WO2008058513A1 - Electrode and method for producing an electrode - Google Patents

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WO2008058513A1
WO2008058513A1 PCT/DE2007/002027 DE2007002027W WO2008058513A1 WO 2008058513 A1 WO2008058513 A1 WO 2008058513A1 DE 2007002027 W DE2007002027 W DE 2007002027W WO 2008058513 A1 WO2008058513 A1 WO 2008058513A1
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electrode
laser
electrically
layer
working area
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PCT/DE2007/002027
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Christoph Ader
Roland Huttner
Michael Unger
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Mtu Aero Engines Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode for the electrochemical machining of a workpiece with at least one flushing channel for the flow and exit of an electrolyte at least in a working region of the electrode, wherein the electrode is formed as a cathodically polarized tool electrode and at least in the working area can have a geometry that theGermanept Geometry on the workpiece corresponds.
  • the invention further relates to methods for producing an electrode for the electrochemical machining of a workpiece and uses of the electrode according to the invention.
  • Electrodes for electrochemically machining a workpiece are known in a wide variety.
  • US-A-4 522 692 describes an electrode of the aforementioned type.
  • the electrode is composed of a plurality of elements, namely an electrode body and a porous electrode tip or a porous electrode end.
  • the electrode tip or the electrode end consists of a sintered metal powder.
  • a disadvantage of the known electrodes, however, is that they are not able to ensure a uniform flow of electrolyte or a uniform and sufficient electrolyte exchange.
  • An electrode according to the invention for the electrochemical machining of a workpiece wherein this electrode is designed as a cathodically polarized tool electrode and can have a geometry corresponding to the geometry to be ablated on the workpiece at least in one working area, comprises at least one flushing channel for the flow and exit of an electrolyte at least in the working area of the electrode.
  • the electrode is produced at least partially in layers by means of laser sintering, laser micro-sintering or laser melting or electron beam melting.
  • flushing channels no cutting production of flushing channels is required, there is an almost unlimited design freedom in the design of Spülkanalgeometrie.
  • the arrangement and the design of the flushing channel or the flushing channels are selected such that a uniform electrolyte flow in the working region of the electrode is ensured is.
  • the geometry of the flushing channel of the outer geometry of the electrode is adapted so that the electrode has a constant wall thickness.
  • the wall thickness of the electrode can be 0.05 to 5.0 mm. Other wall thicknesses are conceivable.
  • optimum flushing channels adapted to the imaging contour which ensure maximum electrolyte throughput and thus minimal processing times result.
  • the flushing channels may be rectangular, square, circular, semicircular, triangular and / or elliptical. Other forms or mixed forms or combinations thereof are conceivable.
  • the decisive factor here is that, according to the invention, the flow channels can be designed to be flow-optimized.
  • an electrode according to the invention has electrically conductive and electrically non-conductive regions.
  • the inventive layered structure of the electrode which is carried out by means of laser sintering, laser micro-sintering or laser melting or electron beam melting, it is possible to design electrically conductive and electrically non-conductive areas as desired.
  • an electrode according to the invention has a thickness of less than 0.45 mm, an electrode body electrically insulating at least to the outside, and an electrically conductive end face facing the working area.
  • Such an electrode according to the invention can be used in the production of low-pressure turbine blades in the production of sealing slits with a width of about 0.66 mm.
  • the walls of the electrode are non-conductive.
  • a method according to the invention for producing an above-described electrode according to the invention comprises the following steps: (a) layer-by-layer deposition of at least one powdery electrode material on a component platform; (b) local sintering or fusion of the electrode material by means of introduced energy Preferably, laser energy, wherein at least one energy beam, preferably laser beam is guided according to the layer information of the electrode to be produced on the applied electrode material layer; (c) lowering the component platform by a pre-defined layer thickness; and (d) repeating steps (a) through (c) until completion of the electrode.
  • the inventive method ensures that on the one hand the electrodes according to the invention are inexpensive to produce and on the other hand, a variety of electrode shapes and designs are possible.
  • the powdery electrode material may consist of graphite, ceramic, metal, a metal alloy, silicate, plastic or a mixture of these materials.
  • the radiation source used is advantageously a laser, preferably a CO 2 or Nd: YAG laser.
  • the shape and material structure of the electrode is determined as a computer-generated model, the layer information generated therefrom being used to control at least one powder reservoir, the component platform and the at least one beam source.
  • This method ensures an almost unlimited variety of shapes of the electrodes to be produced.
  • electrodes produced by the method according to the invention can have electrically conductive and electrically non-conductive regions.
  • an electrode can be generated and produced which has a thickness of less than 0.45 mm, an electrode body electrically insulating at least externally and an electrically conductive end face facing the working area. It is also possible to produce an electrically conductive electrode, which can then be at least partially isolated.
  • Such electrodes are used in particular in the production of sealing slits in the manufacture of low-pressure turbine blades.
  • This use according to the invention ensures a precise and rapid and cost-effective sealing slot production in the mentioned low-pressure turbine blades.
  • the sealing Slit production by means of the so-called precise electrochemical sinks almost force-free, so that there is only a very small wear on the electrode.
  • the electrodes produced according to the invention are reusable. This also results in a significant cost reduction in the use of erfindunlicen electrodes for Dichtschlitzermaschineung.
