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WO2011050790A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines bauteils einer strömungsmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines bauteils einer strömungsmaschine Download PDF

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WO2011050790A2
WO2011050790A2 PCT/DE2010/001275 DE2010001275W WO2011050790A2 WO 2011050790 A2 WO2011050790 A2 WO 2011050790A2 DE 2010001275 W DE2010001275 W DE 2010001275W WO 2011050790 A2 WO2011050790 A2 WO 2011050790A2
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laser
layer
plasma
sintering
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Erwin Bayer
Sven-J. Hiller
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines GmbH
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a component of a turbomachine, in particular a component of a turbine or a compressor, by means of a generative manufacturing method for the layered construction of the component.
  • the invention further relates to an apparatus for producing a component of a turbomachine, in particular a component of a turbine or a compressor.
  • Methods and apparatus for making a component of a turbomachine are known in a wide variety.
  • generative manufacturing methods are known in which the component is built up in layers.
  • ⁇ 38 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 6 ⁇ ⁇ ⁇ 88 ⁇ 6- ⁇ or electron beam deposition welding results in a very fine-grained component structure.
  • a disadvantage of this fine-grained component structure is the lack of forming work, which enables, for example, a precipitation hardening and thus a high strength comparable to a forging alloy.
  • the components are also processed by means of a hot isostatic pressing.
  • An inventive method for producing a component of a turbomachine comprises a generative manufacturing method for layered construction of the component, wherein after the production of one or more successive component layers at least partially a laser or plasma-induced pressurization of the surface of the last produced component layer takes place. Due to the layer-by-layer solidification of the component during the generative structure, the component as a whole solidifies.
  • the laser- or plasma-induced pressurization of the surface of the last-produced component layer leads in each case to permanent plastic deformation in the microstructure and to a transformation of the sclerotic structure into a forging structure with a very fine-grained microstructure. Overall, a reshaping of the melt structure of the component results in a Schmiedeslruktur with increased strength and a significant reduction in microporosity even in the construction phase of the generatively produced component.
  • the method comprises the following steps: a) layer-wise application of at least one pulverulent component material to a component platform, the order taking place in accordance with the layer information of the component to be produced; b) layer-by-layer and local fusion or sintering of the component material by means of at least one laser or electron beam for producing the component layer, wherein at least one laser or at least one electron beam device corresponding to the layer information of the component to be produced is applied via the applied component material layer is guided; c) at least partially laser- or plasma-induced pressurization of the surface of the component layer; d) layer-wise lowering of the component platform by a predefined layer thickness; and e) repeating steps a) to d) until completion of the component.
  • the method comprises the following steps: a) layer-wise application of at least one pulverulent component material to a component platform, the order taking place in accordance with the layer information of the component to be produced; b) layer-wise and local fusion or sintering of the component material by means of at least one laser or electron beam for producing the component layer, wherein at least one laser or at least one electron beam device is guided over the applied component material layer in accordance with the layer information of the component to be produced; c) layer-wise lowering of the component platform by a predefined layer thickness; d) repeating steps a) to c); e) at least partially laser- or plasma-induced pressurization of the surface of the device layer; and f) repeating steps a) to e) until completion of the component.
  • the solidification can be carried out either after each applied component layer or even after a plurality of component layers, for example only after every fifth or tenth component layer.
  • the number of solidification steps also results according to the required degree of deformation of the component and the power density of the pressurization source.
  • the additive manufacturing process can be a rapid prototyping or rapid manufacturing process, in particular sintering, micro-sintering, melting, build-up welding with a laser or electron beam.
  • the powdered component material usually consists of metal, a metal alloy, ceramic, silicate or a mixture thereof.
  • a C0 2 or Nd: YAG laser may be used. In particular, this laser can be pulsed.
  • the laser- or plasma-induced pressurization of the surface of the last-produced component layer by means of a plasma shock peening, in particular a laser shock peening by means of a laser beam source or a plasma pulse Peening means of a plasma pulse carried out.
  • a plasma shock peening in particular a laser shock peening by means of a laser beam source or a plasma pulse Peening means of a plasma pulse carried out.
  • a short pulse laser can advantageously be used.
  • the shape and the material structure of the component are determined as a computer-generated model and the layer information generated therefrom is used to control at least one powder feed, the component platform, the at least one laser or the at least one electron beam device.
