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DE102015008918B4 - Process for the additive manufacturing of three-dimensional components - Google Patents

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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.

Figure DE102015008918B4_0000
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.
Figure DE102015008918B4_0000

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 EP 1 296 788 B1 oder DE 10 2013 108 111 A1 bekannt. Üblicherweise wird ausgehend von einem Substrat, das auch bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, der Werkstoff schichtweise aufgetragen, indem in einzelnen Schritten jeweils eine Pulverschicht aufgebracht wird, die anschließend mit Hilfe des Lasers mit dem Untergrund an den Stellen verschmolzen wird, an welchen ein Materialauftrag gewünscht ist. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das gewünschte Bauteil hergestellt ist, wobei auch komplexe dreidimensionale Strukturen durch den schichtweisen Aufbau möglich sind. Auch aus der US 6,605,795 B1 und der US 7,765,022 B2 sind derartige Verfahren bekannt.Such procedures are known, for example, from EP 1 296 788 B1 or DE 10 2013 108 111 A1 Usually, starting from a substrate, which can also be used in the present invention, the material is applied layer by layer by applying a powder layer in individual steps, which is then fused with the substrate using the laser at the points where material application is desired. This process is repeated until the desired component is produced, whereby complex three-dimensional structures are also possible through the layer-by-layer construction. US 6,605,795 B1 and the US 7,765,022 B2 Such procedures are known.

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.
Two embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. They show:
  • 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 1 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, mit welcher ein Verfahren zur additiven Herstellung eines metallischen Bauteils 12, das hier als im Aufbau befindliches Werkstück dargestellt ist, in einer Vakuumkammer 14 durchführbar ist. Das Bauteil 12 bzw. Werkstück ist auf einem nicht näher gezeigten Tisch montiert, der ein Verfahren des Bauteils in der X-, Y- und Z-Richtung ermöglicht. Das Bauteil 12 wird schichtweise im Sinne der additiven Herstellung erzeugt, d. h. bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind bereits eine Reihe von Schichten aufgetragen worden, wobei die aufgetragene aktuelle Materialschicht 16 zur Veranschaulichung nicht maßstäblich überhöht dargestellt ist. Die erste Schicht kann auf einem zuvor in die Kammer 14 eingebrachten Substrat aufgebaut werden.In 1 a device 10 is shown with which a method for additive manufacturing of a metallic component 12, which is shown here as a workpiece under construction, can be carried out in a vacuum chamber 14. The component 12 or workpiece is mounted on a table (not shown in detail) which enables the component to be moved in the X, Y and Z directions. The component 12 is produced layer by layer in the sense of additive manufacturing, ie in the 1 In the embodiment shown, a number of layers have already been applied, with the current material layer 16 applied not being shown to scale for illustrative purposes. The first layer can be built up on a substrate previously introduced into the chamber 14.

Eine Vakuumpumpe 18 evakuiert das Innere der Vakuumkammer 14 auf die im Bereich von thermischen Bearbeitungsverfahren im Vakuum üblichen Druckwerte.A vacuum pump 18 evacuates the interior of the vacuum chamber 14 to the pressure values customary in the field of thermal processing methods in a vacuum.

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 material layer 16 is provided by an arc 20 which is built up between a wire 28 supplied as metallic material and the workpiece 12. Since an arc tends to change its position uncontrollably under vacuum conditions, a laser 21 is arranged outside the chamber, which itself only has a relatively low light output, approximately 100 watts in the embodiment shown, which itself would not be suitable for melting the material in order to form the applied layer 16.

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 laser beam 22 from the laser 20 is guided through an entrance window 24 in the wall of the vacuum chamber 14 to a processing point on the component 12, where a melt pool 26 is formed by the arc 20 mentioned. Ventilation (not shown) on the inside of the entrance window 24 prevents metal vapors from condensing there. The laser beam 22 serves to position the arc 20 at the desired processing point and is also suitable for focusing and further ionizing the arc. In this way, it is possible to control the melting energy generated by the arc 20 with a comparatively small and low-power laser and to produce a high-quality component 12.

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 wire 28 is fed to the processing unit by means of a very simplified wire feed 30. The arc is fed to the welding point on the melt pool 26, whereby it is fed through a vacuum feedthrough 32 in the wall of the vacuum chamber 14 into the interior of the vacuum chamber and is fed, for example, by driven friction rollers. To form the arc, a direct current source 34 is arranged outside the vacuum chamber, the negative polarity of which is connected to the wire 28 and the positive polarity of which is connected to the workpiece 12. The voltage and power of the current source 34 are designed in such a way that the arc 20 can form between a wire end 36 and the workpiece 12 at the point of the melt pool 26. The wire feed 30 is suitable for moving the wire in both directions, i.e. towards the melt pool 26, but also away from the melt pool, in order to be able to control the arc 20 on the one hand and to ensure a targeted detachment of molten metal at the wire end 36 on the other hand and to keep the energy input into the workpiece 12 as minimal as possible in order to avoid melting of previously produced material layers under the current material layer 16. It is also possible to use an alternating current source to generate the arc instead of a direct current source 34, which can have a positive effect on the magnetic fields generated by the welding current and the associated so-called arch blows and metal splashes.

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 wire 28 between a connection point 38 of the power source and the arc 20 also results in the wire heating up, which has an overall positive effect with regard to a reduced heat input into the workpiece 12, because the arc power for melting and applying the metallic material can thus be set smaller.