  • Another use of this electrode according to the invention or an electrode produced by the process according to the invention results in the production of engine components from nickel or titanium-based alloys, in particular for the production of blade profiles.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electrode according to the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view of the electrode according to FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic representation of an apparatus for carrying out a method according to the invention for the production of electrodes for the electrochemical machining of workpieces.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrode 10 for the electrochemical machining of a workpiece.
  • the electrode 10 has an electrode body 12 with corresponding side walls 20. It can be seen that a multiplicity of flushing channels 16 for flow and exit of an electrolyte are arranged in the electrode 10. In this case, the electrolyte exits in a working region 22 of the electrode 10.
  • the electrode 10 is designed as a cathodically polarized tool electrode and, in the exemplary embodiment, has a geometry in the working region 22 that corresponds to the geometry to be removed on the workpiece.
  • the rectangular electrode body 12 and the likewise rectangularly shaped end face 18 of the electrode 10 are used for example in the field of manufacturing of low-pressure turbine blades in the production of sealing slits.
  • the side walls 20 are formed in contrast to the end face 18 is electrically non-conductive.
  • the wall thickness of the electrode 10 is usually 0.05 to 5.00 mm.
  • the electrode 10 is in an illustrated embodiment made of stainless steel, wherein the electrode body 12 is insulated to the outside, d. H. electrically non-conductive, is formed. But it is also possible that the electrode 10 made of graphite, generally of metal or a metal alloy, such as a tungsten-copper alloy. Other electrically non-conductive materials, such as ceramic or plastic, can form subregions of the electrode 10.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the electrode 10 according to FIG. 1, detail (I). It can be seen clearly the overall rectangular configuration of the electrode 10 with the electrode body 12 and the working area 22 of the electrode 10 facing end surface 18. Furthermore, it can be seen that the flushing channels 16 are also rectangular. In the illustrated embodiment, the end face 18 is electrically conductive and the side walls 20 are at least in their outwardly directed region electrically non-conductive. The arrangement and the design of the flushing channels 16 are chosen such that a uniform flow of electrolyte in the working region 22 of the electrode 10 is ensured. It becomes clear that the geometry of the flushing channels 16 is adapted to the outer geometry of the electrode 10, so that the electrode 10 has a constant wall thickness. The flow channels 16 are also designed to optimize flow.
  • the configuration described above or the structure of the electrode 10 is made possible by the fact that the electrode 10 is produced in layers by means of laser sintering, laser micro-sintering or laser melting or electron beam melting.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device 24 for carrying out such a method for producing the electrode 10. It can be seen that the shape and the material structure of the electrode 10 is determined as a computer-generated model in a computer 26. The layer information generated therefrom is input as appropriate data into a control computer 28 of the device 24. These data are used to control two powder containers 36, a component platform 40 and a laser 30 and a laser 30 connected downstream of the scanner 30 in the exemplary embodiment. The computer 26 can also be used as a control computer 28 of the device 24.
  • a powder-shaped electrode material 34 stored in the powder storage containers 36 is applied in layers to the component platform 40.
  • a local sintering or a local fusion of the electrode material 34 takes place by means of laser energy, wherein a laser beam 38 of the laser 30 is guided over the applied electrode material layer 46 in accordance with the layer information of the electrode 10 to be produced.
  • the laser 30 can be a CO 2 or Nd: YAG laser.
  • the powder-like electrode materials 34 consist in particular of metal, as an electrically conductive component and ceramic as an electrically non-conductive component. But it is also possible that graphite, silicate or plastic powder or powder of a metal alloy or mixtures thereof are used.
  • a subsequent method step (c) the component platform 40 is lowered by a predefined layer thickness. Subsequently, the method steps (a) to (c) are repeated until the detection of the electrode 10. Furthermore, it can be seen that excess electrode material powder is collected in collection containers 42.
  • an electrode 10 produced in this way has a thickness of less than 0.45 mm, an electrode body 12 electrically insulating at least externally, and an electrically conductive end face 18 facing the working area 22.

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Abstract

The invention relates to an electrode for the electrochemical machining of a workpiece, comprising at least one flow channel (16) for carrying and discharging an electrolyte at least in a working region (22) of the electrode (10). The electrode (10) is embodied as a cathodically polarised tool electrode and can be the same size, at least the working region (22), as the size of the material to be removed from the workpiece. According to the invention, the electrode (10) is produced at least partially in layers by means of laser sintering, laser microsintering or laser melting, or electron beam melting. The invention also relates to a method for producing an electrode and to uses of said electrode.

Description

Elektrode und Verfahren zur Herstellung einer Elektrode Electrode and method for producing an electrode
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks mit mindestens einem Spülkanal zum Durchfluss und Austritt eines Elektrolyten zumindest in einem Arbeitsbereich der Elektrode, wobei die Elektrode als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet ist und zumindest in dem Arbeitsbereich eine Geometrie aufweisen kann, die der abzutragenden Geometrie auf dem Werkstück entspricht. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung einer Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks und Verwendungen der erfindungsgemäßen Elektrode.The present invention relates to an electrode for the electrochemical machining of a workpiece with at least one flushing channel for the flow and exit of an electrolyte at least in a working region of the electrode, wherein the electrode is formed as a cathodically polarized tool electrode and at least in the working area can have a geometry that the abzutragenden Geometry on the workpiece corresponds. The invention further relates to methods for producing an electrode for the electrochemical machining of a workpiece and uses of the electrode according to the invention.
Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks sind in einer großen Vielzahl bekannt. So beschreibt die US-A-4 522 692 eine Elektrode der eingangs genannten Art. Dabei ist die Elektrode aus mehreren Elementen aufgebaut, nämlich einem Elektrodenkörper und einer porösen Elektrodenspitze beziehungsweise einem porösen Elektrodenende. Die Elektrodenspitze beziehungsweise das Elektrodenende besteht dabei aus einem gesinterten Metallpulver. Nachteilig an den bekannten Elektroden ist jedoch, dass diese nicht in Lage sind einen gleichmäßigen Elektrolytfluss oder einen gleichmäßigen und genügenden Elektrolytaustausch zu gewährleisten.Electrodes for electrochemically machining a workpiece are known in a wide variety. Thus, US-A-4 522 692 describes an electrode of the aforementioned type. In this case, the electrode is composed of a plurality of elements, namely an electrode body and a porous electrode tip or a porous electrode end. The electrode tip or the electrode end consists of a sintered metal powder. A disadvantage of the known electrodes, however, is that they are not able to ensure a uniform flow of electrolyte or a uniform and sufficient electrolyte exchange.
Des Weiteren sind Verfahren zur Herstellung von Elektroden für die elektrochemische Bearbeitung von Werkstücken bekannt. Dabei kommen insbesondere Schleif- und Fräsverfahren zum Einsatz. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass diese Verfahren hinsichtlich der Herstellung dünnwandiger Elektroden nur begrenzt verwendet werden können, zudem ist die Erzeugung konturangepasster Spülkanäle für den Elektrolyten nicht möglich. Des Weiteren sind die notwendigen Spülbohrungen nur sehr aufwendig spanend realisierbar und hinsichtlich ihrer Miniaturisierung ebenfalls begrenzt. Dünnwandige und kleindimensionierte E- lektroden sind aber für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere im Triebwerksbau, wünschenswert. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Elektrode der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die einen gleichmäßigen Elektrolytfluss mittels mindestens einem Spülkanal bei einem gleichzeitig sehr klein dimensionierten Elektrodenaufbau gewährleistet.Furthermore, methods for the production of electrodes for the electrochemical machining of workpieces are known. In particular, grinding and milling processes are used. The disadvantage here, however, is that these methods can be used only to a limited extent with regard to the production of thin-walled electrodes; moreover, the generation of contour-adapted flushing channels for the electrolyte is not possible. Furthermore, the necessary flushing holes can only be realized with great difficulty and are also limited in terms of their miniaturization. However, thin-walled and small-dimensioned electrodes are desirable for a large number of applications, in particular in engine construction. It is therefore an object of the present invention to provide an electrode of the aforementioned type, which ensures a uniform electrolyte flow by means of at least one irrigation channel with a simultaneously very small dimensioned electrode structure.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks bereit zu stellen, welches einerseits kostengünstig durchführbar ist und andererseits eine Vielzahl von Elektrodenformen und -gestaltungen, insbesondere die Herstellung von Elektroden mit einem gleichmäßigen Elektrolytfluss mittels mindestens einem Spülkanal bei einem gleichzeitig sehr klein dimensionierten Elektrodenaufbau ermöglicht.It is a further object of the present invention to provide a method for producing an electrode for the electrochemical machining of a workpiece, which on the one hand is cost-effective and on the other hand a variety of electrode shapes and designs, in particular the production of electrodes with a uniform electrolyte flow by means of at least one irrigation channel allows at the same time a very small dimensioned electrode structure.
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden durch eine Elektrode mit den im Anspruch 1 dargelegten Merkmalen, sowie durch das im Anspruch 10 dargestellte Verfahren gelöst.The objects underlying the invention are achieved by an electrode having the features set out in claim 1, as well as by the method illustrated in claim 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments are described in the respective subclaims.
Eine erfindungsgemäße Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks, wobei diese Elektrode als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet ist und zumindest in einem Arbeitsbereich eine Geometrie aufweisen kann, die der abzutragenden Geometrie auf dem Werkstück entspricht, umfasst mindestens einen Spülkanal zum Durch- fluss und Austritt eines Elektrolyten zumindest im Arbeitsbereich der Elektrode. Erfϊn- dungsgemäß ist die Elektrode zumindest teilweise schichtweise mittels Lasersintern, Lasermikrosintern oder Laserschmelzen bzw. Elektronenstrahlschmelzen hergestellt. Durch Herstellung der Elektrode mittels Lasersintern, Lasermikrosintern oder Laserschmelzen bzw. Elektronenstrahlschmelzen ist ein sehr kleindimensionierter Elektrodenaufbau möglich. Zudem ist keine spanende Erzeugung von Spülkanälen erforderlich, es ergibt sich eine nahezu unbegrenzte Gestaltungsfreiheit bei der Auslegung der Spülkanalgeometrie. Dabei sind die Anordnung und die Ausgestaltung des Spülkanals oder der Spülkanäle derart gewählt, dass ein gleichmäßiger Elektrolytfluss im Arbeitsbereich der Elektrode gewährleistet ist. Es ist zudem möglich, dass die Geometrie des Spülkanals der Außengeometrie der E- lektrode angepasst ist, so dass die Elektrode eine konstante Wandstärke aufweist. Die Wandstärke der Elektrode kann dabei 0,05 bis 5,0 mm betragen. Auch andere Wandstärken sind denkbar. Insgesamt ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Elektrode optimale, an die abbildende Kontur angepasste Spülkanäle, die einen maximalen Elektrolytdurchsatz und somit minimale Bearbeitungsdauern gewährleisten.An electrode according to the invention for the electrochemical machining of a workpiece, wherein this electrode is designed as a cathodically polarized tool electrode and can have a geometry corresponding to the geometry to be ablated on the workpiece at least in one working area, comprises at least one flushing channel for the flow and exit of an electrolyte at least in the working area of the electrode. According to the invention, the electrode is produced at least partially in layers by means of laser sintering, laser micro-sintering or laser melting or electron beam melting. By manufacturing the electrode by means of laser sintering, laser microsintern or laser melting or electron beam melting, a very small dimensioned electrode structure is possible. In addition, no cutting production of flushing channels is required, there is an almost unlimited design freedom in the design of Spülkanalgeometrie. In this case, the arrangement and the design of the flushing channel or the flushing channels are selected such that a uniform electrolyte flow in the working region of the electrode is ensured is. It is also possible that the geometry of the flushing channel of the outer geometry of the electrode is adapted so that the electrode has a constant wall thickness. The wall thickness of the electrode can be 0.05 to 5.0 mm. Other wall thicknesses are conceivable. Overall, in the case of the electrode according to the invention, optimum flushing channels adapted to the imaging contour which ensure maximum electrolyte throughput and thus minimal processing times result.
In vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Elektrode können die Spülkanäle rechteckig, quadratisch, kreisförmig, halbkreisförmig, dreieckig und/oder elliptisch ausgebildet sein. Auch andere Formen oder Mischformen bzw. Kombinationen hiervon sind denkbar. Entscheidend dabei ist, dass erfindungsgemäß die Strömungskanäle strömungsop- timiert ausgebildet werden können.In advantageous embodiments of the electrode according to the invention, the flushing channels may be rectangular, square, circular, semicircular, triangular and / or elliptical. Other forms or mixed forms or combinations thereof are conceivable. The decisive factor here is that, according to the invention, the flow channels can be designed to be flow-optimized.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode weist diese elektrisch leitende und elektrisch nicht-leitende Bereiche auf. Durch den erfindungsgemäß schichtweisen Aufbau der Elektrode, der mittels Lasersintern, Lasermikrosintern oder Laserschmelzen bzw. Elektronenstrahlschmelzen durchgeführt wird, ist es möglich, nach Belieben elektrisch leitende und elektrisch nicht-leitende Bereiche zu gestalten. Gemäß einer Ausführung weist dabei eine erfmdungsgemäße Elektrode eine Dicke von kleiner als 0,45 mm, einen elektrisch zumindest nach außen isolierenden Elektrodenkörper und eine dem Arbeitsbereich zugewandte, elektrisch leitende Stirnseite auf. Eine derartige erfindungsgemäße Elektrode kann im Bereich der Fertigung von Niederdruckturbinenschaufeln bei der Herstellung von Dichtschlitzen mit einer Breite von ca. 0,66 mm verwendet werden. Die Wände der Elektrode sind dabei nicht-leitend ausgebildet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine elektrisch leitende Elektrode erfindungsgemäß herzustellen und bestimmte Bereiche anschließend elektrisch isolierend auzugestalten.In a further advantageous embodiment of the electrode according to the invention, this has electrically conductive and electrically non-conductive regions. The inventive layered structure of the electrode, which is carried out by means of laser sintering, laser micro-sintering or laser melting or electron beam melting, it is possible to design electrically conductive and electrically non-conductive areas as desired. According to one embodiment, an electrode according to the invention has a thickness of less than 0.45 mm, an electrode body electrically insulating at least to the outside, and an electrically conductive end face facing the working area. Such an electrode according to the invention can be used in the production of low-pressure turbine blades in the production of sealing slits with a width of about 0.66 mm. The walls of the electrode are non-conductive. Alternatively, however, it is also possible to produce an electrically conductive electrode according to the invention and then to design certain areas in an electrically insulating manner.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer im vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Elektrode umfasst folgende Schritte: (a) Schichtweiser Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Elektrodenwerkstoff auf eine Bauteilplattform; (b) Lokales Versintern oder Verschmelzen des Elektrodenwerkstoffs mittels eingebrachter Ener- gie, bevorzugt Laserenergie, wobei mindestens ein Energiestrahl, bevorzugt Laserstrahl entsprechend der Schichtinformation der herzustellenden Elektrode über die aufgetragene Elektrodenwerkstoffschicht geführt wird; (c) Absenken der Bauteilplattform um eine vor- defmierte Schichtdicke; und (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) bis zur Fertigstellung der Elektrode. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, dass einerseits die erfindungsgemäßen Elektroden kostengünstig herstellbar sind und andererseits eine Vielzahl von Elektrodenformen und -gestaltungen möglich sind. Insbesondere betrifft dies die Herstellung von Elektroden mit einem gleichmäßigen Elektrolytfluss mittels mindestens einen Spülkanals bei einem gleichzeitig sehr kleindimensionierten Elektrodenaufbau. Beispielhaft kann der pulverförmige Elektrodenwerkstoff aus Graphit, Keramik, Metall, einer Metall-Legierung, Silikat, Kunststoff oder einer Mischung dieser Materialien bestehen. Die verwendete Strahlungsquelle ist vorteilhafterweise ein Laser, vorzugsweise ein CO2- oder Nd:YAG-Laser.A method according to the invention for producing an above-described electrode according to the invention comprises the following steps: (a) layer-by-layer deposition of at least one powdery electrode material on a component platform; (b) local sintering or fusion of the electrode material by means of introduced energy Preferably, laser energy, wherein at least one energy beam, preferably laser beam is guided according to the layer information of the electrode to be produced on the applied electrode material layer; (c) lowering the component platform by a pre-defined layer thickness; and (d) repeating steps (a) through (c) until completion of the electrode. The inventive method ensures that on the one hand the electrodes according to the invention are inexpensive to produce and on the other hand, a variety of electrode shapes and designs are possible. In particular, this relates to the production of electrodes with a uniform electrolyte flow by means of at least one flushing channel with a very small dimensioned electrode structure. By way of example, the powdery electrode material may consist of graphite, ceramic, metal, a metal alloy, silicate, plastic or a mixture of these materials. The radiation source used is advantageously a laser, preferably a CO 2 or Nd: YAG laser.