  • This enables automated and computer-controlled production processes.
  • a device according to the invention for producing a component of a turbomachine comprises at least one powder feed for applying at least one powdered component material to a component platform, at least one radiation source for a layered and local fusion or merging of the component material and at least one Laser beam source or at least one plasma pulse source for generating a laser or plasma-induced pressure wave.
  • the device according to the invention enables the production of components with increased strength, since it combines the implementation of a generative manufacturing process, such as a rapid prototyping or rapid manufacturing process with the possibility of laser or plasma-induced pressurization.
  • the radiation source may be a laser or an electron beam device.
  • the laser is for example a C0 2 or Nd: YAG laser.
  • the laser beam source for generating the laser-induced pressurization may in particular be a short-pulse laser.
  • the Pulverzuchtung can on the one hand to an active Pulverzuchtung, which is either coaxial or arranged laterally to the radiation source for a layered and local fusing or sintering of the component material, or a powder bed, wherein the powdered component material in layers prior to fusing or sintering on the Powder bed is applied. Furthermore, it is possible that the process of solidification takes place parallel to the generative structure in the same plant.
  • the laser beam source or the laser for the solidification of the component or the component layers can also be used to clean the component surface, so that a Subsequent surface finish of the component can be dispensed with.
  • only the parameters of the laser, in particular the energy performance, must be adjusted.
  • the laser beam source or the plasma pulse source is adjusted so that not only the solidification step but also the fusing and sintering of the component material can be performed by the laser beam source or the plasma pulse source.
  • the figure shows a schematic representation of a device 26 for producing a component 10 of a turbomachine.
  • the component 10 is a blade of a high-pressure turbine.
  • the device 26 comprises a radiation source 14 for a layer-by-layer and local fusion or sintering of a component material 16.
  • the radiation source 14 is a pulsed Nd: YAG laser in the illustrated example.
  • the laser power is depending on the type of component, in particular paddle type, about 400 to 1000 W.
  • the average particle size of the pulverfbrmigen component material 16 used is about 10 to 100 ⁇ .
  • the component material 16 consists in particular of a titanium or nickel alloy.
  • the device 26 has a powder feed 28 for applying the pulverfbrmigen component material 16 and a component platform (not shown).
  • the powder feeder 28 is arranged coaxially with the radiation source 14, namely the laser.
  • the generated laser and powder beam 18 is fused or sintered into a component layer 12.
  • an applicator laser is used for this embodiment of the apparatus and method.
  • a sintering or melting laser is used as a radiation source 18, in which case the component 10 is generated in a powder bed of a powder container 24.
  • the device 26 also has a second radiation source, namely a laser beam source 20 for generating a laser-induced pressure wave.
  • the laser beam source 20 is a short-pulse laser which, by means of a laser-induced pressurization of a surface of the last-produced component layer 12, effects reshaping and solidification of the component layers during the generative structure. In this case, a laser beam 22 is guided along the surface of the last-produced component layer 12.
  • the shape and material structure of the component 10 are determined as a computer-generated model (CAD model) in a computer.
  • the layer information generated therefrom is input as corresponding data into a control computer (not shown) of the device 26. These data serve to control the powder feed 28, the component platform and the radiation source 14, namely the application laser.
  • the laser beam source 20 for generating a pressure wave on the surface of the last-produced component layer 12 can also be controlled by means of this information.
  • the named computer can also be used in particular as a control computer of the device 26.
  • the layered structure of the component 10 is carried out according to a generative manufacturing method as described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters, wobei das Verfahren ein generatives Fertigungsverfahren zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (10) ist und nach der Herstellung einer oder mehrerer aufeinander folgender Bauteilschichten zumindest teilweise eine laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht (12) erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils (10) einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters, wobei die Vorrichtung (26) mindestens eine Pulverzuführung (28) zum Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff (16) auf eine Bauteilplattform, mindestens eine Strahlenquelle (14) für ein schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteilwerkstoffs (16) sowie mindestens eine Laserstrahlquelle (20) oder mindestens eine Plasmaimpulsquelle umfasst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters, mittels eines generativen Fertigungsverfahrens zum schichtweisen Aufbau des Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters.
