DE102015008918B4 - Process for the additive manufacturing of three-dimensional components - Google Patents
Process for the additive manufacturing of three-dimensional components Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015008918B4 DE102015008918B4 DE102015008918.8A DE102015008918A DE102015008918B4 DE 102015008918 B4 DE102015008918 B4 DE 102015008918B4 DE 102015008918 A DE102015008918 A DE 102015008918A DE 102015008918 B4 DE102015008918 B4 DE 102015008918B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- arc
- wire
- component
- procedure according
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
- B23K15/0046—Welding
- B23K15/0093—Welding characterised by the properties of the materials to be welded
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
- B23K15/0046—Welding
- B23K15/0086—Welding welding for purposes other than joining, e.g. built-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
- B23K15/06—Electron-beam welding or cutting within a vacuum chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/1224—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/127—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
- B23K9/1093—Consumable electrode or filler wire preheat circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/34—Process control of powder characteristics, e.g. density, oxidation or flowability
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen, metallischen Bauteilen (12), wobei die Bauteile (12) schicht- oder abschnittsweise durch Verschmelzen eines zugeführten, metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil (12) unter Vakuumbedingungen aufgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschmelzen des metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil (12) an einer Bearbeitungssstelle mittels eines Lichtbogens (20) durchgeführt wird, wobei der Lichtbogen (20) mittels eines Laser- (22) und/oder Elektronenstrahls geführt wird. Method for the additive production of three-dimensional, metallic components (12), wherein the components (12) are built up layer by layer or section by fusing a supplied metallic material with the component (12) under vacuum conditions, characterized in that the fusing of the metallic material with the component (12) is carried out at a processing point by means of an arc (20), wherein the arc (20) is guided by means of a laser (22) and/or electron beam.
Description
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen, metallischen Bauteilen, wobei die Bauteile schicht- oder abschnittsweise durch Verschmelzen eines zugeführten metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil unter Vakuumbedingungen aufgebaut werden.The present invention relates to a method for the additive production of three-dimensional, metallic components, wherein the components are constructed layer by layer or section by fusing a supplied metallic material with the component under vacuum conditions.
Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der
Es hat sich aber gezeigt, dass durch den nach jeder Schicht erforderlichen Auftrag einer weiteren Pulverschicht, die zudem auch noch glatt gestrichen werden muss, zum Einen ein recht hoher Zeitaufwand erforderlich ist und zum Anderen relativ große Mengen an Pulver anfallen, die gar nicht mit dem Bauteil verschmolzen werden. Es versteht sich, dass das Restpulver bei den bekannten Verfahren dann in besonders großen Mengen anfällt, wenn das herzustellende Bauteil in Bezug auf die Grundfläche relativ viele Hohlräume und Aussparungen aufweist. However, it has been shown that the need to apply another layer of powder after each layer, which also has to be smoothed out, is very time-consuming and results in relatively large amounts of powder that are not even fused to the component. It goes without saying that the residual powder in the known processes is produced in particularly large quantities when the component to be manufactured has a relatively large number of cavities and recesses in relation to its base area.
Beim Einsatz von Laserstrahlen zum Verschmelzen des Materials besteht bei der additiven Herstellung auch ein Problem darin, dass durch den relativ hohen Wärmeeintrag eines Laserstrahls, der eine Lichtleistung von bis zu 4kw haben kann, bereits erzeugte Materialschichten unter der gerade in Bearbeitung befindlichen Schicht erneut aufgeschmolzen werden können, was im Sinne einer Herstellung qualitativ hochwertiger Bauteile unerwünscht ist.When using laser beams to melt the material, one problem in additive manufacturing is that the relatively high heat input of a laser beam, which can have a light output of up to 4 kW, can cause layers of material that have already been produced to be melted again under the layer currently being processed, which is undesirable in terms of producing high-quality components.