Li einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Form und der Materialaufbau der Elektrode als computergeneriertes Modell bestimmt, wobei die daraus generierten Schichtinformationen zur Steuerung von mindestens einem Pulvervorratsbehälter, der Bauteilplattform und der mindestens einen Strahlquelle verwendet werden. Dieses Verfahren gewährleistet eine nahezu unbegrenzte Formenvielfalt der herzustellenden Elektroden. Insbesondere können dabei durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Elektroden elektrisch leitende und elektrisch nicht-leitende Bereiche aufweisen. So kann beispielhaft eine Elektrode generiert und hergestellt werden, die eine Dicke von kleiner als 0,45 mm, einen elektrisch zumindest nach außen isolierenden Elektrodenkörper und eine dem Arbeitsbereich zugewandte, elektrisch leitende Stirnseite aufweist. Möglich ist auch die Herstellung einer elektrisch leitenden Elektrode, die anschließend zumindest teilweise isoliert werden kann.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the shape and material structure of the electrode is determined as a computer-generated model, the layer information generated therefrom being used to control at least one powder reservoir, the component platform and the at least one beam source. This method ensures an almost unlimited variety of shapes of the electrodes to be produced. In particular, electrodes produced by the method according to the invention can have electrically conductive and electrically non-conductive regions. Thus, by way of example, an electrode can be generated and produced which has a thickness of less than 0.45 mm, an electrode body electrically insulating at least externally and an electrically conductive end face facing the working area. It is also possible to produce an electrically conductive electrode, which can then be at least partially isolated.
Derartige Elektroden finden insbesondere bei der Herstellung von Dichtschlitzen bei der Fertigung von Niederdruckturbinenschaufeln Verwendung. Diese erfindungsgemäße Verwendung gewährleistet eine exakte und schnelle sowie kostengünstige Dichtschlitzerzeugung bei den genannten Niederdruckturbinenschaufeln. Insbesondere erfolgt die Dicht- Schlitzerzeugung mittels dem so genannten präzisen elektrochemischen Senken nahezu kraftfrei, so dass es nur zu einem sehr geringen Verschleiß an der Elektrode kommt. Zudem sind die erfindungsgemäß hergestellten Elektroden wiederverwendbar. Auch dadurch ergibt sich eine deutliche Kostenreduzierung bei der Verwendung der erfindungemäßen Elektroden zur Dichtschlitzerzeugung. Des Weiteren besteht die Möglichkeit zur Automation der Dichtschlitzerzeugung mittels des genannten präzisen elektrochemischen Senkens.Such electrodes are used in particular in the production of sealing slits in the manufacture of low-pressure turbine blades. This use according to the invention ensures a precise and rapid and cost-effective sealing slot production in the mentioned low-pressure turbine blades. In particular, the sealing Slit production by means of the so-called precise electrochemical sinks almost force-free, so that there is only a very small wear on the electrode. In addition, the electrodes produced according to the invention are reusable. This also results in a significant cost reduction in the use of erfindungemäßen electrodes for Dichtschlitzerzeugung. Furthermore, there is the possibility to automate the sealing slot production by means of said precise electrochemical sinking.