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind generative Fertigungsverfahren bekannt, bei denen das Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Beim generativen Herstellen von vorwiegend metallischen Bauteilen durch Rapid-Manufacturing- oder Rapid-Prototyping- Verfahren oder durch Lasersintern, Ε38ε ΐι1ν6Γ ηίΪΓ^88ϋΐΝν6-βεη oder Elektronenstrahl- Auftragsschweißen entsteht eine sehr feinkörnige Bauteilstruktur. Nachteilig an dieser feinkörnigen Bauteilstruktur ist jedoch die fehlende Umformarbeit, die zum Beispiel eine Ausscheidungshärtung und damit eine hohe Festigkeit vergleichbar mit einer Schmiedelegierung ermöglicht. Um die Werkstoffeigenschaften eines Bauteils nach dem generativen Aufbau zu verbessern, werden die Bauteile auch mittels eines heißisostatischen Pressens bearbeitet. Dabei wird versucht, die Eigenschaften des generativ hergestellten Bauteils durch ein energiearmes Zusammensintern verschiedener Werk- stoffpulver zu verbessern und an die Eigenschaften einer Schmiedelegierung anzugleichen. Diese Eigenschaften können auch mit bisherigen generativen Verfahren nicht erreicht werden, so dass insbesondere hochtemperatur- oder druckbelastete Bauteile nicht generativ hergestellt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welches die Herstellung von Bauteilen mit gesteigerter Festigkeit, insbesondere von Bauteilen einer Turbine oder eines Verdichters ermöglicht.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine bereit zu stellen, welche die Herstellung von Bauteilen mit gesteigerter Festigkeit, insbesondere von Bauteilen einer Turbine oder eines Verdichters ermöglicht.
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 dargelegten Merkmalen sowie durch die im Anspruch 12 dargestellten Vorrichtung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und umgekehrt - soweit zweckmäßig - anzusehen sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters, umfasst ein generatives Fertigungsverfahren zum schichtweisen Aufbau des Bauteils, wobei nach der Herstellung einer oder mehrerer aufeinander folgender Bauteilschichten zumindest teilweise eine laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht erfolgt. Durch die schichtweise Verfestigung des Bauteils während des generativen Aufbaus erfolgt eine Verfestigung des Bauteils insgesamt. Die laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht fuhrt jeweils zu bleibenden plastischen Verformungen im Gefuge und zu einer Umwandlung der Sclimelzstruktur in eine Schmiedestruktur mit sehr feinkörnigem Gefuge. Insgesamt ergibt sich ein Umformen der Schmelzstruktur des Bauteils in eine Schmiedeslruktur mit gesteigerter Festigkeit und eine signifikante Verringerung der Mikroporosität schon in der Bauphase des generativ hergestellten Bauteils.
In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren folgende Schritte: a) Schichtweiser Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff auf eine Bauteilplattform, wobei der Auftrag entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils erfolgt; b) Schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteilwerkstoffs mittels mindestens eines Laser- oder Elektronenstrahls zur Herstellung der Bauteilschicht, wobei mindestens ein Laser oder mindestens eine Elektronenstrahlvorrichtung entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils über die aufgetragene Bauteil- werkstoffschicht geführt wird; c) Zumindest teilweise laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der Bauteilschicht; d) Schichtweises Absenken der Bauteilplattform um eine vordefinierte Schichtdicke; und e) Wiederholen der Schritte a) bis d) bis zur Fertigstellung des Bauteils. Es ist aber auch möglich, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Schichtweiser Auftrag von mindestens einem pulverfbrmigen Bauteilwerkstoff auf eine Bauteilplattform, wobei der Auftrag entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils erfolgt; b) Schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteilwerkstoffs mittels mindestens eines Laser- oder Elektronenstrahls zur Herstellung der Bauteilschicht, wobei mindestens ein Laser oder mindestens eine Elektronenstrahlvorrichtung entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils über die aufgetragene Bauteilwerkstoffschicht geführt wird; c) Schichtweises Absenken der Bauteilplattform um eine vordefinierte Schichtdicke; d) Wiederholen der Schritte a) bis c); e) Zumindest teilweise laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der Bauteilschicht; und f) Wiederholen der Schritte a) bis e) bis zur Fertigstellung des Bauteils.
