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WO2018033405A1 - Verfahren und vorrichtung für die additive herstellung eines bauteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung für die additive herstellung eines bauteils Download PDF

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WO2018033405A1
WO2018033405A1 PCT/EP2017/069714 EP2017069714W WO2018033405A1 WO 2018033405 A1 WO2018033405 A1 WO 2018033405A1 EP 2017069714 W EP2017069714 W EP 2017069714W WO 2018033405 A1 WO2018033405 A1 WO 2018033405A1
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WO
WIPO (PCT)
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coater
component
layer
edge
edge contour
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/069714
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ömer AYDIN
Heinz Pilz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to CN201780050543.6A priority Critical patent/CN109562454B/zh
Priority to DE112017003505.8T priority patent/DE112017003505B4/de
Publication of WO2018033405A1 publication Critical patent/WO2018033405A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for the additive production of a component and to a corresponding device.
  • the process may be a coating process as part of an additive manufacturing process.
  • the component is preferably intended for use in a turbomachine, preferably a gas turbine.
  • the component is preferably made of a superalloy, in particular a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the superalloy may be precipitation hardened or precipitation hardenable.
  • additive manufacturing have proven to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree-designed components, for example labyrinth-like structures, cooling structures and / or lightweight structures,
  • additive manufacturing is characterized by a particularly short chain
  • a manufacturing or manufacturing step of a component can be carried out directly on the basis of design data, such as a corresponding CAD file .
  • the additive manufacturing is particularly advantageous for the development or production of prototypes, which, for example, for cost reasons, can not or can not be produced efficiently by conventional subtractive or metal-cutting processes or casting technology.
  • An additive method of selective laser melting is known, for example, from EP 2 601 006 B1.
  • the powder becomes before melting or solidifying, for example by means of a slider or coater, applied as a thin layer on a preferably flat construction platform.
  • the coater or doctor blade is usually guided linearly over the build platform.
  • the component must be placed on the build platform, taking into account a coating direction.
  • Simple components with a simple edge geometry or contour are preferably arranged in the middle of the construction platform and possibly with an edge parallel or perpendicular to the coating direction.
  • the coater would approach or cover the said edge for all layers with the full width or extent. This can in particular lead to an uneven layer application and / or increasingly to local tool wear. Since this process or this problem is the same in subsequent layers, so can a fault propagation caused and thus the layer or component quality are particularly affected.
  • One way to avoid these disadvantages for example, to arrange the component on the building board so that a coater hits an edge or contour of the component at an oblique or oblique angle, for example 45 °. This can be done, for example, by a rotation or corresponding arrangement of the component or adaptation of a corresponding data model to an orientation of the construction platform. In the case of components to be manufactured, however, this is often difficult, since a simple and / or linear edge geometry or contour of the components is seldom given and in particular the contour changes or varies in the course of the layered structure.
  • One aspect of the present invention relates to a method for additive manufacturing.
  • the method comprises detecting an edge contour of a layer that is additively constructed or to be constructed from a powder bed on the construction platform.
  • the built-up layer is in particular an already molten and solidified layer for the component.
  • the detection of the edge contour preferably denotes the detection of a position of the edge contour relative to the build platform or vice versa.
  • edge contour preferably designates the outer, preferably horizontal, edges of the built-up or built-up layer on the construction platform and / or the contour of the component formed by the edges on the construction platform represent the corresponding built-up layer of the component.
  • the edge contour of the layer to be built up additively or to be built up, or the position of the edge contour relative to the build platform is detected or determined on the basis of a data model, preferably design data, such as CAD data.
  • the edge contour or its position relative to the construction platform is detected physically by means of a scanning process, for example with a laser scanner, in which the built-up layer is examined with a corresponding scanner.
  • the edge contour is screened according to a data model or manufacturing data and - as an alternative or quality assurance measure - by means of a scanner.
  • the method further comprises aligning a
  • Coating direction for a new powder layer to be applied relative to the detected edge contour or vice versa such that an edge of the layer to be built up or to be built up has an angle which is preferably finite or non-zero and different from 90 °
  • Coater direction includes.
  • the alignment is carried out in such a way that the edge of the additively constructed or to be built up layer forms an angle between 10 ° and 80 ° with the
  • Coater direction includes. This embodiment is particularly useful to use the advantages of the invention.
  • said angle is preferably greater than 20 ° relative to the coater direction BR.
  • said angle is between 10 ° and 80 °, more preferably between 20 ° and 70 °, in particular between 30 ° and 60 °, for example 45 °.
  • a plurality of spaced-apart points or all points on the edge or its tangent (s) have an angle different from 90 ° with the coater direction.
  • the coater direction is preferably a direction along a surface normal of a coater face or perpendicular to the coater face (see below).
  • Coater surface is preferably that surface which is in direct contact with the powder and / or the powder bed for the coating process or the distribution of the newly applied layer on a production surface and which the surface which pushes the powder in front of it for a coating process.
  • the aforementioned newly applied powder layer is expediently designed to build up or solidify a further layer for the component.
  • powder-bed-based processes as a whole can be carried out much more robustly and the quality of the manufactured components can be decisively improved.
  • the coater direction is aligned relative to the detected edge contour by rotating the build platform, preferably together with a component structure possibly arranged thereon. In one embodiment, the coater direction is aligned relative to the detected edge contour by rotating a coating device and / or the coater direction, for example by a predetermined angle of a few degrees.
  • the coater direction relative to the edge contour by rotating the build platform and - like described - aligned by rotating the coater direction.
  • the coater direction is aligned relative to the edge contour via a change in the component design. This happens, for example, via a correction of the design data, for example CAD and / or CAM data.
  • the alignment is carried out in layers or is repeated after each layer constructed.
  • the alignment is performed on the basis of a calculation based on CAD and / or CAM data or data derived therefrom for the additive production of the component.
  • the coater direction after each built-up or solidified layer for the component is checked after or by capturing whether the corresponding edge encloses an angle different from 90 ° with the coater direction, the coater direction, if not, reoriented.
  • the method is a coating method for additive production.
  • the method steps of detection and / or alignment can be carried out according to the invention for each powder layer.
  • a further aspect of the present invention relates to a device for the powder-bed-based additive production of a component, as described above, wherein the device is designed to coat a production surface for the layered additive structure uniformly along a coating direction with a new powder layer (layerwise). layers, wherein a coating direction with the coating direction includes an angle other than 90 °. Accordingly, the device described is preferably likewise designed to solve the abovementioned disadvantages or problems in the coating according to the invention.
  • the powder is expediently a powdered base material for the component.
  • the coater surface (see above), for example at outer edges of the production surface in the direction of the coating direction, is bent.
  • This refinement preferably makes it possible to solve the stated problems according to the invention, without complicated or complicated method steps.
  • the curved configuration of the device in particular of the
  • Coater surface having part of the device ensures that an edge contour or edge of an already solidified component layer with the coater direction includes an angle different from 90 °.