Eine weitere Verwendung dieser erfindungemäßen Elektrode oder einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektrode ergibt sich bei der Herstellung von Triebwerksbauteilen aus Nickel- oder Titanbasislegierungen, insbesondere zur Herstellung von Schaufelprofilen.Another use of this electrode according to the invention or an electrode produced by the process according to the invention results in the production of engine components from nickel or titanium-based alloys, in particular for the production of blade profiles.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiels. Dabei zeigenFurther advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a drawing illustrated embodiment. Show
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode;Figure 1 is a schematic representation of an electrode according to the invention;
Figur 2 eine Detailansicht der Elektrode gemäß Figur 1 ; undFIG. 2 shows a detailed view of the electrode according to FIG. 1; and
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchfuhrung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Elektroden für die elektrochemische Bearbeitung von Werkstücken.Figure 3 is a schematic representation of an apparatus for carrying out a method according to the invention for the production of electrodes for the electrochemical machining of workpieces.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrode 10 zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstückes. Ausgehend von einem Elektrodenfuß 14 weist die Elektrode 10 einen Elektrodenkörper 12 mit entsprechenden Seitenwänden 20 auf. Man erkennt, dass in der Elektrode 10 eine Vielzahl von Spülkanälen 16 zum Durchfluss und Austritt eines Elektrolyten angeordnet sind. Der Elektrolyt tritt dabei in einem Arbeitsbereich 22 der E- lektrode 10 aus. Die Elektrode 10 ist als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet und weist in dem Ausführungsbeispiel in dem Arbeitsbereich 22 eine Geometrie auf, die der abzutragenden Geometrie auf dem Werkstück entspricht. Der rechteckige Elektroden- körper 12 und die ebenfalls rechteckig ausgebildete Stirnfläche 18 der Elektrode 10 werden zum Beispiel im Bereich der Fertigung von Niederdruckturbinenschaufeln bei der Herstellung von Dichtschlitzen verwendet. Die Seitenwände 20 sind dabei im Gegensatz zur Stirnfläche 18 elektrisch nicht-leitend ausgebildet. Die Wandstärke der Elektrode 10 beträgt üblicherweise 0,05 bis 5,00 mm.FIG. 1 shows a schematic representation of an electrode 10 for the electrochemical machining of a workpiece. Starting from an electrode foot 14, the electrode 10 has an electrode body 12 with corresponding side walls 20. It can be seen that a multiplicity of flushing channels 16 for flow and exit of an electrolyte are arranged in the electrode 10. In this case, the electrolyte exits in a working region 22 of the electrode 10. The electrode 10 is designed as a cathodically polarized tool electrode and, in the exemplary embodiment, has a geometry in the working region 22 that corresponds to the geometry to be removed on the workpiece. The rectangular electrode body 12 and the likewise rectangularly shaped end face 18 of the electrode 10 are used for example in the field of manufacturing of low-pressure turbine blades in the production of sealing slits. The side walls 20 are formed in contrast to the end face 18 is electrically non-conductive. The wall thickness of the electrode 10 is usually 0.05 to 5.00 mm.
Die Elektrode 10 besteht in einem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Edelstahl, wobei der Elektrodenkörper 12 nach außen isoliert, d. h. elektrisch nicht-leitend, ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, dass die Elektrode 10 aus Graphit, allgemein aus Metall oder einer Metall-Legierung, wie zum Beispiel einer Wolfram-Kupfer-Legierung besteht. Auch andere elektrisch nicht-leitende Materialien, wie Keramik oder Kunststoff, können Teilbereiche der Elektrode 10 ausbilden.The electrode 10 is in an illustrated embodiment made of stainless steel, wherein the electrode body 12 is insulated to the outside, d. H. electrically non-conductive, is formed. But it is also possible that the electrode 10 made of graphite, generally of metal or a metal alloy, such as a tungsten-copper alloy. Other electrically non-conductive materials, such as ceramic or plastic, can form subregions of the electrode 10.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht der Elektrode 10 gemäß Figur 1, Ausschnitt (I). Man erkennt deutlich die insgesamt rechteckige Ausbildung der Elektrode 10 mit dem Elektrodenkörper 12 und der dem Arbeitsbereich 22 der Elektrode 10 zugewandten Stirnfläche 18. Des Weiteren erkennt man, dass die Spülkanäle 16 ebenfalls rechteckig ausgebildet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche 18 elektrisch leitend und die Seitenwände 20 zumindest in ihrem nach außen gerichteten Bereich elektrisch nicht-leitend ausgebildet. Die Anordnung und die Ausgestaltung der Spülkanäle 16 sind derart gewählt, dass ein gleichmäßiger Elektrolytfluss im Arbeitsbereich 22 der Elektrode 10 gewährleistet ist. Es wird deutlich, dass die Geometrie der Spülkanäle 16 der Außengeometrie der Elektrode 10 angepasst ist, so dass die Elektrode 10 eine konstante Wandstärke aufweist. Die Strömungskanäle 16 sind zudem strömungsoptimiert ausgebildet.FIG. 2 shows a detailed view of the electrode 10 according to FIG. 1, detail (I). It can be seen clearly the overall rectangular configuration of the electrode 10 with the electrode body 12 and the working area 22 of the electrode 10 facing end surface 18. Furthermore, it can be seen that the flushing channels 16 are also rectangular. In the illustrated embodiment, the end face 18 is electrically conductive and the side walls 20 are at least in their outwardly directed region electrically non-conductive. The arrangement and the design of the flushing channels 16 are chosen such that a uniform flow of electrolyte in the working region 22 of the electrode 10 is ensured. It becomes clear that the geometry of the flushing channels 16 is adapted to the outer geometry of the electrode 10, so that the electrode 10 has a constant wall thickness. The flow channels 16 are also designed to optimize flow.
Die im vorhergehenden beschriebene Ausgestaltung bzw. der Aufbau der Elektrode 10 wird dadurch möglich, dass die Elektrode 10 schichtweise mittels Lasersintern, Lasermikrosintern oder Laserschmelzen bzw. Elektronenstrahlschmelzen hergestellt ist.The configuration described above or the structure of the electrode 10 is made possible by the fact that the electrode 10 is produced in layers by means of laser sintering, laser micro-sintering or laser melting or electron beam melting.
