des Aufbauraumes er möglicht .
Die Vorteile der vorgestellten Lösung betreffen im Gegensatz zu bereits bekannten Lösungen beispielsweise die Möglichkeit einer lokalen und intensiven Vorwärmung am Ort der Bearbei- tung, also „in situ" des eigentlichen lokalen Schmelzprozes ses durch einen Laser oder Elektronenstrahl. Der genannte Ort der Bearbeitung kann demnach ein (bewegliches) durch den Energiestrahl hervorgerufenes Schmelzbad in dem Bauteilmate rial bezeichnen.
Ein weiterer Vorteil betrifft die einfache Möglichkeit der flexiblen dreidimensionalen Positionierung der Plattform, vorzugsweise an jedem beliebigen Ort innerhalb eines Bauraums und über der Bauplattform. Die Vorrichtung beansprucht vor teilhafterweise nur einen geringen Raum innerhalb des Baufel des. Da die Plattform über die bereitgestellte Vorrichtung auch entlang der vertikalen Zeitachse bewegbar ist, wird ins besondere der Platzbedarf einer additiven Herstellungsanlage in X- und Y- Richtung nicht eingeschränkt.
Weiterhin kann am Ort der Bearbeitung bzw. der selektiven Verfestigung des Bauteilmaterials über die Vorrichtung bzw. die Plattform (in situ) eine Reaktionsatmosphäre geschaffen werden, welche sich vorteilhaft auf die Struktureigenschaften oder mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Bauteils auswirkt (siehe unten) .
In einer Ausgestaltung umfasst der Erwärmungskopf eine, ins besondere wassergekühlte, Induktionsspule, welche, insbeson dere über einen Hochfrequenzgenerator, beispielsweise der Vorrichtung, betrieben und/oder geregelt werden kann und aus gebildet ist, das Bauteilmaterial lokal auf eine Temperatur zwischen 800 °C und 1200 °C, insbesondere von 1000 °C oder mehr, zu erwärmen oder für den eigentlichen additiven Aufbau prozess vorzuheizen, d.h. auf eine geeignete Vorwärmtempera tur zu bringen. Durch das Vorwärmen können insbesondere hohe Temperaturgradienten am Ort des Schmelzbades oder in dessen Nähe, welche beispielsweise ohne eine entsprechende Erwärmung 1000 K/s übertreffen können, verhindert werden. Dadurch wird weiterhin vorteilhafterweise eine Entstehung von Risszentren oder Heißrissen eingeschränkt oder vermindert. In einer Ausgestaltung umfasst die Aufhängung vier Aktua toren, welche einzeln angesteuert und gleichmäßig, beispiels weise in viereckiger Anordnung, in dem Aufbauraum anbringbar sind. Die Aktuatoren sind vorzugsweise jeweils flexibel aus gestaltet, um eine Beweglichkeit der Plattform entlang der drei aufeinander senkrechten Raumrichtungen zu ermöglichen.
In einer Ausgestaltung werden die Aktuatoren jeweils flexibel ausgeführt .