  • the coater surface has at least two planar mutually angled sub-areas, of which at least one with the coating direction expediently encloses an angle different from 90 °.
  • This embodiment is provided as an alternative to the above-described curved configuration of the coater surface and also allows the advantages according to the invention.
  • the device comprises a round construction platform.
  • the round shape of the build platform is particularly related to a plan view of the build platform.
  • this embodiment of the device allows the object according to the invention to be achieved by rotating the construction platform or the coater direction (see above).
  • the device is a coating device or coater, in particular a powder slide, a doctor blade or powder roller for the additive construction of complex, high-temperature-resistant components. Accordingly, the device is preferably also high-temperature resistant, preferably resistant or heat-resistant for temperatures above 1000 °, preferably 1200 ° formed.
  • Embodiments, features and / or advantages relating in the present case to the method may also relate to the device or vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional or side view of a coating device.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the device.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a component on a building platform.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of the component from FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a schematic side view of a component on a building platform.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of the component
  • FIG. 5 shows a schematic side view of a component.
  • FIG. 8 shows a schematic plan view of the component from FIG. 7.
  • FIG. 9 shows a schematic side view of another component on a construction platform.
  • Figure 10 shows a schematic plan view of the component of Figure 9.
  • Figure 11 shows a schematic side view of another component on a construction platform.
  • FIG. 12 shows a schematic plan view of the component from FIG. 11.
  • FIG. 13 shows a schematic side view of another component.
  • FIG. 14 shows a schematic plan view of the component
  • FIG. 15 shows a schematic sectional or side view of a device according to the invention.
  • FIG. 16 shows a schematic plan view of the device from FIG. 15.
  • FIG. 17 shows a schematic flow diagram which indicates method steps of a method according to the invention.
  • FIG. 18 indicates two different embodiments of a coater according to the invention.
  • FIG. 19 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be regarded as true to scale, but individual elements, for better representation and / or better understanding exaggerated be shown thick or large.
  • FIGS. 1 to 14 describe, in particular, known aspects and relationships in additive production, in particular the corresponding coating methods and devices and methods of the prior art.
  • Figure 1 shows a device 30 in a schematic sectional or side view.
  • the device 30 comprises a construction platform 2.
  • the construction platform 2 is preferably arranged in a powder bed or powder 1.
  • a production surface HF of the construction platform and / or an already constructed layer (not explicitly shown in FIG. 1) is coated with powder.
  • a coater 32 is provided, which can be guided on a suspension 31 or moved accordingly.
  • the coater 32 may be, for example, machine-controlled.
  • the coater for a new powder application along a movement or coating direction BUR (see below), in this case guided from left to right on the manufacturing surface HF and thereby applied a new powder layer.
  • the new powder layer can then be exposed, melted and solidified, for example, by means of a laser or an electron beam according to the desired geometry.
  • FIG. 2 shows the device from FIG. 1 in a schematic plan view.
  • the arrow defining the coating direction BUR and the coater direction BR should be present be valid in particular for the figure 1 as well as for the figure 2.
  • FIG. 3 shows a component 10 which is arranged on an, for example, conventional construction platform 2.
  • the build platform 2 is usually lowered in layers during the additive construction of the component 10. This is preferably done via a lowering device 20.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of the component or the corresponding build platform from FIG. 3. It can be seen in particular that the component is arranged or oriented relative to the build platform 2 such that the edges 11 parallel to edges of the building platform 2 are oriented. If, according to this arrangement, a coater 32 (cf. FIG. 2), for example, traveled horizontally in accordance with the coating direction BUR over the production area HF, wherein the production area HF can also be defined by a layer already built up in order to apply a new powder layer At some point, coaters meet with their full width (compare coater surface BF in FIG. 2) an edge 11 of the component 10 (see dashed line, which indicates the coater surface or the coater).
  • the component 10 can be arranged or aligned on the construction platform 2 according to the representations of FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 6 shows, for example, that a contour or edges 11 of the component 10 are not oriented parallel to the side edges of the construction platform and accordingly not parallel to a coating direction BUR. Therefore, one would need to be arranged or aligned on the construction platform 2 according to the representations of FIGS. 5 and 6.
  • Coater (see again dashed line in Figure 6) initially meet only a corner 13 or vertical edge of the component 10, whereby, however, the described coating error hardly occur.
  • FIG. 7 shows another component 10 in a schematic side view. A schematic plan view of this component is shown in FIG.
  • This component 10 has in particular a first area Bl.
  • the first region Bl may be a main body or base region for the component 10.
  • a second area B2 is still constructed and displayed.
  • the second area B2 may be, for example, a functional area.
  • the first area Bl and the second area B2 are both cuboid-shaped. However, the edge contours (see reference numeral 11) of the first area Bl and the second area B2 are arranged rotated against each other according to the individual geometry of the component 10 so that side edges 11 of the first area Bl and side edges 11 of the second area B2 are not parallel.
  • the component 10 may be a turbine blade, the first region Bl a
  • Shovel foot and the second area B2 for example, the actual blade designated.
  • the edge contour along a construction direction (from bottom to top) of the component varies, so that, to the present mentioned disadvantages
  • a compromise for the alignment of the component 10 on the build platform 2 must be found (see Figures 13 and 14 below).
  • a coater 32 for example, which coats the manufacturing surface HF from the left along a coating direction BUR (see FIG meet first portion Bl of the component 10 (see dashed line in Figure 10).
  • an edge 11 of the second area would again coincide with the full width of the coater 32.
  • FIG. 13 indicates the arrangement of the described component 10 on the building platform 2, according to which the coating defects described are at least largely prevented during the additive construction. This is the case in particular, since neither the edges of the first region nor the edges of the second region are aligned parallel to the coater surface BF or the coater 32 when the coater moves across the production surface in the coating direction BUR (see dashed line in FIG. 14) ).
  • the extent or height of the regions B1, B2 indicated in FIG. 13 preferably corresponds to a multiple of a single solidified layer (cf. reference numeral 12 in FIG. 13), which is likewise indicated by a dashed line.
  • a compromise as shown in Figure 14 according to the shape complexity additively manufactured components is often difficult or even impossible, regardless of the relevant technical field in which these components are used, since the alignment of the components relative to the build platform, once a single
  • FIGS. 15 to 18 describe solutions according to the invention which make it possible, for example, to solve the problem of coating defects a priori and independently of the initial orientation of the respective component.
  • FIG. 15 shows a device 50 according to the invention in a schematic side view or sectional view.
  • the device 50 according to the invention likewise comprises a construction platform 2.
  • the device 50 furthermore comprises a suspension 61 to which a coater 60 is expediently coupled in a movable or movable manner. According to the presentation of the presentation of the
  • the device 50 is preferably designed to apply powder layers or powder layers for additive production to a production surface HF by means of the coater 60. This is preferably done as shown from left to right according to the coating direction BUR.
  • the construction platform 2 is preferably round, as shown in FIG. 16 in the corresponding schematic plan view of the device 50.