Bekannt ist auch das Auftragen von Material mittels eines Lichtbogens, dem sogenannten Auftragsschweißen, das aber im Rahmen additiver Herstellungsverfahren bislang keine große Bedeutung erlangen konnte. Insbesondere bei der Bearbeitung der Werkstücke zum Erzeugen des Bauteils im Vakuum besteht ein großes Problem darin, dass ein Lichtbogen im Vakuum oft unkontrolliert springt, was wiederum nachteilig für die Qualität des herzustellenden Bauteils ist.The application of material using an arc, known as deposition welding, is also known, but this has not yet achieved great importance in the context of additive manufacturing processes. A major problem, particularly when machining workpieces to produce the component in a vacuum, is that an arc in a vacuum often jumps uncontrollably, which in turn is detrimental to the quality of the component being produced.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Qualität der erzeugten Bauteile verbessert wird.The object of the present invention is to improve a method of the type mentioned at the outset in such a way that the quality of the components produced is improved.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art das Verschmelzen des metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil an einer Bearbeitungsstelle mittels eines Lichtbogens durchgeführt wird, wobei der Lichtbogen mittels eines Laser- und/oder Elektronenstrahls geführt wird.According to the invention, the object is achieved in that, in a method of the type mentioned at the outset, the melting of the metallic material with the component is carried out at a processing point by means of an arc, wherein the arc is guided by means of a laser and/or electron beam.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Kombination eines Lichtbogens, der die Hauptschmelzleistung zum Aufschmelzen und Verschmelzen des zugeführten metallischen Werkstoffes mit dem Bauteil liefert, und einem Laser, ggf. auch einem Elektronenstrahl, der den Lichtbogen führt, eine besonders gute Kombination aus geringem Wärmeeintrag in die bereits zuvor erzeugten Schichten des Bauteiles einerseits und einem schnellen Materialauftrag bei präziser Führung der Bearbeitungsstelle andererseits ermöglicht ist. Es hat sich gezeigt, dass unter der Führung eines Lasers oder auch Elektronenstrahls der Lichtbogen auch unter Vakuumbedingungen nicht mehr zum unkontrollierten Sprengen neigt, so dass die Position eines Schmelzbades an der Bearbeitungsstelle zum einen präzise geführt werden kann, zum anderen aber auch nicht tief in das bereits erzeugte Werkstück hineinreicht.It has been shown that the combination of an arc, which provides the main melting power for melting and fusing the supplied metallic material with the component, and a laser, or possibly an electron beam, which guides the arc, enables a particularly good combination of low heat input into the previously produced layers of the component on the one hand and rapid material application with precise guidance of the processing point on the other. It has been shown that when guided by a laser or electron beam, the arc no longer tends to explode uncontrollably, even under vacuum conditions, so that the position of a melt pool at the processing point can be guided precisely on the one hand, but on the other hand does not extend too deeply into the workpiece that has already been produced.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Lichtbogen mithilfe des Laserstrahls fokussiert und/oder zusätzlich ionisiert. Durch diese Maßnahme kann die Qualität des Materialauftrags weiter gesteigert werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the arc is focused and/or additionally ionized using the laser beam. This measure can further increase the quality of the material application.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, den metallischen Werkstoff als Pulver zuzuführen, wobei zum einen die Möglichkeit besteht, in an sich bekannter Weise den metallischen Werkstoff als Pulver nacheinander schichtweise auf die bereits erzeugten Schichten des Bauteiles aufzutragen und anschließend mit Hilfe des laser- und/oder elektronenstrahlgesteuerten Lichtbogens dort zu verschmelzen, wo ein Materialauftrag gewünscht ist. Zur Vermeidung von unnötigem Anfall an Metallpulver, das zum Erzeugen eines Materialauftrages gar nicht notwendig ist, kann es vorteilhaft sein, das metallische Pulver in einem Gasstrom zu verwirbeln und anschließend den Gasstrom der Bearbeitungsstelle zuzuleiten. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme deutlich weniger überschüssiges Pulver anfällt, was insbesondere beim Ablauf des Verfahrens in einer Vakuumkammer vorteilhaft ist.In principle, it is possible to supply the metallic material as a powder. On the one hand, it is possible to apply the metallic material as a powder layer by layer to the already produced layers of the component in a known manner and then to melt it where a material application is desired using the laser and/or electron beam-controlled arc. To avoid unnecessary accumulation of metal powder, which is not actually necessary to produce a material application, it can be advantageous to swirl the metallic powder in a gas stream and then direct the gas stream to the processing point. It has been shown that this measure results in significantly less excess powder, which is particularly advantageous when the process is carried out in a vacuum chamber.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der metallische Werkstoff als Draht zugeführt wird.In a particularly preferred embodiment of the invention, the metallic material is supplied as a wire.