In einer Ausgestaltung werden die Aktuatoren jeweils über ein Getriebe, einen Seilzug, einen Teleskoparm, pneumatische und/oder hydraulische Mittel angesteuert. Durch diese Ausge staltung können die Aktuatoren vorzugsweise besonders einfach flexibel ausgestaltet werden.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ein Tempera turmessgerät, beispielsweise eine Infrarotkamera oder ein Py rometer, welches angeordnet und ausgebildet ist - beispiels weise in Aufsicht auf eine Aufbaufläche betrachtet - die Tem peratur des Bauteilmaterials und auf der Aufbaufläche zu mes sen und/oder zu regeln oder zu kontrollieren. Durch diese Ausgestaltung kann vorteilhafterweise der Erwärmungskopf und damit die Vorwärmtemperatur des Bauteilmaterials überwacht und geregelt werden.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Schutz gasführung, welche an die Plattform gekoppelt und ausgebildet ist, ein Schutzgas, beispielsweise ein Inertgas, während der additiven Herstellung des Bauteils laminar oder parallel über und/oder senkrecht auf das Bauteilmaterial zu führen. Die senkrechte Führung des Schutzgases auf das Bauteileilmaterial kann beispielsweise über eine brausekopf-ähnliche Anordnung der Schutzgasführung bzw. eines entsprechenden Gasauslasses implementiert werden. Durch die Kopplung der Schutzgasführung an die Plattform kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass das Schutzgas lokal an oder in den Bereich des Bauteil materials geführt werden kann, welcher aktuell gerade aufge- schmolzen wird und/oder stark dazu tendiert zu korrodieren oder zu oxidieren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine additive Herstellungsanlage, umfassend die beschriebene Vor richtung. Die Herstellungsanlage umfasst vorzugsweise weiter hin eine Beschichtungsvorrichtung und eine Bestrahlungsvor richtung, wie bei bereits bekannten additiven Herstellungsan lagen. Die Vorrichtung ist jedoch in der Anlage, beispiels weise entlang der Aufbaurichtung des entsprechenden Bauteils betrachtet, oberhalb einer Aufbaufläche angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorwärmung und/oder additiven Herstellung, vor zugsweise ein Pulverbett-Verfahren, eines Bauteils umfassend das Aufträgen einer Schicht eines Bauteilmaterials auf einer Aufbaufläche mit der Beschichtungsvorrichtung.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Absenken oder Annähern einer Plattform in Richtung eines zu bestrahlenden Bereichs der Aufbaufläche.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Erwärmen des zu bestrah lenden Bereichs mittels des Erwärmungskopfes der Vorrichtung.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestrahlen des Bereichs mit einem Energiestrahl zur selektiven Verfestigung des Bau teilmaterials gemäß einer vorbestimmten Geometrie des Bau teils.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren - nach dem Be strahlen des Bereichs - das Heben oder Anheben der Bauplatt form aus einem Wirkungsbereich der Bestrahlungsvorrichtung heraus und das anschließende Wiederholen der beschriebenen Schritte des Auftragens, des Absenkens, des Erwärmens
und/oder des Bestrahlens. In einer Ausgestaltung werden die Schritte des beschriebenen Erwärmens und Bestrahlens zumindest teilweise gleichzeitig durchgeführt .
In einer Ausgestaltung wird das Bestrahlen des Bereichs syn chron, vorzugsweise zeit- und/oder ortsgleich, mit dem Erwär men durchgeführt, wobei der Energiestrahl während des additi ven Aufbaus des Bauteils beispielsweise durch ein Auge einer Induktionsspule der Vorrichtung bzw. des Erwärmungskopfes ge führt wird.
In einer Ausgestaltung wird das Bauteilmaterial lokal auf ei ne Temperatur von über 800 °C, vorzugsweise 1000 °C oder mehr, besonders bevorzugt 1200 °C oder mehr erwärmt.
In einer Ausgestaltung wird das Bauteilmaterial lokal auf ei ne Temperatur zwischen 800 °C und 1200 °C, insbesondere 1000 °C oder mehr, erwärmt.
In einer Ausgestaltung ist das Bauteilmaterial eine g
und/oder g' gehärtete nickel- oder kobaltbasierte Superlegie rung und das Bauteil eine im Heißgaspfad einer Gasturbine an gewendete oder vorgesehene Komponente.
In einer Ausgestaltung wird das Bauteilmaterial vor dem ei gentlichen additiven Aufbau, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen, lediglich vorgewärmt.
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie gend auf die Vorrichtung oder die additive Herstellungsanlage beziehen, können ferner das Verfahren zur additiven Herstel lung betreffen oder umgekehrt.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläu tert. Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Er findung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder", wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeu tet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 deutet anhand einer schematischen Schnittansicht einen pulverbett-basierten additiven Herstellungs prozess eines Bauteils an.