Je nach Eindringtiefe der laser- oder plasmainduzierten Druckbeaufschlagung kann die Verfestigung entweder nach jeder aufgetragenen Bauteilschicht oder auch nach einer Vielzahl von Bauteilschichten, zum Beispiel nur nach jeder fünften oder zehnten Bauteilschicht, durchgeführt werden. Die Anzahl der Verfestigungsschritte ergibt sich auch entsprechend dem geforderten Umformgrad des Bauteils und der Leistungsdichte der Druckbeaufschlagungsquelle. Des Weiteren kann das generative Fertigungsverfahren ein Rapid Prototyping- oder Rapid-Manufacturing- Verfahren, insbesondere ein Sintern, Mikrosintern, Schmelzen, Auftragsschweißen mit einem Laser- oder Elektronenstrahl sein. Der pulverförmige Bauteilwerkstoff besteht üblicherweise aus Metall, einer Metall-Legierung, Keramik, Silikat oder einer Mischung davon. Im Falle des Laser- sinterns, Lasermikrosinterns, Laserschmelzens oder Laserauftragsschweißens kann ein C02- oder Nd:YAG-Laser verwendet werden. Insbesondere kann dieser Laser gepulst ausgebildet sein.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht mittels eines Plasma-Schock-Peenings, insbesondere einem Laser-Schock-Peening mittels einer Laserstrahlquelle oder einem Plasma-Impuls-Peening mittels einer Plasmaimpulsquelle durchgeführt. Für das Laser-Schock-Peening kann vorteilhafterweise ein Kurzpulslaser verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Form und der Materialaufbau des Bauteils als computergeneriertes Modell bestimmt und die daraus generierten Schichtinformationen zur Steuerung von mindestens einer Pulverzuführung, der Bauteilplattform, des mindestens einen Lasers oder der mindestens einen Elektronenstrahlvorrich- tüng verwendet. Damit sind automatisierte und computergesteuerte Herstellungsabläufe möglich. Zudem ist es möglich, die Laserstrahlquelle oder die Plasmaimpulsquelle zur Erzeugung der la- ser- oder plasmainduzierten Druckbeaufschlagung ebenfalls anhand der generierten Daten zu steuern.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters, umfasst mindestens eine Pulverzufuhrung zum Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff auf eine Bauteilplattform, mindestens eine Strahlenquelle für ein schichtweises und lokales Verschmelzen oder Vereintem des Bauteilwerkstoffs sowie mindestens eine Laserstrahlquelle oder mindestens eine Plasmaimpulsquelle zur Erzeugung einer laser- oder plasmainduzierten Druckwelle. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit gesteigerter Festigkeit, da sie die Durchführung eines generativen Fertigungsverfahrens, wie zum Beispiel eines Rapid-Prototyping- oder Rapid-Manufacturing-Verfahrens mit der Möglichkeit einer laser- oder plasmainduzierten Druckbeaufschlagung kombiniert. Dabei kann die Strahlenquelle ein Laser oder eine Elektronenstrahlvorrichtung sein. Der Laser ist zum Beispiel ein C02- oder Nd:YAG- Laser. Die Laserstrahlquelle zur Erzeugung der laserinduzierten Druckbeaufschlagung kann insbesondere ein Kurzpulslaser sein. Bei der Pulverzufuhrung kann es sich einerseits um eine aktive Pulverzufuhrung, die entweder koaxial oder seitlich zur Strahlenquelle für ein schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteilwerkstoffs angeordnet ist, oder um ein Pulverbett handeln, wobei der pulverförmige Bauteilwerkstoff schichtweise vor dem Verschmelzen oder Versintern auf das Pulverbett aufgetragen wird. Des Weiteren ist es möglich, dass der Pro- zess der Verfestigung parallel zum generativen Aufbau in der gleichen Anlage erfolgt. Die Laserstrahlquelle beziehungsweise der Laser für die Verfestigung des Bauteils beziehungsweise der Bauteilschichten kann zudem zum Säubern der Bauteiloberfläche genutzt werden, so dass auf ein nachträgliches Oberflächenfinish des Bauteils verzichtet werden kann. Hierzu müssen lediglich die Parameter des Lasers, insbesondere die Energieleistung, angepasst werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Laserstrahlquelle oder die Plasmaimpulsquelle derart eingestellt wird, dass nicht nur der Verfestigungsschritt, sondern auch das Verschmelzen und Versintern des Bauteilwerkstoffs mittels der Laserstrahlquelle oder der Plasmaimpulsquelle durchgeführt werden kann.