  • the construction platform 2 and / or the remaining parts of the device comprising the coating device of suspension 61 and coater 60, are movable about a rotation axis DA.
  • the construction platform 2 and the other components are preferably movable or rotatable about the axis of rotation DA independently of each other.
  • the coating device i.
  • the suspension 61 and the coater 60 can preferably be moved down and back up completely from the platform 2 by suitable means, so that, for example, the platform 2 is rotated relative to the coater, when the base material to be newly applied (see reference numeral 1) in Figure 16) is preferably not in contact with a manufacturing surface HF. This could otherwise lead to unwanted powder movements (vortex movement) and also affect the manufacturing quality.
  • Figure 17 shows a schematic flow diagram.
  • the method step a) describes the detection of the edge contour 11 or edge geometry of a powder bed 1 additively constructed or to be built layer 12 for the component 10 on a build platform 2 (see Figure 13 and dashed line in Figure 16, which the edge contour 11 of a corresponding Layer indicates).
  • the edge contour or its position relative to the construction platform is detected on the basis of a data model, preferably based on design data and / or CAD data.
  • the edge contour 11 or its position or course relative to the build platform 2 physically by means of a scan, for example with a Laser scanner detected in which the built-up layer is examined with a corresponding scanner.
  • the method step b) describes the alignment of a coater direction BR for a newly applied powder layer relative to the detected edge contour 11 such that an edge 11 of the additively constructed or to be built layer 12 has an angle different from 90 ° with the
  • Coater direction BR Coater direction BR. Accordingly, an angle is shown in Figure 16, which is preferably different from 0 and 90 °, in particular, for example, greater than 20 ° and a relative rotation between the edge contour 11 of the layer 12 and the coating direction BUR indicates.
  • the coater direction BR can correspond to the described coating direction BUR (compare FIGS. 1 to 16).
  • Said orientation can be effected such that in particular the coater direction BR is changed by rotating the coater and / or the coating device relative to the edge contour 11 or the component 10.
  • the construction platform can preferably be rotated with a component structure optionally arranged thereon relative to the coating direction.
  • a corresponding alignment can likewise be effected by making a change in the component design, in particular for a layer to be newly applied and subsequently to be consolidated.
  • the alignment is carried out according to the invention preferably in layers and on the basis of a calculation based on CAD and / or CAM data or derived data for the additive production of the component. According to the invention, it is preferably checked after each built-up layer 12 for the component 10 after or by detecting whether the edge 11 encloses an angle other than 90 ° (see FIG. 1) with the coater direction BR, and, where the coater direction BR, or is realigned.
  • the problem according to the invention can also be solved if many of the points or the corresponding edge enclose a (finite) angle different from 90 ° with the coater direction BR to the greatest possible extent.
  • the points or the corresponding edge enclose a (finite) angle different from 90 ° with the coater direction BR to the greatest possible extent.
  • Coater BR preferably such layer by layer, ie changed per layer, during the additive building of the component or "further rotated" that along the edge contour always different or successively different points on the contour or the edge "unfavorable” are arranged, ie, that At the latter points or positions on the edge nor the problems to be solved according to the invention occur.
  • FIGS. 18 and 19 show, in particular, alternative solutions to the described methods, which are achieved by the device according to the invention and the coaters shown in FIG.
  • the coater direction BR deviates from the described coating direction BUR as indicated by the design of the coater or coater.
  • a coater 60 according to the invention is shown.
  • the coater may in particular be a squeegee, a slider, a brush or a roller, suitable for coating an arbitrary production surface for the additive construction of a component.
  • the coater 60 shown on the left in FIG. 18 has or defines a coater surface BF (see above). It is further shown that this
  • Coater is angled or its coating surface BF is divided into two mutually angled sub-surfaces 70.
  • the named coater is in particular designed such that both a coater direction BR 1 and a
  • Coater BF has.
  • an edge contour of a component if it is linear or rectilinear edges automatically approached or "hit" at a certain angle, if the
  • Coater for example, by a suspension or removal device 61 (see Figure 15) in the direction of the coating direction BUR (see Figure 18) is moved.
  • Coater surface BF describes a particularly preferred embodiment, which almost always allows the advantages according to the invention; namely, whenever, for example, an edge contour of a component deviates in shape and orientation from the geometry of the curved coater surface BF.
  • FIG. 19 shows a further embodiment of a device 50 according to the invention, which likewise has a coater 60.
  • the coater 60 has, analogously to the illustrations 1 to 16 preferably a flat and linear coater surface BF on. 19, a coater direction BR (see dashed line in FIG. 19 is "set" at an angle to a coating direction BUR.)
  • a component for example as shown in FIGS. are aligned with its edges parallel to the edges of the build platform 2 without the coating defects described above will occur.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung für die additive Herstellung eines Bauteils Ein Verfahren für die additive Herstellung eines Bauteils (10) umfassend das Erfassen einer Kantenkontur (11) einer aus einem Pulverbett (1) additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht (12) für das Bauteil (10) auf einer Bauplattform (2) und das Ausrichten einer Beschichterrichtung (BR) für eine neu aufzubringende Pulverschicht relativ zu der erfassten Kantenkontur (11) derart, dass eine Kante (11) der additiv aufgebauten Schicht (12) einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Beschichterrichtung (BR) einschließt.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG FÜR DIE ADDITIVE HERSTELLUNG EINES BAUTEILS
Beschreibung
Verfahren für die additive Herstellung eines Bauteils und Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die additive Herstellung eines Bauteils sowie eine entsprechende Vorrichtung. Bei dem Verfahren kann es sich um ein Beschich- tungsverfahren als Teil eines additiven Herstellungsverfah- rens handeln.
Das Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Superlegierung, insbe- sondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung.
Die Superlegierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein.
Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufactu- ring") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere zeichnet sich die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozess- schritten aus, wobei ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils direkt auf Basis von Konstruktionsdaten, wie beispielsweise einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann. Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen, mittels konventioneller subtraktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können.
Ein additives Verfahren selektiven Laserschmelzens ist bei- spielsweise bekannt aus EP 2 601 006 Bl .
In der additiven Herstellung (Englisch: „additive manufactu- ring") wird - im Falle von Pulverbett-Verfahren - das Pulver vor einem Aufschmelzen oder Verfestigen beispielsweise mit- hilfe eines Schiebers oder Beschichters als dünne Schicht auf einer vorzugsweise ebenen Bauplattform aufgetragen. Dazu wird der Beschichter oder die Rakel üblicherweise linear über die Bauplattform geführt.