Der Draht kann dabei bezüglich des Laser- und/oder Elektronenstrahls lateral oder koaxial zugeführt werden, wobei der Draht kalt oder ggf. bis in den Bereich der Solidustemperatur vorgewärmt zugeführt werden kann.The wire can be fed laterally or coaxially with respect to the laser and/or electron beam, whereby the wire can be fed cold or, if necessary, preheated to the solidus temperature range.
Der Draht kann beispielsweise durch eine Durchführung in der Wand einer Vakuumkammer über ein Druckstufensystem zugeführt werden aber auch über einen Drahtvorrat innerhalb des Vakuums.The wire can, for example, be fed through a feedthrough in the wall of a vacuum chamber via a pressure stage system or via a wire supply within the vacuum.
Vorzugsweise wird der Draht als abschmelzende Elektrone zur Ausbildung des Lichtbogens zwischen dem Draht und dem Bauteil zugeführt.Preferably, the wire is supplied as consumable electrons to form the arc between the wire and the component.
Diese Variante bietet den Vorteil, dass zur Durchführung des Verfahrens innerhalb der Vakuumkammer wenige Teile erforderlich sind, wobei das Abschmelzen des Drahtes an der Spitze unmittelbar mit Hilfe des dort erzeugten Lichtbogens erfolgt. Vorzugsweise ist der Draht in der Zustellrichtung und in der Gegenrichtung beweglich, so dass durch ein Vor- und Zurückbewegen der Lichtbogen gesteuert werden kann. Das Vor- und Zurückziehen kann zur Verfeinerung des Verfahrens auch dazu eingesetzt werden, gezielt Tropfen an der Spitze des Drahtes abzulösen und den Wärmeeintrag in das Bauteil zu minimieren.This variant offers the advantage that few parts are required to carry out the process within the vacuum chamber, with the wire melting at the tip taking place directly with the help of the arc generated there. The wire is preferably movable in the feed direction and in the opposite direction, so that the arc can be controlled by moving it back and forth. To refine the process, the forward and backward movement can also be used to specifically remove drops at the tip of the wire and minimize the heat input into the component.
Alternativ kann eine nicht abschmelzende Elektrone eingesetzt werden, um den Lichtbogen auszubilden, wobei der Draht der dadurch gebildeten Bearbeitungsstelle zugeführt wird. Auch hier kann die Position der feststehenden Elektrode selbstverständlich zur Steuerung des Lichtbogens variabel steuerbar sein.Alternatively, a non-consumable electrode can be used to form the arc, with the wire being fed to the processing point thus formed. Here too, the position of the fixed electrode can of course be variably controlled to control the arc.
Der Lichtbogen kann mit einem Gleichstrom oder auch mit einem Wechselstrom generiert werden. Dadurch können die durch den Schweißstrom entstehenden magnetischen Felder beeinflusst werden und damit einhergehenden sogenannte Arc-Blows, Spritzer und dergleichen positiv beeinflusst werden.The arc can be generated with a direct current or with an alternating current. This can influence the magnetic fields created by the welding current and have a positive effect on the so-called arc blows, spatter and the like.