Figur 3 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 24 zur Durchführung eines derartigen Verfahren zur Herstellung der Elektrode 10. Man erkennt, dass die Form und der Materialaufbau der Elektrode 10 als computergeneriertes Modell in einem Computer 26 bestimmt wird. Die daraus generierten Schichtinformationen werden als entsprechende Daten in einen Steuerrechner 28 der Vorrichtung 24 eingegeben. Diese Daten dienen zur Steuerung zweier in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Pulverbehälter 36, einer Bauteilplattform 40 und eines Lasers 30 sowie einem dem Laser 30 nachgeschalteten Scanner 32. Der Computer 26 kann dabei auch als Steuerrechner 28 der Vorrichtung 24 verwendet werden.FIG. 3 shows a schematic representation of a device 24 for carrying out such a method for producing the electrode 10. It can be seen that the shape and the material structure of the electrode 10 is determined as a computer-generated model in a computer 26. The layer information generated therefrom is input as appropriate data into a control computer 28 of the device 24. These data are used to control two powder containers 36, a component platform 40 and a laser 30 and a laser 30 connected downstream of the scanner 30 in the exemplary embodiment. The computer 26 can also be used as a control computer 28 of the device 24.
Mittels eines Wischers 44 wird in einem ersten Verfahrensschritt (a) ein in den Pulvervorratsbehältern 36 gelagerter pul verförmiger Elektrodenwerkstoff 34 auf die Bauteilplattform 40 schichtweise aufgetragen. In einem nächsten Verfahrensschritt (b) erfolgt eine lokale Versinterung oder eine lokale Verschmelzung des Elektrodenwerkstoffs 34 mittels Laserenergie, wobei ein Laserstrahl 38 des Lasers 30 entsprechend der Schichtinformation der herzustellenden Elektrode 10 über die aufgetragene Elektrodenwerkstoffschicht 46 geführt wird. Der Laser 30 kann dabei ein CO2- oder Nd:YAG-Laser sein. Es ist allerdings auch möglich, den Laser 30 durch eine Elektrodenstrahlquelle zu ersetzen. Die pul verförmigen Elektrodenwerkstoffe 34 bestehen im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel insbesondere aus Metall, als elektrisch leitende Komponente und Keramik als elektrisch nicht-leitende Komponente. Es ist aber auch möglich, dass Graphit-, Silikat- oder Kunststoffpulver oder Pulver einer Metall-Legierung oder Mischungen davon verwendet werden.By means of a wiper 44, in a first method step (a), a powder-shaped electrode material 34 stored in the powder storage containers 36 is applied in layers to the component platform 40. In a next method step (b), a local sintering or a local fusion of the electrode material 34 takes place by means of laser energy, wherein a laser beam 38 of the laser 30 is guided over the applied electrode material layer 46 in accordance with the layer information of the electrode 10 to be produced. The laser 30 can be a CO 2 or Nd: YAG laser. However, it is also possible to replace the laser 30 by an electron beam source. In the exemplary embodiment illustrated, the powder-like electrode materials 34 consist in particular of metal, as an electrically conductive component and ceramic as an electrically non-conductive component. But it is also possible that graphite, silicate or plastic powder or powder of a metal alloy or mixtures thereof are used.
In einem sich anschließenden Verfahrensschritt (c) erfolgt ein Absenken der Bauteilplattform 40 um eine vordefinierte Schichtdicke. Anschließend werden die Verfahrensschritte (a) bis (c) bis zur Feststellung der Elektrode 10 wiederholt. Des Weiteren erkennt man, dass überschüssiges Elektrodenwerkstoffpulver in Auffangbehältern 42 gesammelt wird.In a subsequent method step (c), the component platform 40 is lowered by a predefined layer thickness. Subsequently, the method steps (a) to (c) are repeated until the detection of the electrode 10. Furthermore, it can be seen that excess electrode material powder is collected in collection containers 42.
Eine derart hergestellte Elektrode 10 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Dicke von kleiner als 0,45 mm, einen elektrisch zumindest nach außen isolierenden Elektrodenkörper 12 und eine dem Arbeitsbereich 22 zugewandte, elektrisch leitende Stirnseite 18 auf. According to the exemplary embodiment, an electrode 10 produced in this way has a thickness of less than 0.45 mm, an electrode body 12 electrically insulating at least externally, and an electrically conductive end face 18 facing the working area 22.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks mit mindestens einem Spülkanal (16) zum Durchfluss und Austritt eines Elektrolyten zumindest in einem Arbeitsbereich (22) der Elektrode (10), wobei die Elektrode (10) als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet ist und zumindest in dem Arbeitsbereich (22) eine Geometrie aufweisen kann, die der abzutragenden Geometrie auf dem Werkstück entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10) zumindest teilweise schichtweise mittels Lasersintern, Lasermikrosintern, Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen hergestellt ist.1. electrode for electrochemical machining of a workpiece having at least one flushing channel (16) for flow and exit of an electrolyte at least in a working region (22) of the electrode (10), wherein the electrode (10) is formed as a cathodically poled tool electrode and at least in the Working area (22) may have a geometry corresponding to the geometry to be ablated on the workpiece, characterized in that the electrode (10) is at least partially produced in layers by means of laser sintering, laser micro-sintering, laser melting or electron beam melting.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und die Ausgestaltung des Spülkanals (16) oder der Spülkanäle (16) derart gewählt ist, dass ein gleichmäßiger Elektrolytfluss im Arbeitsbereich (22) der Elektrode (10) gewährleistet ist.2. An electrode according to claim 1, characterized in that the arrangement and the design of the flushing channel (16) or the flushing channels (16) is selected such that a uniform flow of electrolyte in the working area (22) of the electrode (10) is ensured.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülkanal (16) der Außengeometrie der Elektrode (10) angepasst ist, derart, dass die Elektrode (10) eine konstante Wandstärke aufweist.3. An electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the flushing channel (16) of the outer geometry of the electrode (10) is adapted, such that the electrode (10) has a constant wall thickness.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der E- lektrode (10) 0,05 bis 5,0 mm beträgt.4. An electrode according to claim 3, characterized in that the wall thickness of the elec- trode (10) is 0.05 to 5.0 mm.