Zuvor muss das Bauteil auf der Bauplattform unter Berücksichtigung einer Beschichtungsrichtung angeordnet werden. Einfache Bauteile mit einer einfachen Kantengeometrie oder Kontur werden vorzugsweise in der Mitte der Bauplattform und möglicherweise mit einer Kante parallel oder senkrecht zur Beschichtungsrichtung angeordnet. Erfahrungsgemäß ist eine derartige Anordnung ungünstig, da der Beschichter die genannte Kante für alle Schichten mit der vollen Breite oder Erstre- ckung anfahren oder überstreichen würde. Dies kann insbesondere zu einem ungleichmäßigen Schichtauftrag und/oder verstärkt zu lokalem Werkzeugverschleiß führen. Da dieser Vorgang oder dieses Problem bei darauffolgenden Schichten das gleiche ist, kann so eine Fehlerfortpflanzung verursacht und damit die Schicht- oder Bauteilqualität besonders stark beeinträchtigt werden.
Eine Möglichkeit, diese Nachteile zu vermeiden sind, beispielsweise das Bauteil auf der Bauplatte so anzuordnen, dass ein Beschichter eine Kante oder Kontur des Bauteils unter einem schrägen oder schiefen Winkel von beispielsweise 45° trifft. Dies kann beispielsweise durch eine Drehung oder entsprechende Anordnung des Bauteils oder Anpassung eines entsprechenden Datenmodells an eine Ausrichtung der Bauplattform erfolgen. Bei zu fertigenden Bauteilen ist dies jedoch häufig schwierig, da eine einfache und/oder lineare Kantengeometrie oder Kontur der Bauteile selten gegeben ist und sich insbesondere die Kontur im Laufe des schichtweisen Aufbaus verändert oder variiert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen die genannten Nachteile eingeschränkt oder überwunden werden können. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren für die additive Herstellung. Das Verfahren umfasst das Erfassen einer Kantenkontur einer aus einem Pulverbett heraus additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht auf der Bau- plattform. Die aufgebaute Schicht ist insbesondere eine bereits aufgeschmolzene und verfestigte Schicht für das Bauteil .
Das Erfassen der Kantenkontur bezeichnet vorzugsweise das Er- fassen einer Position der Kantenkontur relativ zu der Bauplattform oder umgekehrt.
Der Ausdruck „Kantenkontur" bezeichnet vorliegend vorzugsweise die äußeren, vorzugsweise horizontalen, Kanten der aufge- bauten oder aufzubauenden Schicht auf der Bauplattform und/oder die durch die Kanten gebildete Kontur des Bauteils auf der Bauplattform. Die Kantenkontur kann eine äußere Begrenzung des Bauteils, insbesondere der entsprechenden aufgebauten Schicht des Bauteils darstellen.
In einer Ausgestaltung wird die Kantenkontur der additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht oder die Position der Kantenkontur relativ zu der Bauplattform anhand eines Datenmodells, vorzugsweise Konstruktionsdaten, wie CAD Daten, er- fasst oder ermittelt.
In einer Ausgestaltung wird die Kantenkontur oder deren Position relativ zu der Bauplattform physisch mittels eines Scanvorgangs, beispielsweise mit einem Laserscanner erfasst, in dem die aufgebaute Schicht mit einem entsprechenden Scanner untersucht wird. In einer Ausgestaltung wird die Kantenkontur entsprechend anhand eines Datenmodells oder von Herstellungsdaten und - als hilfsweise oder Qualitätssicherungsmaßnahme - mittels eines Scanners gerastert.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausrichten einer
Beschichterrichtung für eine neue aufzubringende Pulverschicht relativ zu der erfassten Kantenkontur oder umgekehrt, derart dass eine Kante der additiv aufgebauten oder aufzubau- enden Schicht einen, vorzugsweise endlichen oder von Null verschiedenen, und von 90° verschiedenen Winkel mit der
Beschichterrichtung einschließt.
In einer Ausgestaltung wird das Ausrichten derart durchge- führt, dass die Kante der additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht einen Winkel zwischen 10° und 80° mit der
Beschichterrichtung einschließt. Diese Ausgestaltung ist besonders zweckmäßig, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu nutzen. Insbesondere ist der genannte Winkel dafür vorzugsweise größer als 20° relativ zu der Beschichterrichtung BR.
Bevorzugt liegt der genannte Winkel zwischen 10° und 80°, besonders bevorzugt zwischen 20° und 70°, insbesondere zwischen 30° und 60°, beispielsweise 45°.
Sofern die genannte Kante nicht linear oder nicht gradlinig ist, schließen erfindungsgemäß vorzugsweise mehrere voneinander beabstandete Punkte oder alle Punkte auf der Kante bzw. deren Tangente (n) einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Beschichterrichtung ein.
Die Beschichterrichtung ist vorzugsweise eine Richtung entlang einer Oberflächennormalen einer Beschichterfläche bzw. senkrecht zu der Beschichterfläche (siehe unten) . Die
Beschichterfläche ist vorzugsweise diejenige Fläche, welche für den Beschichtungsvorgang oder das Verteilen der neu aufzubringenden Schicht auf einer Herstellungsfläche direkt im Kontakt mit dem Pulver und/oder dem Pulverbett steht und die- jenige Fläche, welche das Pulver für einen Beschichtungsvor- gang vor sich herschiebt.
Die genannte neu aufzubringende Pulverschicht ist zweckmäßi- gerweise dafür vorgesehen, eine weitere Schicht für das Bauteil aufzubauen oder zu verfestigen.
Vorteilhafterweise wird durch das beschriebene Verfahren erreicht, dass - wie oben beschrieben - Kanten bereits additiv aufgebauter Schichten nicht entlang ihrer vollen Ausdehnung von einem Beschichter überfahren werden und somit Beschich- tungsfehler vermieden werden können.
Weiterhin können pulverbettbasierte Verfahren insgesamt da- durch deutlich robuster durchgeführt und die Qualität der gefertigten Bauteile entscheidend verbessert werden.
Insbesondere können Maß- und Formabweichungen des Bauteils (beispielsweise von einem Modell oder Ideal) durch eine ver- besserte Beschichtungsqualität reduziert werden. Diese erlaubt wiederum Kosten- oder Ressourcenersparnisse, da der Ausschuss fehlerhaft aufgebauter Bauteile ebenfalls reduziert werden kann. In einer Ausgestaltung wird die Beschichterrichtung relativ zu der erfassten Kantenkontur durch Drehen der Bauplattform, vorzugsweise zusammen mit einer etwaig darauf angeordneten Bauteilstruktur, ausgerichtet. In einer Ausgestaltung wird die Beschichterrichtung relativ zu der erfassten Kantenkontur durch Drehen einer Beschich- tungseinrichtung und/oder der Beschichterrichtung, beispielsweise um einen vorbestimmten Winkel von wenigen Grad, ausgerichtet .
In einer Ausgestaltung wird die Beschichterrichtung relativ zu der Kantenkontur durch Drehen der Bauplattform und - wie beschrieben - durch Drehen der Beschichterrichtung ausgerichtet .