Vorzugsweise wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, dass die Bearbeitungsstelle in einer Vakuumkammer stationär ausgebildet wird, während das Bauteil während des Materialauftrages relativ zur Bearbeitungsstelle verfahren wird.Preferably, the method is carried out in such a way that the processing point is made stationary in a vacuum chamber, while the component is moved relative to the processing point during the material application.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur additiven Herstellung eines metallischen Bauteils; -
2 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum additiven Herstellen von dreidimensionalen metallischen Bauteilen.
-
1 a longitudinal section of a device for the additive manufacturing of a metallic component; -
2 a longitudinal section of another embodiment of a device for the additive manufacturing of three-dimensional metallic components.
In
Eine Vakuumpumpe 18 evakuiert das Innere der Vakuumkammer 14 auf die im Bereich von thermischen Bearbeitungsverfahren im Vakuum üblichen Druckwerte.A
Der zum Verschmelzen von zugeführtem metallischem Werkstoff in der aufgetragenen Materialschicht 16 erforderliche Energieeintrag wird durch einen Lichtbogen 20 bereitgestellt, der zwischen einem als metallischem Werkstoff zugeführten Draht 28 und dem Werkstück 12 aufgebaut wird. Da ein Lichtbogen unter Vakuumbedingungen dazu neigt, unkontrolliert seine Position zu ändern, ist ein Laser 21 außerhalb der Kammer angeordnet, der selbst nur eine relativ geringe Lichtleistung, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 100 Watt, aufweist, die selbst gar nicht geeignet wäre, das Material aufzuschmelzen, um die Auftragsschicht 16 auszubilden.The energy input required to melt the supplied metallic material in the applied
Ein Laserstrahl 22 des Lasers 20 wird durch ein Eintrittsfenster 24 in der Wandung der Vakuumkammer 14 zu einer Bearbeitungsstelle auf dem Bauteil 12 geleitet, an welcher sich durch den angesprochenen Lichtbogen 20 ein Schmelzbad 26 ausbildet. Eine nicht näher dargestellte Belüftung der Innenseite des Eintrittsfensters 24 verhindert, dass sich dort Metalldämpfe als Kondensat niederschlagen können. Der Laserstrahl 22 dient zum einen der Positionierung des Lichtbogens 20 an der gewünschten Bearbeitungsstelle und eignet sich ferner dazu, den Lichtbogen zu fokussieren und weiter zu ionisieren. Auf diese Art und Weise ist es möglich, mit einem vergleichsweise kleinen und leistungsschwachen Laser die durch den Lichtbogen 20 erzeugte Schmelzenergie zu steuern und ein qualitativ hochwertiges Bauteil 12 herzustellen.A
Der Draht 28 wird mittels einer sehr vereinfacht dargestellten Drahtzuführung 30 der Bearbeitungsstelle an dem Schmelzbad 26 zugeführt, wobei er durch eine Vakuumdurchführung 32 in der Wandung der Vakuumkammer 14 in das Innere der Vakuumkammer zugeführt und beispielsweise durch angetriebene Reibwalzen zugestellt wird. Zur Ausbildung des Lichtbogens ist eine außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Gleichstromquelle 34 angeordnet, deren negative Polarität mit dem Draht 28 und deren positive Polarität mit dem Werkstück 12 verbunden ist. Spannung und Leistungsfähigkeit der Stromquelle 34 sind derart ausgebildet, dass sich der Lichtbogen 20 zwischen einem Drahtende 36 und dem Werkstück 12 an der Stelle des Schmelzbades 26 ausbilden kann. Die Drahtzuführung 30 ist dabei geeignet, den Draht in beiden Richtungen zu bewegen, d. h. zum Schmelzbad 26 hin, aber auch vom Schmelzbad weg, um einerseits den Lichtbogen 20 steuern zu können und andererseits auch für eine gezielte Ablösung von aufgeschmolzenem Metall am Drahtende 36 zu sorgen und insgesamt den Energieeintrag in das Werkstück 12 möglichst minimal zu halten, um ein Aufschmelzen unter der aktuellen Materialschicht 16 bereits zuvor erzeugter Werkstoffschichten zu vermeiden. Es ist auch ohne weiteres möglich, anstelle einer Gleichstromquelle 34 eine Wechselstromquelle zur Erzeugung des Lichtbogens einzusetzen, womit ggf. die durch den Schweißstrom entstehenden magnetischen Felder und damit einhergehende sogenannte Arch-Blows und Metallspritzer positiv beeinflusst werden können. The