Figur 2 zeigt eine vereinfachte und schematische perspekti vische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 3 deutet anhand eines schematischen Flussdiagramms erfindungsgemäße Verfahrensschritte an.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Grö ßenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständ nis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine additive Herstellungsanlage 100. Die Anla ge 100 ist vorzugsweise eine Vorrichtung zum additiven Her stellen eines Bauteils (vergleiche Bezugszeichen 10) aus ei nem Pulverbett, beispielsweise durch selektives Laserschmel- zen oder Elektronenstrahlschmelzen. Die Anlage 100 weist eine Substratplatte 11 auf. Auf der Substratplatte bzw. dem Sub strat 11 wird im Zuge seiner additiven Herstellung, ein Bau teil 10 aufgebaut, d.h. vorzugsweise auch direkt stoffschlüs sig verbunden bzw. „verschweißt".
Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil, welches im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine, beispielswei se einer Gasturbine eingesetzt wird. Insbesondere kann das Bauteil eine Lauf- oder Leitschaufel , ein Segment oder Ring segment, ein Brennerteil oder eine Brennerspitze, eine Zarge, eine Schirmung, eine Düse, Dichtung, einen Filter, eine Mün dung oder Lanze, einen Resonator, Stempel oder einen Wirbler bezeichnen, oder einen entsprechenden Übergang, Einsatz, oder ein entsprechendes Nachrüstteil.
Das Bauteil 10 wird vorzugsweise in einem Aufbauraum AR der Anlage 100 aufgebaut.
Das Bauteil 10 ist in Figur 1 vorzugsweise nur teilweise auf gebaut dargestellt, beispielsweise aus lediglich zwei Schich ten S eines Bauteilmaterials P.
Bei dem Bauteilmaterial P kann es sich um ein Pulver einer g- und/oder g '-gehärteten, nickel- oder kobaltbasierte Superle gierung handeln.
Einzelne Schichten des Materials P für die Schichten S des Bauteils werden vorzugsweise über eine Beschichtungsvorrich tung 30 aufgetragen und anschließend mittels eines Energie strahls 21 für den Aufbau des Bauteils 10 selektiv aufge schmolzen und verfestigt. Der Energiestrahl wird vorzugsweise von einer Bestrahlungseinrichtung 20, beispielsweise darstel lend oder umfassend einen Elektronenstrahl- oder eine Laser quelle, ausgesendet.
Nachdem eine Schicht S aufgebaut wurde, wird die Substrat platte 11 vorzugsweise um ein der Schichtdicke S entsprechen- des Maß abgesenkt. Anschließend wird eine neue Pulverschicht für den Aufbau des Bauteils 10 aufgetragen, beispielsweise ausgehend von einem Pulvervorrat, welcher auf der linken Sei te in Figur 1 gezeigt ist.
Der additive Aufbauprozess wird vorzugsweise unter einer Inert- oder Schutzgasatmosphäre oder wenigstens in einer At mosphäre mit reduziertem Sauerstoffgehalt durchgeführt, um Korrosion, Oxidation oder weitere Einflüsse, welche die Qua lität des Bauteilmaterials, also des Pulvers P, oder des fi nal hergestellten Bauteils 10 beeinflussen, zu vermeiden.
Eine entsprechende Inertgasführung oder Schutzgasführung ist in Figur 1 nicht explizit gekennzeichnet; sie kann jedoch vorgesehen und ausgebildet sein, ein Inertgas, beispielsweise laminar, über eine Aufbaufläche AF zu führen.
Weiterhin ist in Figur 1 eine Kamera, beispielsweise eine Infrarotkamera 50, gezeigt, welche vorzugsweise angeordnet und ausgebildet ist, die Temperatur des Bauteilmaterials P auf der Aufbaufläche AF zu messen und/oder zu regeln.