Verwendung findet das im Vorhergehenden beschriebene Verfahren und die im Vorhergehenden beschriebene Vorrichtung bei der Herstellung von Triebwerksbauteilen aus Nickel- oder Titanbasislegierungen, insbesondere zur Herstellung von Verdichter- oder Turbinenschaufeln.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheitert der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 26 zur Herstellung eines Bauteils 10 einer Strömungsmaschine. Bei dem Bauteil 10 handelt es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Schaufel einer Hochdruckturbine. Die Vorrichtung 26 umfasst eine Strahlenquelle 14 für ein schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintem eines Bauteil Werkstoffs 16. Die Strahlenquelle 14 ist in dem dargestellten Beispiel ein gepulster Nd:YAG-Laser. Die Laserleistung beträgt je nach Bauteiltyp, insbesondere Schaufeltyp, ca. 400 bis 1000 W. Die mittlere Korngröße des verwendeten pulverfbrmigen Bauteilwerkstoffs 16 beträgt ca. 10 bis 100 μπι. Der Bauteilwerkstoff 16 besteht dabei insbesondere aus einer Titan- oder Nickellegierung. Des Weiteren weist die Vorrichtung 26 eine Pulverzuführung 28 zum Auftrag des pulverfbrmigen Bauteilwerkstoffs 16 sowie eine Bauteilplattform (nicht dargestellt) auf.
Man erkennt, dass in dem dargestellten Beispiel die Pulverzuführung 28 koaxial zur Strahlenquelle 14, nämlich dem Laser, angeordnet ist. Der erzeugte Laser- und Pulverstrahl 18 wird zu einer Bauteilschicht 12 verschmolzen beziehungsweise versintert. Für diese Ausgestaltungsform der Vorrichtung und des Verfahrens wird ein Auftraglaser verwendet. Es ist aber auch möglich, dass ein Sinter- oder Schmelzlaser als Strahlenquelle 18 verwendet wird, wobei in diesem Fall das Bauteil 10 in einem Pulverbett eines Pulverbehälters 24 erzeugt wird. In der Figur sind beiden Ausführungsformen dargestellt. Die Vorrichtung 26 weist zudem eine zweite Strahlenquelle, nämlich eine Laserstrahlquelle 20 zur Erzeugung einer laserinduzierten Druckwelle auf. Bei der Laserstrahlquelle 20 handelt es sich um einen Kurzpulslaser, der mittels einer laserinduzierten Druckbeaufschlagung einer Oberfläche der zuletzt erzeugten Bauteilschicht 12 ein Umformen und Verfestigen der Bauteilschichten während des generativen Aufbaus bewirkt. Dabei wird ein Laserstrahl 22 entlang der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht 12 geführt.
Die Fertigung des Bauteils 10 im Folgenden beispielhaft beschrieben:
Zunächst werden die Form und der Materialaufbau des Bauteils 10 als computergeneriertes Modell (CAD-Modell) in einem Computer bestimmt. Die daraus generierten Schichtinformationen werden als entsprechende Daten in einen Steuerrechner (nicht dargestellt) der Vorrichtung 26 eingegeben. Diese Daten dienen zur Steuerung der Pulverzuführung 28, der Bauteilplattform und der Strahlenquelle 14, nämlich dem Auftragslaser. Auch die Laserstrahlquelle 20 zur Erzeugung einer Druckwelle auf der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht 12 kann mittels dieser Informationen gesteuert werden. Der genannte Computer kann insbesondere auch als Steuerrechner der Vorrichtung 26 verwendet werden. Im weiteren Verlauf der Herstellung des Bauteils 10 erfolgt der schichtweise Aufbau des Bauteils 10 gemäß einem generativen Fertigungsverfahren wie im Vorhergehenden beschrieben. Nach der Herstellung einer oder mehrerer aufeinander folgender Bauteilschichten erfolgt zumindest teilweise eine laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht 12. Dies führt zu bleibenden plastischen Verformungen im Gefüge des Bauteils 10 beziehungsweise der einzelnen Bauteilschicht und zu einer Umwandlung der durch das generative Verfahren erzeugten Schmelzstruktur in eine Sclimiedestruktur mit sehr feinkörnigem Gefüge.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters, wobei das Verfahren als generatives Fertigungsverfahren zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung einer oder mehrerer aufeinander folgender Bauteilschichten zumindest teilweise eine laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht (12) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a) Schichtweiser Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteil Werkstoff (16) auf eine Bauteilplattform, wobei der Auftrag entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils (10) erfolgt;
b) Schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteilwerkstoffs (16) mittels mindestens eines Laser- oder Elektronenstrahls zur Herstellung der Bauteilschicht (12), wobei mindestens ein Laser (14) oder mindestens eine Elektronenstrahlvorrichtung entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils (10) über die aufgetragene Bauteilwerkstoffschicht geführt wird;
c) Zumindest teilweise laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der Bauteilschicht (12);
d) Schichtweises Absenken der Bauteilplattform um eine vordefinierte Schichtdicke; und e) Wiederholen der Schritte a) bis d) bis zur Fertigstellung des Bauteils (10).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a) Schichtweiser Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff (16) auf eine Bauteilplattform, wobei der Auftrag entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils (10) erfolgt;
b) Schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteilwerkstoffs (16) mittels mindestens eines Laser- oder Elektronenstrahls zur Herstellung der Bauteilschicht (12), wobei mindestens ein Laser (14) oder mindestens eine Elektronenstrahl Vorrichtung entsprechend der Schichtinformation des herzustellenden Bauteils (10) über die aufgetragene Bauteilwerkstoffschicht geführt wird;
c) Schichtweises Absenken der Bauteilplattform um eine vordefinierte Schichtdicke; d) Wiederholen der Schritte a) bis c);
e) Zumindest teilweise laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der Bauteilschicht (12); und
f) Wiederholen der Schritte a) bis e) bis zur Fertigstellung des Bauteils (10).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Rapid-Prototyping- oder Rapid-Manufacturing- Verfahren, insbesondere ein Sintern, Mikrosintern, Schmelzen, Auftragsschweißen mit einem Laser- oder Elektronenstrahl ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pulverformige Bauteilwerkstoff (16) aus Metall, einer Metall-Legierung, Keramik, Silikat oder einer Mischung davon besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Sintern, Mikrosintern, Schmelzen oder Auftragsschweißen ein C02- oder Nd:YAG-Laser (18) oder ein Elektronenstrahl verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser gepulst ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laser- oder plasmainduzierte Druckbeaufschlagung der Oberfläche der zuletzt hergestellten Bauteilschicht (12) mittels eines Plasma- Schock-Peening, insbesondere einem Laser- Schock-Peening mittels einer Laserstrahlquelle (20) oder einem Plasma-Impuls-Peening mittels einer Plasmaimpulsquelle durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für das Laser-Schock-Peening ein Kurzpulslaser verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle (20) oder die Plasmaimpulsquelle als Strahlenquelle (14) für das schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteil Werkstoffs (16) verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und der Materialaufbau des Bauteils (10) als computergeneriertes Modell bestimmt wird und die daraus generierten Schichtinformationen zur Steuerung von mindestens einer Pulverzuführung (24), der Bauteilplattform, des mindestens einen Lasers (14) oder der mindestens einen Elektronenstrahlvorrichtung und verwendet werden.
12. Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Turbine oder eines Verdichters, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (26) mindestens eine Pulverzuführung (28) zum Auftrag von mindestens einem pulverformigen Bauteil Werkstoff (16) auf eine Bauteilplattform, mindestens eine Strahlenquelle (14) für ein schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteilwerkstoffs (16) sowie mindestens eine Laserstrahlquelle (20) oder mindestens eine Plasmaimpulsquelle zur Erzeugung einer laser- oder plasmainduzierten Druckwelle umfasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (14) ein Laser oder eine Elektronenstrahlvorrichtung ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein C02- oder Nd:YAG-Laser ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle (20) einen Kurzpulslaser umfasst.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle (20) oder Plasmaimpulsquelle die Strahlenquelle (14) für ein schichtweises und lokales Verschmelzen oder Versintern des Bauteil Werkstoffs (16) ausbilden. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16 zur Herstellung von Triebwerksbauteilen aus Nickel- oder Titanbasislegierungen, insbesondere zur Herstellung von Verdichter- oder Turbinenschaufeln.
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