Der Stromfluss in dem Draht 28 zwischen einer Anschlussstelle 38 der Stromquelle und dem Lichtbogen 20 hat auch zur Folge, dass sich der Draht aufheizt, was sich insgesamt positiv im Hinblick auf einen verminderten Wärmeeintrag in das Werkstück 12 auswirkt, weil die Lichtbogenleistung zum Aufschmelzen und Auftragen des metallischen Werkstoffes dadurch kleiner eingestellt werden kann.The current flow in the
In
Um den Draht 28 bei dieser Ausführungsform vorwärmen zu können, ist ein Induktor 150 vorgesehen, dessen Stromversorgung außerhalb der Vakuumkammer 14 angeordnet ist, wobei eine Spule 152 zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem Draht 28 diesen wendelförmig umschlingt. Die Wirbelströme sorgen für eine Erhitzung des Drahtes, so dass wiederum der durch den Lichtbogen 20 aufgebrachte Wärmeeintrag gering gehalten werden kann, um ein möglichst geringes Aufschmelzen unterhalb der aufgetragenen Materialschicht 16 bereits zuvor aufgebrachte Materialschichten zu minimieren.In order to be able to preheat the
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015008918.8A DE102015008918B4 (en) | 2015-07-15 | 2015-07-15 | Process for the additive manufacturing of three-dimensional components |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015008918.8A DE102015008918B4 (en) | 2015-07-15 | 2015-07-15 | Process for the additive manufacturing of three-dimensional components |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102015008918A1 DE102015008918A1 (en) | 2017-01-19 |
| DE102015008918B4 true DE102015008918B4 (en) | 2024-12-24 |
Family
ID=57629948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102015008918.8A Active DE102015008918B4 (en) | 2015-07-15 | 2015-07-15 | Process for the additive manufacturing of three-dimensional components |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102015008918B4 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110315082B (en) * | 2019-07-30 | 2021-01-19 | 华中科技大学 | Metal part manufacturing system and method of micro-cast laser shock texture |
| CN112453672A (en) * | 2020-11-17 | 2021-03-09 | 翼戈(温州)鞋业有限公司 | Automatic wire feeding mechanism for additive manufacturing |
| CN113020797B (en) * | 2021-03-05 | 2022-07-26 | 大连理工大学 | Arc/laser composite additive manufacturing method for copper and its alloys |
| CN113681109A (en) * | 2021-08-30 | 2021-11-23 | 哈尔滨工业大学(威海) | Metal magnetic control electric arc additive manufacturing device and method with bionic interweaving structure |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6504127B1 (en) | 1999-09-30 | 2003-01-07 | National Research Council Of Canada | Laser consolidation methodology and apparatus for manufacturing precise structures |
| US6526327B2 (en) | 1998-01-12 | 2003-02-25 | University Of Central Florida | One-step rapid manufacturing of metal and composite parts |
| US6605795B1 (en) | 1999-11-04 | 2003-08-12 | Mts Systems Corporation | Control system for depositing powder to a molten puddle |
| US7765022B2 (en) | 1998-06-30 | 2010-07-27 | The P.O.M. Group | Direct metal deposition apparatus utilizing rapid-response diode laser source |
| US20110089151A1 (en) | 2009-10-20 | 2011-04-21 | Hitachi, Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| US20120145683A1 (en) | 2010-12-13 | 2012-06-14 | Hitachi, Ltd. | Laser processing system and overlay welding method |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE521124C2 (en) | 2000-04-27 | 2003-09-30 | Arcam Ab | Device and method for making a three-dimensional product |
| GB201213940D0 (en) | 2012-08-06 | 2012-09-19 | Materials Solutions | Additive manufacturing |
-
2015
- 2015-07-15 DE DE102015008918.8A patent/DE102015008918B4/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6526327B2 (en) | 1998-01-12 | 2003-02-25 | University Of Central Florida | One-step rapid manufacturing of metal and composite parts |