Weiterhin ist in Figur 1 bereits eine erfindungsgemäße Platt form 200, beispielsweise einer Vorrichtung 300 (vergleiche Figur 2 unten) , gezeigt, über welche eine gezielte oder se lektive Erwärmung des Bauteilmaterials P erfolgen kann. Die Plattform 200 kann über eine Aufhängung 201 (Sie ebenfalls Figur 2 unten) gelagert und/oder bewegt werden.
Eine Aufbaurichtung (nicht explizit gekennzeichnet) für das Bauteil 10 entspricht in Figur 1 einer vertikal nach oben zeigenden Richtung.
Figur 2 zeigt Details einer Vorrichtung 300 bzw. eine Teilan sicht der Anlage 100, welche die Vorrichtung 300 enthält bzw. in welche die Vorrichtung 300 eingebaut ist, beispielsweise als Nachrüstsatz . In Figur 2 ist die Vorrichtung 300 oberhalb der Aufbaufläche AF angeordnet. Die Vorrichtung 300 ist vorzugsweise zum selektiven Erwärmen oder Vorwärmen des Bauteilmaterials P für die additive, ins besondere pulverbettbasierte, Herstellung eines Bauteils 10 vorgesehen .
Wie bereits anhand von Figur 1 angedeutet, umfasst die Vor richtung 300 eine Plattform 200 mit einem, insbesondere in duktiven, Erwärmungskopf L, und eine Aufhängung 201, welche die Plattform 200 trägt und welche ausgebildet ist, die
Plattform 200 entlang dreier senkrechter Raumrichtungen X, Y, Z innerhalb eines Aufbauraumes AR zu bewegen. Zusätzlich zu einer lateralen Bewegung in X-, oder Y-Richtung ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung 300 also auch eine vertikale Bewegung der Plattform 200 entlang der Z-Achse.
Die Plattform 200 kann beispielsweise ringförmig ausgestaltet sein, sodass, beispielsweise während der additiven Herstel lung des Bauteils 10, der Energiestrahl 21 durch sie hindurch geführt werden kann.
Der Erwärmungkopf L umfasst beispielsweise eine Induktions spule, wie eine Hochfrequenzspule, welche insbesondere über einen Hochfrequenzgenerator, betrieben und/oder geregelt wer den kann, und ausgebildet ist, das Bauteilmaterial P lokal auf eine Temperatur von über 800 °C, vorzugsweise 1000 °C, besonders bevorzugt 1200 °C oder mehr zu erwärmen, beispiels weise vor dem eigentlichen additiven Aufbau (vor) zuwärmen .
In einer Ausgestaltung wird das Bauteilmaterial lokal auf ei ne Temperatur in einem Bereich zwischen 800 °C und 1200 °C, insbesondere 1000 °C oder mehr, erwärmt.
Die Frequenz, bei der die beschriebene Spule bzw. der ent sprechende Generator betrieben werden kann, kann beispiels weise bis zu 2000 kHz bei Hochfrequenzgeneratoren betragen, und beispielsweise bis zu 200 kHz bei Mittelfrequenzgenerato- ren . Alternativ kann der Erwärmungskopf L andere Mittel zum Erwär men, beispielsweise eine Strahlungsheizung oder weitere aus dem Stand der Technik bekannte Mittel zum lokalen selektiven Erwärmen eines metallischen Pulvers, aufweisen.
Die Aufhängung 201 umfasst vorzugsweise drei oder vier Aktua toren 201. Eine Ausgestaltung mit vier in den Ecken des Auf bauraumes AR angeordneten Aktuatoren 201 ist in Figur 2 bei spielhaft explizit dargestellt. Die Aktuatoren 201 können, vorzugsweise einzeln angesteuert, und gleichmäßig in dem Auf bauraum AR angebracht oder befestigt sein, und/oder entspre chend angesteuert oder aktiviert werden.