5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülkanal (16) rechteckig, quadratisch, kreisförmig, halbkreisförmig, dreieckig und/oder elliptisch ausgebildet ist.5. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the flushing channel (16) is rectangular, square, circular, semicircular, triangular and / or elliptical.
6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10) elektrisch leitende und elektrisch nicht-leitende Bereiche aufweist. 6. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (10) has electrically conductive and electrically non-conductive regions.
7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10) eine Dicke von kleiner als 0,45 mm, einen elektrisch zumindest nach außen isolierenden Elektrodenkörper (12) und eine dem Arbeitsbereich (22) zugewandte, elektrisch leitende Stirnseite (18) aufweist.7. An electrode according to claim 6, characterized in that the electrode (10) has a thickness of less than 0.45 mm, an electrically at least outwardly insulating electrode body (12) and the working area (22) facing, electrically conductive end face (18th ) having.
8. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (16) strömungsoptimiert ausgebildet ist.8. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel (16) is designed to optimize flow.
9. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10) aus Graphit, aus Metall, vorzugsweise Edelstahl oder einer Metall-Legierung, vorzugsweise einer Wolfram-Kupfer-Legierung besteht.9. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (10) consists of graphite, of metal, preferably stainless steel or a metal alloy, preferably a tungsten-copper alloy.
10. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Schichtweiser Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Elektrodenwerkstoff (34) auf eine Bauteilplattform (40); b) Lokales Versintern oder Verschmelzen des Elektrodenwerkstoffs (34) mittels eingebrachter Energie, insbesondere Laserenergie, wobei mindestens ein Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl (30) entsprechend der Schichtinformation der herzustellenden Elektrode (10) über die aufgetragene Elektrodenwerkstoffschicht (46) gefuhrt wird; c) Absenken der Bauteilplattform (40) um eine vordefmierte Schichtdicke; d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis zur Fertigstellung der Elektrode (10).10. A method for producing an electrode according to one of claims 1 to 9, characterized in that the method comprises the following steps: a) layer by layer deposition of at least one powdery electrode material (34) on a component platform (40); b) local sintering or fusion of the electrode material (34) by means of introduced energy, in particular laser energy, wherein at least one energy beam, in particular laser beam (30) according to the layer information of the electrode to be produced (10) on the applied electrode material layer (46) is guided; c) lowering the component platform (40) by a pre-fused layer thickness; d) repeating steps a) to c) until completion of the electrode (10).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der pulverförmige E- lektrodenwerkstoff (34) aus Graphit, Keramik, Metall, einer Metall-Legierung, Silikat, Kunststoff oder einer Mischung davon besteht.11. The method according to claim 10, characterized in that the powdered E- lektrodenwerkstoff (34) made of graphite, ceramic, metal, a metal alloy, silicate, plastic or a mixture thereof.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (30) ein CO2- oder Nd: YAG-Laser ist. 12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the laser (30) is a CO 2 - or Nd: YAG laser.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und der Materialaufbau der Elektrode (10) als computergeneriertes Modell bestimmt wird und die daraus generierten Schichtinformationen zur Steuerung von mindestens einem Pulvervorratsbehälter (36), der Bauteilplattform (40) und mindestens einer Strahlquelle, insbesondere Laser (30) verwendet werden.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the shape and the material structure of the electrode (10) is determined as a computer-generated model and the information generated therefrom layer information for controlling at least one powder reservoir (36), the component platform (40). and at least one beam source, in particular laser (30) are used.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Verfahren hergestellte Elektrode (10) elektrisch leitende und elektrisch nicht-leitende Bereiche aufweist.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the electrode produced by the method (10) has electrically conductive and electrically non-conductive regions.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10) eine Dicke von kleiner als 0,45 mm, einen elektrisch zumindest nach außen isolierenden Elektrodenkörper (12) und eine einem Arbeitsbereich (22) zugewandte, elektrisch leitende Stirnseite (18) aufweist.15. The method according to claim 14, characterized in that the electrode (10) has a thickness of less than 0.45 mm, an electrically at least outwardly insulating electrode body (12) and a working area (22) facing, electrically conductive end face (18th ) having.
16. Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Elektrode hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15 zur Herstellung von Dichtschlitzen bei der Fertigung von Niederdruckturbinenschaufeln.16. Use of an electrode according to any one of claims 1 to 9 or an electrode prepared by a method according to any one of claims 10 to 15 for the production of sealing slits in the manufacture of low-pressure turbine blades.
17. Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Elektrode hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15 zur Herstellung von Triebwerksbauteilen aus Nickel- oder Titanbasislegierungen, insbesondere zur Herstellung von Schaufelprofilen. 17. Use of an electrode according to one of claims 1 to 9 or an electrode prepared by a method according to any one of claims 10 to 15 for the production of engine components made of nickel or titanium-based alloys, in particular for the production of blade profiles.
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