In 2 ist eine weitere Vorrichtung 10 gezeigt, die in vielen konstruktiven Details der zuvor vorgestellten Vorrichtung 10 gemäß 1 entspricht und daher im Bereich übereinstimmender Bauelemente auch mit gleichen Bezugszeichen versehen worden ist. Abweichend ausgeführt ist bei dieser Ausführungsform, dass der Draht 28 selbst nicht zur Ausbildung des Lichtbogens als abschmelzende Elektrode ausgebildet ist, sondern eine nicht abschmelzende, feststehende Elektrode 128 vorgesehen ist, zwischen deren Elektrodenspitze 136 und dem Schmelzbad 26 der Lichtbogen 20 ausgebildet wird. Der Draht 28 wird im übrigen in der zuvor beschriebenen Art und Weise mithilfe einer Drahtzuführung 30 zugestellt, die wiederum ein Zustellen, aber auch ein Zurückziehen des Drahtes 28 von dem Schmelzbad ermöglichen kann. Der Draht ist durch eine Vakuumdurchführung 32 in das Innere der Vakuumkammer geführt. Der Lichtbogen 20 wird wiederum mittels einer Gleichstromquelle 134 aufgebracht, deren negative Polarität mit der Schweißelektrode 128 und deren positive Polarität mit dem Werkstück 12 verbunden ist. Die Stromquelle 134 liegt wiederum außerhalb der Vakuumkammer, wobei Zuleitungen 135 durch entsprechende vakuumdichte Durchführungen in das Kammerinnere geführt sind.In 2 another device 10 is shown, which in many structural details corresponds to the previously presented device 10 according to 1 and has therefore been given the same reference numerals in the area of matching components. A difference in this embodiment is that the wire 28 itself is not designed as a consumable electrode to form the arc, but rather a non-consumable, fixed electrode 128 is provided, between the electrode tip 136 of which and the molten bath 26 the arc 20 is formed. The wire 28 is otherwise fed in the manner described above with the aid of a wire feed 30, which in turn can enable the wire 28 to be fed in or withdrawn from the molten bath. The wire is fed through a vacuum feedthrough 32 into the interior of the vacuum chamber. The arc 20 is in turn applied by means of a direct current source 134, the negative polarity of which is connected to the welding electrode 128 and the positive polarity of which is connected to the workpiece 12. The power source 134 is located outside the vacuum chamber, with supply lines 135 being led into the interior of the chamber through corresponding vacuum-tight feedthroughs.

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 wire 28 in this embodiment, an inductor 150 is provided, the power supply of which is arranged outside the vacuum chamber 14, with a coil 152 winding around the wire 28 in a spiral shape to generate eddy currents in the wire. The eddy currents ensure that the wire is heated, so that the heat input applied by the arc 20 can be kept low in order to minimize the melting of previously applied material layers below the applied material layer 16.

Claims (12)

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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (20) mit Hilfe des Laser- (22) und/oder Elektronenstrahls fokussiert und/oder zusätzlich ionisiert wird.procedure according to claim 1 , characterized in that the arc (20) is focused and/or additionally ionized by means of the laser (22) and/or electron beam. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff als Pulver zugeführt wird.procedure according to claim 1 or 2 , characterized in that the metallic material is supplied as a powder. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver schichtweise auf eine zuvor aufgetragene Schicht des Bauteils aufgetragen wird und anschließend die gewünschten Abschnitte verschmolzen werden.procedure according to claim 3 , characterized in that the metallic powder is applied layer by layer to a previously applied layer of the component and then the desired sections are fused. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver in einem Gasstrom verwirbelt wird und der Gasstrom der Bearbeitungsstelle zugeführt wird.procedure according to claim 3 , characterized in that the metallic powder is swirled in a gas stream and the gas stream is fed to the processing point. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff als Draht (28) zugeführt wird.procedure according to claim 1 or 2 , characterized in that the metallic material is supplied as a wire (28). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (28) als abschmelzende Elektrode zur Ausbildung des Lichtbogens (20) zwischen dem Draht (28) und dem Bauteil (12) zugeführt wird.procedure according to claim 6 , characterized in that the wire (28) is supplied as a consumable electrode for forming the arc (20) between the wire (28) and the component (12). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (28) in der Zustellrichtung und in der Gegenrichtung bewegt wird, um den Lichtbogen (20) zu steuern.procedure according to claim 7 , characterized in that the wire (28) is moved in the feed direction and in the opposite direction to control the arc (20). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vor- und Zurückbewegen des Drahtes (28) von einem Drahtende (36) Tropfen geschmolzenen Metalls abgelöst werden und der Wärmeeintrag in die bereits erzeugten Schichten minimiert wird.procedure according to claim 8 , characterized in that by moving the wire (28) back and forth, drops of molten metal are detached from a wire end (36) and the heat input into the layers already produced is minimized. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (20) zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode (128) und dem Bauteil (12) ausgebildet wird und der Draht (28) der dadurch gebildeten Bearbeitungsstelle zugeführt wird.procedure according to claim 6 , characterized in that the arc (20) is formed between a non-consumable electrode (128) and the component (12) and the wire (28) is fed to the processing point formed thereby. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (20) mit einem Gleichstrom oder einem Wechselstrom generiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the arc (20) is generated with a direct current or an alternating current. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstelle in einer Vakuumkammer (14) stationär ausgebildet wird, während das Bauteil (12) während des Materialauftrages relativ zur Bearbeitungsstelle verfahren wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing point is formed stationary in a vacuum chamber (14), while the component (12) is moved relative to the processing point during the material application.
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