In einer Ausgestaltung wird die Beschichterrichtung relativ zu der Kantenkontur über eine Änderung des Bauteildesigns ausgerichtet. Dies geschieht beispielsweise über eine Korrektur der Konstruktionsdaten, beispielsweise CAD- und/oder CAM- Daten . In einer Ausgestaltung erfolgt das Ausrichten schichtweise bzw. wird nach jeder aufgebauten Schicht wiederholt.
In einer Ausgestaltung wird das Ausrichten auf Basis von einer durch CAD- und/oder CAM-Daten oder davon abgeleiteten Da- ten für die additive Herstellung des Bauteils gestützten Berechnung durchgeführt .
In einer Ausgestaltung wird nach jeder aufgebauten oder verfestigten Schicht für das Bauteil nach dem oder durch das Er- fassen geprüft, ob die entsprechende Kante einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Beschichterrichtung einschließt, wobei die Beschichterrichtung, verneinendenfalls , neu ausgerichtet wird. In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein Beschichtungs- verfahren für die additive Herstellung.
Mit anderen Worten können die Verfahrensschritte des Erfassens und/oder des Ausrichten erfindungsgemäß für jede Pulver- Schicht neu durchgeführt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die pulverbettbasierte additive Herstellung eines Bauteils, wie oben beschrieben, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, eine Herstellungsfläche für den schichtweisen additiven Aufbau gleichmäßig entlang einer Beschichtungs- richtung mit einer neuen Pulverschicht (schichtweise) zu be- schichten, wobei eine Beschichterrichtung mit der Beschich- tungsrichtung einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt. Die beschriebene Vorrichtung ist dementsprechend vorzugsweise ebenfalls ausgebildet, die die oben genannten Nachteile be- ziehungsweise Probleme bei der Beschichtung erfindungsgemäß zu lösen.
Bei dem Pulver handelt es sich zweckmäßigerweise um ein pul- verförmiges Basismaterial für das Bauteil.
In einer Ausgestaltung ist die Beschichterfläche (siehe oben) , beispielsweise an äußeren Rändern der Herstellungsfläche in Richtung der Beschichtungsrichtung, gebogen. Diese Ausgestaltung erlaubt vorzugsweise die genannten Probleme er- findungsgemäß zu lösen, und zwar ohne aufwendige oder komplizierte Verfahrensschritte. Insbesondere ist durch die gebogene Ausgestaltung der Vorrichtung, insbesondere des die
Beschichterfläche aufweisenden Teils der Vorrichtung gewährleistet, dass eine Kantenkontur oder Kante einer bereits ver- festigten Bauteilschicht mit der Beschichterrichtung einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt.
In einer Ausgestaltung weist die Beschichterfläche mindestens zwei ebene zueinander gewinkelte Teilflächen auf, von denen zweckmäßigerweise zumindest eine mit der Beschichtungsrichtung einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt. Diese Ausgestaltung ist als Alternative zu der oben beschriebenen gebogenen Ausgestaltung der Beschichterfläche vorgesehen und ermöglicht ebenfalls die erfindungsgemäßen Vorteile.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine runde Bauplattform. Die runde Form der Bauplattform ist insbesondere auf eine Aufsicht auf die Bauplattform bezogen. Im Unterschied zu den beiden vorherig genannten Ausgestaltungen, er- laubt diese Ausführung der Vorrichtung die erfindungsgemäße Aufgabe durch Drehen der Bauplattform bzw. der Beschichterrichtung zu lösen (siehe oben) . In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung eine Beschich- tungsvorrichtung oder Beschichter, insbesondere ein Pulverschieber, eine Rakel oder Pulverwalze für den additiven Aufbau von komplexen, hochtemperaturbeständigen Bauteilen. Dementsprechend ist die Vorrichtung vorzugsweise ebenfalls hochtemperaturbeständig, vorzugsweise beständig oder warmfest für Temperaturen oberhalb von 1000°, vorzugsweise 1200°, ausgebildet .
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren beziehen, können ferner die Vorrichtung betreffen oder umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht einer Beschichtungsvorrichtung .
Figur 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Vorrichtung .
Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauteils auf einer Bauplattform.
Figur 4 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Bauteil aus Figur 3.
Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauteils auf einer Bauplattform.
Figur 6 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Bauteil aus
Figur 5. Figur 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauteils . Figur 8 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Bauteil aus Figur 7.
Figur 9 zeigt eine schematische Seitenansicht eines weite- ren Bauteils auf einer Bauplattform.
Figur 10 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Bauteil aus Figur 9. Figur 11 zeigt eine schematische Seitenansicht eines weiteren Bauteils auf einer Bauplattform.
Figur 12 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Bauteil aus Figur 11.
Figur 13 zeigt eine schematische Seitenansicht eines weiteren Bauteils.
Figur 14 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Bauteil
13.
Figur 15 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 16 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Vorrichtung aus Figur 15.
Figur 17 ein schematisches Flussdiagramm, welches Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens an- deutet.
Figur 18 deutet zwei unterschiedliche Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Beschichters an. Figur 19 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein . Die Figuren 1 bis 14 beschreiben insbesondere bekannte Aspekte und Zusammenhänge in der additiven Herstellung, insbesondere der entsprechenden Beschichtungsverfahren sowie Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik. Insbesondere zeigt Figur 1 eine Vorrichtung 30 in einer schematischen Schnitt- bzw. Seitenansicht. Die Vorrichtung 30 um- fasst eine Bauplattform 2. Die Bauplattform 2 ist vorzugsweise in einem Pulverbett oder Pulver 1 angeordnet. Für den Aufbau eines Bauteils durch ein entsprechendes Pulverbettverfah- ren wird vorzugsweise eine Herstellungsfläche HF der Bauplattform und/oder einer bereits aufgebauten Schicht (nicht explizit in Figur 1 gezeigt) mit Pulver beschichtet. Dafür ist ein Beschichter 32 vorgesehen, welcher an einer Aufhängung 31 geführt oder von dieser entsprechend bewegt werden kann. Der Beschichter 32 kann beispielsweise maschinengesteuert sein. Vorzugsweise wird der Beschichter für einen neuen Pulverauftrag entlang einer Bewegungs- oder Beschichtungs- richtung BUR (siehe unten) , vorliegend von links nach rechts über die Herstellungsfläche HF geführt und dabei eine neue Pulverschicht aufgetragen. Die neue Pulverschicht kann anschließend beispielsweise mittels eines Lasers oder eines Elektronenstrahls entsprechend der gewünschten Geometrie exponiert, aufgeschmolzen und verfestigt werden. Figur 2 zeigt die Vorrichtung aus Figur 1 in einer schematischen Aufsicht. Der die Beschichtungsrichtung BUR und die Beschichterrichtung BR definierende Pfeil soll vorliegend insbesondere für die Figur 1 als auch für die Figur 2 gültig sein .
In Figur 2 ist zu erkennen, dass der Beschichter 32 sich ent- lang der Herstellungsfläche HF erstreckt (vergleiche Y-
Achse) . Der Beschichter 32 kann eine Walze, eine Klinge, eine Rakel, eine Bürste oder eine andere zweckmäßige Ausgestaltung haben . Figur 3 zeigt ein Bauteil 10, welches auf einer beispielsweise konventionellen Bauplattform 2 angeordnet ist. Entsprechend des pulverbettbasierten Verfahrens wird die Bauplattform 2 üblicherweise während des additiven Aufbaus des Bauteils 10 schichtweise abgesenkt. Dies geschieht vorzugsweise über eine Absenkvorrichtung 20.
Das Bauteil umfasst weiterhin eine Kante oder Kantenkontur 11. Figur 4 zeigt eine schematische Aufsicht auf das Bauteil beziehungsweise die entsprechende Bauplattform aus Figur 3. Es ist insbesondere zu erkennen, dass das Bauteil derart relativ zu der Bauplattform 2 angeordnet oder ausgerichtet ist, dass die Kanten 11 parallel zu Kanten der Bauplattform 2 orien- tiert sind. Würde gemäß dieser Anordnung, ein Beschichter 32 (vergleiche Figur 2), beispielsweise horizontal gemäß der Be- schichtungsrichtung BUR über die Herstellungsfläche HF fahren, wobei die Herstellungsfläche HF ebenfalls durch eine bereits aufgebaute Schicht definiert sein kann, um eine neue Pulverschicht aufzutragen, würde der Beschichter irgendwann mit seiner vollen Breite (vergleiche Beschichterfläche BF in Figur 2) eine Kante 11 des Bauteils 10 treffen (vergleiche gestrichelte Linie, welche die Beschichterfläche bzw. den Beschichter andeutet) . Dies kann in erheblichem Maße zu unre- gelmäßigen Beschichtungsergebnissen oder Beschichtungsfehlern führen, als sich dieser Vorgang während des Aufbaus des Bauteils Schicht für Schicht wiederholt und sich so Beschichtungsfehler fortpflanzen oder addieren können. Um dieses Problem zu lösen, kann beispielsweise das Bauteil 10 auf der Bauplattform 2 gemäß den Darstellungen der Figuren 5 und 6 angeordnet beziehungsweise ausgerichtet werden. In Figur 6 ist beispielsweise gezeigt, dass eine Kontur oder Kanten 11 des Bauteils 10 nicht parallel zur Seitenkanten der Bauplattform und demgemäß nicht parallel zu einer Beschich- tungsrichtung BUR orientiert sind. Daher würde ein
Beschichter (vergleiche wieder gestrichelte Linie in Figur 6) zunächst nur eine Ecke 13 oder vertikale Kante des Bauteils 10 treffen, wodurch jedoch die beschriebenen Beschichtungs- fehler kaum auftreten.
Figur 7 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres Bauteil 10. Eine schematische Aufsicht dieses Bauteils ist in Figur 8 gezeigt.
Dieses Bauteil 10 weist insbesondere einen ersten Bereich Bl auf. Der erste Bereich Bl kann ein Grundkörper oder Basisbereich für das Bauteil 10 sein. Auf dem ersten Bereich Bl ist weiterhin ein zweiter Bereich B2 aufgebaut und abgebildet. Der zweite Bereich B2 kann beispielsweise ein funktionaler Bereich sein.
Der erste Bereich Bl und der zweite Bereich B2 sind beide quaderartig geformt. Jedoch sind die Kantenkonturen (vergleiche Bezugszeichen 11) des ersten Bereichs Bl und des zweiten Bereichs B2 entsprechend der individuellen Geometrie des Bauteils 10 gegeneinander verdreht angeordnet, so dass Seitenkanten 11 des ersten Bereichs Bl und Seitenkanten 11 des zweiten Bereichs B2 nicht parallel sind.
Um ein konkretes Beispiel zu nennen, kann das Bauteil 10 eine Turbinenschaufel sein, wobei der erste Bereich Bl einen
Schaufelfuß und der zweite Bereich B2 beispielsweise die ei- gentliche Schaufel bezeichnet. Bei solchen komplexen, insbesondere nicht quaderförmigen Bauteilen variiert die Kantenkontur entlang einer Aufbaurichtung (von unten nach oben) des Bauteils, so dass, um die vorliegend genannten Nachteile bei der Beschichtung zu vermeiden, ein Kompromiss für die Ausrichtung des Bauteils 10 auf der Bauplattform 2 gefunden werden muss (vergleiche Figuren 13 und 14 weiter unten) . Wenn das Bauteil 10 aus Figur 7 beispielsweise gemäß den Figuren 9 und 10 auf der Bauplattform 2 angeordnet wird, würde beispielsweise ein Beschichter 32, welcher die Herstellungsfläche HF von links entlang einer Beschichtungsrichtung BUR beschichtet (vergleiche Figur 10) , zunächst wieder die Ecke 13 des ersten Bereichs Bl des Bauteils 10 treffen (vergleiche gestrichelte Linie in Figur 10) . Zu einem späteren Zeitpunkt des Aufbaus, nämlich wenn der Aufbau schon bis zum zweiten Bereich B2 fortgeschritten ist, würde eine Kante 11 des zweiten Bereichs wieder mit der vollen Breite des Beschichters 32 zusammentreffen.
Falls das Bauteil gemäß den Figuren 11 und 12 ausgerichtet würde, wäre der Vorgang umgekehrt, und eine Kante 11 des ersten Bereichs Bl des Bauteils 10 würde vom Beschichter 32 an- gefahren und die entsprechenden Beschichtungsfehler verursachen, obgleich die Beschichtungsfehler für den Aufbau des zweiten Bereichs B2 ausgeräumt wären.
Figur 13 deutet die Anordnung des beschriebenen Bauteils 10 auf der Bauplattform 2 an, gemäß der die beschriebenen Beschichtungsfehler während des additiven Aufbaus zumindest weitgehend verhindert werden. Dies ist insbesondere der Fall, da weder die Kanten des ersten Bereichs noch die Kanten des zweiten Bereichs parallel zu der Beschichterfläche BF bzw. des Beschichters 32 ausgerichtet sind, wenn der Beschichter gemäß der Beschichtungsrichtung BUR über die Herstellungsfläche fährt (vergleiche gestrichelte Linie in Figur 14) .
Die in Figur 13 angedeutete Ausdehnung oder Höhe der Bereiche Bl, B2 entspricht vorzugsweise einem Vielfachen einer einzelnen verfestigten Schicht (vergleiche Bezugszeichen 12 in Figur 13), welche ebenfalls mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Einen solchen Kompromiss wie in Figur 14 dargestellt, zu finden, ist jedoch entsprechend der Formkomplexität additiv gefertigte Bauteile unabhängig von dem entsprechenden technischen Gebiet auf dem diese Bauteile eingesetzt werden, häufig schwierig oder gar nicht möglich, da die Ausrichtung der Bauteile relativ zu der Bauplattform, sobald eine einzige
Schicht auf dieser verfestigt wurde, nachträglich kaum geändert werden kann. Die Figuren 15 bis 18 beschreiben erfindungsgemäße Lösungen, die es erlauben, die Problematik der Beschichtungsfehler beispielsweise von vornherein und unabhängig von der anfänglichen Ausrichtung des jeweiligen Bauteils, zu lösen. Figur 15 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 50 in einer schematischen Seiten- oder Schnittansicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 50 umfasst ebenfalls eine Bauplattform 2. die Vorrichtung 50 umfasst weiterhin eine Aufhängung 61, an der zweckmäßigerweise ein Beschichter 60 beweglich oder verfahrbar gekoppelt ist. Entsprechend der Darstellung der
Figur 1 ist die Vorrichtung 50 vorzugsweise ausgebildet, Pulverschichten oder Pulverlagen für die additive Herstellung auf eine Herstellungsfläche HF mittels des Beschichters 60 aufzutragen. Dies geschieht vorzugsweise, wie dargestellt von links nach rechts entsprechend der Beschichtung Richtung BUR.
Die Bauplattform 2 ist vorzugsweise rund, wie in Figur 16 in der entsprechenden schematischen Aufsicht der Vorrichtung 50 dargestellt .
Erfindungsgemäß ist die Bauplattform 2 und/oder die übrigen Teile der Vorrichtung, umfassend die Beschichtungseinrichtung aus Aufhängung 61 und Beschichter 60, um eine Drehachse DA beweglich. Insbesondere sind vorzugsweise die Bauplattform 2 und die übrigen Komponenten unabhängig voneinander um die Drehachse DA beweglich oder drehbar. Diese Ausgestaltungen ermöglichen eine Anpassung der Ausrichtung des Bauteils oder einzelner für dieses aufgebauter Schichten (nicht explizit dargestellt) während der additiven Herstellung, so dass eine Beschichterfläche BF des Beschichters 60 vorzugsweise nicht entlang seiner vollen Breite (vergleiche Y-Achse in Figur 16) auf Kanten eines entsprechenden Bauteils trifft und vorzugs- weise nicht immer an derselben Stellen entlang der Kante.
Anders als in Figur 16 dargestellt, kann die Beschichtungs- einrichtung, d.h. die Aufhängung 61 und der Beschichter 60 vorzugsweise durch geeignete Mittel komplett von der Bau- plattform 2 herunter- und wieder herauf bewegbar sein, so dass eine Drehung beispielsweise der Bauplattform 2 relativ zu der Beschichtungsvorrichtung erfolgt, wenn neu aufzutragendes, pulverförmiges Basismaterial (vergleiche Bezugszeichen 1 in Figur 16) vorzugweise nicht in Kontakt mit einer Herstellungsfläche HF steht. Dies könnte ansonsten zu ungewünschten Pulverbewegungen (Strudelbewegung) führen und ebenfalls die Herstellungsqualität beeinträchtigen.
Anhand der Figuren 15, 16 und 17 wird vorliegend ein erfin- dungsgemäßes Verfahren vorgestellt und beschrieben, welches die vorliegend adressierten Beschichtungsprobleme löst.
Insbesondere zeigt Figur 17 ein schematisches Flussdiagramm. Der Verfahrensschritt a) beschreibt das Erfassen der Kanten- kontur 11 oder Kantengeometrie einer aus einem Pulverbett 1 additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht 12 für das Bauteil 10 auf einer Bauplattform 2 (vergleiche Figur 13 sowie gestrichelte Linie in Figur 16, welche die Kantenkontur 11 einer entsprechenden Schicht andeutet) .
Beispielsweise wird die Kantenkontur oder deren Position relativ zu der Bauplattform anhand eines Datenmodells, vorzugsweise anhand von Konstruktionsdaten und/oder CAD-Daten, er- fasst .
Alternativ oder zusätzlich wird die Kantenkontur 11 oder deren Position oder Verlauf relativ zu der Bauplattform 2 physisch mittels eines Scanvorgangs, beispielsweise mit einem Laserscanner erfasst, in dem die aufgebaute Schicht mit einem entsprechenden Scanner untersucht wird.
Der Verfahrensschritt b) beschreibt das Ausrichten einer Beschichterrichtung BR für eine neu aufzubringende Pulverschicht relativ zu der erfassten Kantenkontur 11 derart, dass eine Kante 11 der additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht 12 einen von 90° verschiedenen Winkel mit der
Beschichterrichtung BR einschließt. Entsprechend ist in Figur 16 ein Winkel gezeigt, welcher vorzugsweise von 0 und 90° verschieden ist, insbesondere beispielsweise größer als 20° ist und eine relative Drehung zwischen der Kantenkontur 11 der Schicht 12 und der Beschichtungsrichtung BUR andeutet. Die Beschichterrichtung BR kann mit der beschriebenen Be- schichtungsrichtung BUR übereinstimmen (vergleiche die Figuren 1 bis 16) .
Die genannte Ausrichtung kann derart erfolgen, dass insbesondere die Beschichterrichtung BR durch Drehen des Beschichters und/oder der Beschichtungsvorrichtung relativ zu der Kantenkontur 11 bzw. dem Bauteil 10 verändert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann für die Veränderung einer für das Beschichtungsergebnis ungünstigen Ausrichtung von Bauteil und Beschichterrichtung, die Bauplattform vorzugsweise mit einer gegebenenfalls darauf angeordneten Bauteilstruktur relativ zu der Beschichterrichtung, gedreht werden.
Eine entsprechende Ausrichtung kann ebenfalls dadurch erfol- gen, dass, insbesondere für eine neu aufzubringende und anschließend zu verfestigende Schicht, eine Änderung des Bauteildesigns vorgenommen wird.
Das Ausrichten erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise schicht- weise und auf Basis von einer durch CAD und/oder CAM-Daten oder davon abgeleiteten Daten für die additive Herstellung des Bauteils gestützten Berechnung. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß nach jeder aufgebauten Schicht 12 für das Bauteil 10 nach dem oder durch das Erfassen geprüft wird, ob die Kante 11 einen von 90° verschiedenen Winkel (vgl. ) mit der Beschichterrichtung BR einschließt, und, wobei die Beschichterrichtung BR, verneinendenfalls , neu ausgerichtet wird.
Unter Umständen ist es nicht immer oder für alle Kantenbereiche oder Kantenpunkte möglich, insbesondere bei runden Kontu- ren, dass alle Punkte einer Kante bzw. deren Tangente (n) einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Beschichterrichtung BR einschließen.
Das erfindungsgemäße Problem kann jedoch auch dann gelöst werden, wenn viele der Punkte oder die entsprechende Kante zu einem möglichst großen Anteil entsprechend einen (endlichen) von 90° verschiedenen Winkel mit der Beschichterrichtung BR einschließen . Im Fall von runden oder ovalen Kantenkonturen wird die
Beschichterrichtung BR vorzugsweise derart schichtweise, d. h. pro aufgebauter Schicht, während des additiven Aufbauens des Bauteils verändert oder „weitergedreht", dass entlang der Kantenkontur immer andere bzw. nacheinander verschiedene Punkte auf der Kontur bzw. der Kante „ungünstig" angeordnet sind, d.h., dass an den letztgenannten Punkten oder Positionen auf der Kante noch die erfindungsgemäß zu lösenden Probleme auftreten. In den Figuren 18 und 19 werden insbesondere alternative Lösungen zu den beschriebenen Verfahren vorgestellt, welche durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und die in Figur 18 dargestellten Beschichter gelöst werden. In den Darstellungen der Figuren 18 und 19 weicht - durch die Ausgestaltung der Beschichter bzw. Beschichtungsvorrichtung ein - die Beschichterrichtung BR wie angedeutet von der beschriebenen Beschichtungsrichtung BUR ab. In der links dargestellten Aufsicht von Figur 18 ist ein erfindungsgemäßer Beschichter 60 dargestellt. Bei dem Beschichter kann es sich insbesondere um eine Rakel, einen Schieber, eine Bürste oder eine Walze, geeignet zur Beschichtung einer beliebigen Herstellungsfläche für den additiven Aufbau eines Bauteils handeln. Der links in Figur 18 gezeigte Beschichter 60 weist eine Beschichterfläche BF auf oder definiert diese (siehe oben) . Es ist weiterhin gezeigt, dass dieser
Beschichter gewinkelt ist bzw. seine Beschichterfläche BF in zwei zueinander gewinkelte Teilflächen 70 unterteilt ist. Der genannte Beschichter ist insbesondere derart ausgebildet, dass sowohl eine Beschichterrichtung BR 1 als auch eine
Beschichterrichtung BR 2 der entsprechenden Teilflächen bei einer Beschichtungsrichtung BUR von links nach rechts, eine Kantenkontur eines Bauteils (in Figuren 18 bis 19 nicht explizit dargestellt) unter einem von 90° verschiedenen Winkel treffen und damit die erfindungsgemäßen Vorteile bieten.
Dies gilt insbesondere auch für den in der rechten Ansicht von Figur 18 gezeigten Beschichter, welche eine gebogene
Beschichterfläche BF aufweist. Durch diese Ausgestaltung wird eine Kantenkontur eines Bauteils, sofern es sich um lineare oder geradlinige Kanten handelt automatisch unter einem bestimmten Winkel angefahren oder „getroffen", wenn der
Beschichter, beispielsweise von einer Aufhängung oder Abführungseinrichtung 61 (vergleiche Figur 15) in Richtung der Beschichtungsrichtung BUR (vergleiche Figur 18) bewegt wird.
Der beschriebene Beschichter 60 mit der gebogenen
Beschichterfläche BF beschreibt eine besonders bevorzugte Ausführungsform, welche die erfindungsgemäße Vorteile fast immer ermöglicht; nämlich immer dann, wenn beispielsweise eine Kantenkontur eines Bauteils in Form und Orientierung von der Geometrie der gebogenen Beschichterfläche BF abweicht.
Figur 19 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 50, welche ebenfalls einen Beschichter 60 aufweist. Der Beschichter 60 weist analog zu den Darstellun- gen der Figuren 1 bis 16 vorzugsweise eine ebene und lineare Beschichterfläche BF auf. Jedoch ist, im Unterschied zu den bisher gezeigten Darstellungen, eine Beschichterrichtung BR (vergleiche gestrichelte Linie in Figur 19 unter einem Winkel zu einer Beschichtungsrichtung BUR „angestellt". Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein Bauteil, beispielsweise wie anhand von den Figuren 3 und 4 dargestellt, mit seinen Kanten parallel zu den Kanten der Bauplattform 2 ausgerichtet werden, ohne dass die oben beschriebenen Beschichtungsfehler auftreten werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für die additive Herstellung eines Bauteils
(10) umfassend die folgenden Schritte:
Erfassen einer Kantenkontur (11) einer aus einem Pulverbett (1) additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht (12) für das Bauteil (10) auf einer Bauplattform (2), Ausrichten einer Beschichterrichtung (BR) für eine neu aufzubringende Pulverschicht relativ zu der erfassten
Kantenkontur (11) derart, dass eine Kante (11) der additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht (12) einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Beschichterrichtung (BR) einschließt .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Kantenkontur (11) der additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht (12) oder die Position der Kantenkontur (11) relativ zu der Bauplattform (2) anhand eines Datenmodells, vorzugsweise Konstrukti- onsdaten, wie CAD Daten, erfasst wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Ausrichten derart durchgeführt wird, dass die Kante (11) der additiv aufgebauten oder aufzubauenden Schicht (12) einen Winkel zwi- sehen 10° und 80° mit der Beschichterrichtung (BR) einschließt .
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichterrichtung (BR) relativ zu der Kantenkontur (11) durch Drehen der Bauplattform (2) ausgerichtet wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichterrichtung (BR) relativ zu der Kantenkontur
(11) durch Drehen der Beschichterrichtung (BR) ausgerichtet wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichterrichtung (BR) relativ zu der Kantenkontur (11) durch Drehen der Bauplattform (2) und durch Drehen der Beschichterrichtung (BR) ausgerichtet wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei die Beschichterrichtung (BR) relativ zu der erfassten
Kantenkontur (11) über eine Änderung des Bauteildesigns ausgerichtet wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei das Ausrichten schichtweise erfolgt und auf Basis von einer durch CAD- und/oder CAM-Daten für die additive Herstellung des Bauteils gestützten Berechnung durchgeführt wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei nach jeder aufgebauten Schicht (12) für das Bauteil (10) nach dem oder durch das Erfassen geprüft wird, ob die Kante (11) einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Beschichterrichtung (BR) einschließt und, wobei die Beschichterrichtung (BR) , verneinendenfalls, neu ausgerichtet wird.
10. Vorrichtung (50) für die pulverbettbasierte additive Herstellung eines Bauteils (10) , welche ausgebildet ist, eine Herstellungsfläche (HF) für den schichtweisen additiven Aufbau gleichmäßig entlang einer Beschichtungsrichtung (BUR) mit einer Pulverschicht zu beschichten, wobei eine
Beschichterrichtung (BR) mit der Beschichtungsrichtung (BUR) einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt.
11. Vorrichtung (50) gemäß Anspruch 10, wobei die
Beschichterfläche (BF) , beispielsweise an äußeren Rändern der Herstellungsfläche (HF) , in Richtung der Beschichtungrichtung (BUR), gebogen ist.
12. Vorrichtung (50) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Beschichterfläche (BF) , mindestens zwei ebene zueinander gewinkelte Teilflächen (70) aufweist.
13. Vorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend eine runde Bauplattform (2) .
14. Vorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, welche eine Beschichtungsvorrichtung, insbesondere ein Pulverschieber, für den additiven Aufbau von komplexen hochtemperaturbeständigen Bauteilen aufweist.
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