Die Aktuatoren 201 können vorzugsweise weiterhin flexibel ausgestaltet sein, d.h. dass die Plattform 200 über eine ent sprechende Aktivierung der Aktuatoren 201 beispielsweise ent sprechend beliebiger in dem Aufbauraum AR liegender (kartesi scher) Koordinaten C,U,Z angeordnet oder bewegt werden kann. Dies kann beispielsweise über ein Getriebe, einen Seilzug, Teleskoparm oder pneumatische und/oder hydraulische Mittel erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, die Aktuatoren über Druckluft oder elektrisch angesteuerte Teleskoparme koordi niert und/oder aufeinander abgestimmt und gesteuert zu akti vieren .
Die Vorrichtung 300 weist weiterhin eine Schutzgasführung o- der Schutzgaszufuhr 220 auf. Die Schutzgasführung 220 ist, vorzugsweise ausgebildet, ein Schutzgas, beispielsweise ein Inertgas, wie Argon oder Helium oder andere Inertgase, wäh rend der additiven Herstellung des Bauteils 10 laminar über und/oder senkrecht auf das Bauteilmaterial P zu führen (vgl. Pfeile im Bereich des Schmelzbades SB in Figur 2) .
Eine senkrechte Führung des Schutzgases auf das Bauteilmate rial P kann beispielsweise über eine brause- oder duschkopf ähnliche Gasführung ermöglicht werden. Die Schutzgasführung 220 kann insbesondere eine miniaturi sierte und/oder endoskopische Schutzgasdüse umfassen oder darstellen und sorgt dadurch insbesondere lokal für eine Re duktion des Sauerstoffgehaltes in der selektiv vorgewärmten oder erwärmten Zone während der additiven Herstellung des Bauteils 10.
Diese genannte Schutzgasdüse (nicht explizit gekennzeichnet) kann insbesondere zusätzlich zu einer globalen oder laminaren Schutzgasführung, die den Sauerstoffgehalt oder Partialdruck in additiven Herstellungsprozessen bzw. in Bauräumen konven tioneller Anlagen mindert, vorgesehen sein.
Die Vorrichtung 300 oder die Anlage 100 kann weiterhin einen entsprechenden Schutzgasauslass (nicht explizit gekennzei- chent) aufweisen.
Bei der vorliegenden Erfindung bzw. bei der vorgestellten Vorrichtung 300 wird vorteilhafterweise eine Vorwärmung mit tels einer Hochfrequenzspule, welche von der Plattform 200 getragen wird, an insbesondere vier Aktuatoren aufgehängt. Damit kann die Spule, ähnlich einer Spinne bzw. eines Spin nenkörpers, über dem Baufeld oder der Aufbaufläche AF aufge hängt werden und durch eine entsprechende Aktivierung der Ak tuatoren 201 in jede XYZ-Position innerhalb des Bauraums AR bewegt werden.
Die vier Aktuatoren 201 sind beispielsweise jeweils in den Ecken des Aufbauraums AR angebracht und greifen alle in die Plattform 200.
Die Schutzgasführung 220 und beispielsweise ebenfalls eine Stromversorgung 210 sowie eine Steuerung des Erwärmungskopfes bzw. der Spulen L und Zuleitungen oder Versorgungen der
Schutzgasführung 220 oder der Stromversorgung 210 können ebenfalls an der, insbesondere ringförmigen, Plattform 200 angebracht sein. Die genannten Zuleitungen sind vorzugsweise ebenfalls flexibel ausgeführt, sodass keine Bewegungsein- Schränkung der Plattform 200 bzw. des Erwärmungskopfes L ent steht .
Figur 3 zeigt anhand eines schematischen Flussdiagramms Ver fahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens, insbeson dere eines Verfahren zum Betrieb der genannten Vorrichtung 300 bzw. eines additiven Herstellungsverfahrens.
Das Verfahren umfasst, a) , das Aufträgen einer Schicht S des Bauteilmaterials P auf der Aufbaufläche AF mittels der Be schichtungsvorrichtung 30.
Das Verfahren umfasst weiterhin, b) , das Absenken oder Anord nen der Plattform 200 in Richtung eines zu bestrahlenden Be reich B der Aufbaufläche AF.
Bei der genannten Bewegung der Plattform 200 wird diese vor zugsweise zumindest anteilig entlang der vertikalen Achse (Z- Achse) nach unten bewegt, um die Plattform bzw. vorzugsweise damit, den Erwärmungskopf L in Richtung des Bereichs B zu be wegen .
Der Bereich B beschreibt vorzugsweise den Bereich, welcher schichtweise für den additiven Aufbau des Bauteils 10 zur Be strahlung vorgesehen wird. Demgemäß kann der Bereich B late ral (in Aufsicht auf die Aufbaufläche AF betrachtet) ein Schmelzbad SB umfassen oder einschließen. Der Bereich B be schreibt vorzugsweise einen dynamischen oder - während des Aufbaus des Bauteils 10 - beweglichen Bereich oder eine ent sprechende Bestrahlungstraj ektorie .
Das Verfahren umfasst weiterhin, c) das Erwärmen oder Vorwär men des zu bestrahlenden Bereichs B, vorzugsweise eines grö ßeren Bereichs, welcher den Bereich B enthält, mittels des Erwärmungskopfes L der Vorrichtung 300. Das Verfahren umfasst weiterhin, d) , das Bestrahlen des Be reichs B mit einem Energiestrahl 21 gemäß einer vorbestimmten Geometrie des Bauteils 10.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren weiterhin, vorzugsweise nach dem Bestrahlen des Bereichs B (vergleiche Verfahrensschritte d) und e) , ein Heben oder Anheben der Plattform 200 aus einem Wirkungsbereich der Bestrahlungsvor richtung 30.
Der Wirkungsbereich beschreibt vorzugsweise einen Bereich knapp oberhalb der Aufbaufläche AF, innerhalb dem die Be strahlungsvorrichtung, insbesondere eine Rakel oder eine Klinge, lateral bewegt wird, also vorzugsweise einen Bereich, welcher im Aufbauraum nur einen kleinen vertikalen Bereich (Höhe in Z-Richtung) einnimmt.
Die genannten Verfahrensschritte können selbstverständlich im Wege der schichtweisen additiven Herstellung des Bauteils 10 entsprechend der Anzahl der noch folgenden und erforderlichen aufzubauenden Schichten wiederholt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden die beschriebe nen Schritte des Erwärmens (c) ) und des Bestrahlens (d) ) zu mindest teilweise gleichzeitig durchgeführt. Dies ist durch den gestrichelten Kreis in der Figur 3 angedeutet.
Das Bestrahlen des Bereichs B kann weiterhin synchron mit dem Erwärmen durchgeführt werden, wobei der Energiestrahl 21 bei spielsweise während des additiven Aufbaus des Bauteils 10 durch ein Auge (nicht explizit gekennzeichnet) der Indukti onsspule bzw. des Erwärmungskopfes und/oder der Vorrichtung 300 geführt wird. Dies kann vorteilhafterweise eine synchrone Bewegung mit einem Arbeitslaser (vgl. Bezugszeichen 21 in Fi gur 1) für den Aufbau des Bauteils 10 ermöglichen.
Mit anderen Worten kann ein Energiestrahl 21 während der Her stellung des Bauteils 10 im Betrieb immer durch das „Auge" der Induktionsspule L auf die vorbestimmte Position in dem Bereich B auf der Aufbaufläche AF zielen. Dieser Bereich B ist vorzugsweise derjenige Bereich welcher jedenfalls durch den Erwärmungskopf L erwärmt wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombi nation selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (300) zum selektiven Erwärmen eines Bauteilma terials (P) für die additive, insbesondere pulverbettbasier te, Herstellung eines Bauteils (10), umfassend:
- eine Plattform (200) mit einem, insbesondere induktiven, Erwärmungskopf (L) , und
- eine Aufhängung (201), welche die Plattform (200) trägt und welche ausgebildet ist, die Plattform (200) entlang dreier senkrechter Raumrichtungen (X, Y, Z) innerhalb eines Auf bauraumes (AR) einer additiven Herstellungsanlage (100) zu bewegen .
2. Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 1, wobei der Erwärmungs kopf (L) eine Induktionsspule umfasst, welche insbesondere über einen Hochfrequenzgenerator, betrieben und geregelt wer den kann, und ausgebildet ist, das Bauteilmaterial (P) lokal auf eine Temperatur zwischen 800 °C und 1200 °C, insbesondere 1000 °C oder mehr, zu erwärmen.
3. Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Auf hängung vier Aktuatoren (201) umfasst, welche einzeln ange steuert und gleichmäßig, beispielsweise in viereckiger Anord nung, in dem Aufbauraum (AR) anbringbar sind.
4. Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 3, wobei die Aktuatoren (201) jeweils über ein Getriebe, einen Seilzug, einen Teles koparm, pneumatisch und/oder hydraulisch angesteuert werden können .
5. Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprü che, umfassend ein Temperaturmessgerät, beispielsweise eine Infrarotkamera oder ein Pyrometer, welches angeordnet und ausgebildet ist, die Temperatur des Bauteilmaterials (P) auf einer Aufbaufläche (AF) zu messen und/oder zu regeln.
6. Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprü che, umfassend eine Schutzgasführung (220), welche an die Plattform (200) gekoppelt und ausgebildet ist, ein Schutzgas, beispielsweise ein Inertgas, während der additiven Herstel lung des Bauteils (10) laminar über und/oder senkrecht auf das Bauteilmaterial (P) zu führen.
7. Additive Herstellungsanlage (100), umfassend die Vorrich tung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter hin umfassend eine Beschichtungsvorrichtung (30) und eine Be strahlungsvorrichtung (20) und wobei die Vorrichtung (300) oberhalb einer Aufbaufläche (AF) angeordnet ist.
8. Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils (10) umfassend die folgenden Schritte:
- a) Aufträgen einer Schicht (S) eines Bauteilmaterials (P) auf einer Aufbaufläche (AF) mit einer Beschichtungsvorrich tung (30) ,
- b) Absenken einer Plattform (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in Richtung eines zu bestrahlenden Bereich (B) der Aufbaufläche (AF) ,
- c) Erwärmen des zu bestrahlenden Bereichs (B) mittels eines Erwärmungskopfes (L) der Vorrichtung (300), und
- d) Bestrahlen des Bereichs (B) mit einem Energiestrahl (21) gemäß einer vorbestimmten Geometrie des Bauteils (10) .
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, umfassend - nach dem Bestrah len des Bereichs (B) - , e) Heben der Plattform (200) aus ei nem Wirkungsbereich der Bestrahlungsvorrichtung (30) und an schließendes Wiederholen der Schritte a) bis d) .
10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Schritte c) und d) zumindest teilweise gleichzeitig durchgeführt werden.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Bestrahlen des Bereichs (B) synchron mit dem Erwärmen durch geführt wird, wobei der Energiestrahl (21) während des addi tiven Aufbaus des Bauteils (10) beispielsweise durch ein Auge einer Induktionsspule der Vorrichtung (300) geführt wird.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Bauteilmaterial (P) lokal auf eine Temperatur zwischen 800 °C und 1200 °C, insbesondere 1000 °C oder mehr, erwärmt wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das
Bauteilmaterial (P) eine g und/oder g', gehärtete nickel- o- der kobaltbasierte Superlegierung und das Bauteil (10) eine im Heißgaspfad einer Gasturbine angewendete Komponente ist und das Bauteilmaterial (P) vor dem eigentlichen additiven Aufbau, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen ledig lich vorgewärmt wird.
EP19726914.5A 2018-05-28 2019-05-06 Vorrichtung zum erwärmen eines bauteilmaterials, additive herstellungsanlage und verfahren zur additiven herstellung Withdrawn EP3740381A1 (de)

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