| US7765022B2 (en) | 1998-06-30 | 2010-07-27 | The P.O.M. Group | Direct metal deposition apparatus utilizing rapid-response diode laser source |
| US6504127B1 (en) | 1999-09-30 | 2003-01-07 | National Research Council Of Canada | Laser consolidation methodology and apparatus for manufacturing precise structures |
| US6605795B1 (en) | 1999-11-04 | 2003-08-12 | Mts Systems Corporation | Control system for depositing powder to a molten puddle |
| US20110089151A1 (en) | 2009-10-20 | 2011-04-21 | Hitachi, Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| US20120145683A1 (en) | 2010-12-13 | 2012-06-14 | Hitachi, Ltd. | Laser processing system and overlay welding method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102015008918A1 (en) | 2017-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3322554B1 (en) | Method for the additive manufacture of metallic components | |
| DE2740569B2 (en) | Process for alloying selected partial areas of the surfaces of objects made of non-allotropic metallic materials | |
| EP3235580B1 (en) | Method and device for additive manufacture of at least one component area of a component | |
| DE102015008918B4 (en) | Process for the additive manufacturing of three-dimensional components | |
| DE102013212620A1 (en) | Method and machine for generating a three-dimensional component by selective laser melting | |
| DE3916264C2 (en) | ||
| WO2020035109A1 (en) | 3d-metal-printing method and arrangement therefor | |
| EP1126747A2 (en) | Heating device for metallic pieces | |
| EP2097544B1 (en) | Method and apparatus for the heat treatment of welds | |
| EP4101574B1 (en) | Device for electrical resistance deposition, in particular resistance welding or resistance soldering, method for applying an additional material by means of respective laser beams and use of a device | |
| DE102023102044A1 (en) | Process for coating metallic workpieces | |
| EP3147067A1 (en) | Device and method for producing and/or repairing of in particular rotationally symmetrical components | |
| DE3007169C2 (en) | Process for the production of micro-bores in metal parts with the aid of a power laser | |
| EP4476021A1 (en) | Laser deposition welding method for producing coating layers on opposing surfaces of a component | |
| DE102016108162A1 (en) | Method for the introduction of heat by means of a beam-based energy source, in particular a laser, induced chemical abrasion, in particular microtubing, and apparatus for carrying it out | |
| DE102015008921A1 (en) | Process for the additive production of components | |
| DE10020327A1 (en) | Device for processing workpieces, welding method for creating a folded-in weld seam and method for hardening metal workpieces uses a laser beam device to permeate the workpieces with laser radiation for their processing. | |
| DE10157403B4 (en) | Process for welding components | |
| DE1033816B (en) | Method for drilling fine holes | |
| EP2468914A1 (en) | Method and device for arc spraying | |
| DE10128793B4 (en) | Method for processing a workpiece with a laser beam | |
| DE102016205782A1 (en) | Method and device for producing at least one component region of a component | |
| DE202023002910U1 (en) | technology for coating metallic workpieces | |
| DE102007047475B3 (en) | Hollow cylindrical component e.g. vapor shield, manufacturing method for vacuum interrupter, involves locally and transiently heating border areas of section to temperature for liquefying metallic material in areas, in protective atmosphere | |
| EP4479217A2 (en) | Method for coating metal workpieces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE OLBRICHT, BUCHHOLD, KEULERTZ PA, DE |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: BOULT WADE TENNANT LLP, DE |
|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B22F0003105000 Ipc: B22F0010360000 |
|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |