WO2021018329A1 - Method and layer-building device for the additive manufacture of at least one component segment of a component as well as computer-program product and storage medium - Google Patents
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Definitions
- Method and layer construction device for the additive manufacture of at least one component segment of a component as well as computer program product and storage medium
- the invention relates to a method and a layer construction device for the additive manufacture of at least one component segment of a component. Further aspects of the invention relate to a computer program product, a computer-readable storage medium and a component.
- a powdery material is usually deposited in layers and selectively solidified by means of at least one energy beam in order to additively build up a desired component segment.
- Such a process which can also be referred to as an additive or generative manufacturing process, thus differs from conventional abrasive or primary forming manufacturing methods.
- Examples of the process for additive manufacturing are generative laser sintering or laser melting processes, which can be used, for example, to manufacture components for turbo machines such as aircraft engines. With selective laser melting, thin powder layers of the material or materials used can be applied to a building platform and melted and solidified locally with the aid of one or more laser beams in the area of a build-up and joining zone.
- the construction platform can be lowered, another layer of powder applied and locally solidified again. This cycle can be repeated until the finished component or the finished component segment is obtained.
- the component or component segment can then be processed further if necessary or used without further processing steps.
- selective laser sintering the component or component segment is produced in a similar manner by laser-assisted sintering of powdery materials.
- the energy is supplied here, for example, by laser beams from a CC laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like.
- Electron beam processes are also known in which the material is selectively solidified by one or more electron beams.
- the object of the present invention is to create a method and a layered construction device of the type mentioned at the outset, by means of which at least one component segment of a component can be manufactured with little effort with at least locally improved quality. Further tasks
- CONFIRMATION COPY The invention consists in specifying a computer program product and a computer-readable storage medium which enable such a layered construction device to be controlled. Finally, it is the object of the invention to specify a component with at least one component segment having an improved quality.
- a first aspect of the invention relates to a method for the additive manufacture of at least one component segment of at least one component, in particular for a turbo machine, comprising at least the following steps:
- the relative angle between the energy beam and the surface normal of the segment surface at the point of impact represents a setting variable that can be controlled and set with little effort, whereby the method can be used, for example, with high reproducibility of the target surface roughness, for example in mass production of the component.
- the invention is based on the knowledge that the nominal surface roughness is directly proportional to the relative angle between the energy beam and the surface normal, whereby a specific angular value or angular amount of the relative angle can be assigned to a specific roughness value of the nominal surface roughness.
- the target surface roughness can be generated in a targeted manner as a function of the relative angle.
- the target surface roughness can also be generated in a predetermined manner without complex regulation of an irradiation duration and additionally or alternatively a radiation intensity of the energy beam.
- the method enables, in particular, the targeted generation of the target surface roughness without varying the duration of the irradiation and additionally or alternatively the radiation intensity of the energy beam.
- the predetermined target surface roughness can be generated as a function of the setting of the relative angle without changing the radiation intensity and / or the irradiation time of the energy beam.
- step b) a translational and / or rotary relative movement is carried out between the at least one energy beam and the at least one building platform in order to direct the energy beam onto a second point of impact different from the point of impact, one of the predetermined target surface roughness different, second predetermined target surface roughness at least the segment surface is generated by a, the second surface roughness associated, second relative angle between the energy beam and a, the second point of impact of the energy beam on the material associated second surface normal of the Segment surface is set.
- This is advantageous because it allows the second target surface roughness, which is different from the target surface roughness, to be set in a targeted manner at the second point of impact of the energy beam.
- the further steps take place: c) lowering the at least one building platform layer by layer and d) repeating steps a) to c).
- This advantageously enables a successive, layered build-up of the component segment or the component, the target surface roughness being able to be generated during the build-up and without complex post-processing of the component segment or the component. As a result, time can be saved when manufacturing the component.
- a laser beam or an electron beam is used as the energy beam.
- the component segment or the entire component can be produced, with its mechanical properties being able to correspond at least essentially to those of the material.
- the relative angle is set in that a radiation source emitting the energy beam is moved translationally and / or rotationally relative to the at least one building platform.
- the radiation source can be, for example, a CO2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like.
- the relative angle is set by moving the at least one building platform translationally and / or rotationally relative to the at least one energy beam. This is advantageous, since it gives increased flexibility when setting the relative angle.
- the building platform can be inclined, for example, in order to set the relative angle. By tilting the construction platform, an angle of inclination of the component can be set relative to the energy beam and, additionally or alternatively, relative to a radiation source emitting the energy beam.
- the powder layer is irradiated according to step b) by means of at least two energy beams, the energy beams each being emitted by means of an assigned radiation source and with different predetermined target surface roughness between a relative angle assigned to the respective energy beam the respective energy beam and the respective The point of impact of the energy beam on the surface normal assigned to the material of the segment surface is set.
- the at least two energy beams are used to produce different nominal surface roughness of a component or to produce different nominal surface roughness of at least two different components. This means that the process can also be used with so-called "multi-laser systems".
- a component with different nominal surface roughness can be produced with several lasers or different components with different nominal surface roughness can be produced on a construction platform with an assigned laser.
- the construction time of a single component or a number of different components can be reduced overall.
- the assigned relative angle of which has a smaller relative deviation from a predetermined relative angle in order to achieve a predetermined target surface roughness is also leads to a shortening of the construction times, since the setting times of the individual radiation sources can be shortened with regard to their angle of incidence.
- a minimum roughness value of the target surface roughness is generated by minimizing the relative angle. This is advantageous because the segment surface can thus be made smoother the smaller the relative angle between the energy beam and the surface normal is set. In addition, the target surface roughness can become greater the greater the relative angle is set.
- a second aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component segment of at least one component, in particular for a fluid flow machine, comprising:
- At least one movable building platform which has a build-up and joining zone which is designed to hold at least one powder layer of a material that can be applied to the build-up and joining zone;
- At least one radiation source for generating at least one energy beam for at least partially solidifying the powder layer while forming the at least one component segment
- -at least one movement device which is set up to move the energy beam and / or the building platform
- At least one control device which is designed to control the movement device for moving the energy beam and / or the construction platform.
- control device is configured to control the movement device in such a way that a relative angle between the energy beam and a surface normal of a segment surface of the component segment assigned to a point of impact of the energy beam on the material is set to a predetermined target surface roughness to generate the at least one segment surface of the at least one component segment, the relative angle being assigned to the target surface roughness.
- the layer construction device can in particular be set up to carry out a method according to the first aspect of the invention.
- the layer construction device is designed as a selective laser sintering and / or melting device.
- component segments and complete components can be produced whose mechanical properties at least essentially correspond to those of the material.
- CO2 lasers, Nd: YAG lasers, Yb fiber lasers, diode lasers or the like can be provided as the radiation source to generate a laser beam. It can also be provided that two or more electron and / or laser beams are used, the exposure or solidification parameters of which can be varied.
- the layered construction device can have at least two radiation sources for generating at least two energy beams for at least partially solidifying the powder layer with the formation of at least two component segments with different target surface roughness of a component or with the formation of at least two components with different target values - Include surface roughness.
- This embodiment of the invention is advantageously a so-called "multi-laser system".
- a component with different nominal surface roughness can be produced with several lasers or different components with different nominal surface roughness can be produced on a construction platform with an assigned laser. This advantageously increases the possible areas of application of the inventive layer construction device.
- the construction time of a single component or several different components can be reduced overall.
- a third aspect of the invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when the computer program product is executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to carry out the method according to the first aspect of the invention.
- a fourth aspect of the invention relates to a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to carry out the method according to the first aspect of the invention.
- a computer-usable or computer-readable medium can be any device that can contain, store, communicate, distribute, or transport the computer program product for use by or in connection with the instruction execution system, device, or device.
- the medium can be an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared or semiconductor system or a propagation medium per se, since signal carriers are not included in the definition of the physical, computer-readable medium.
- a fifth aspect of the invention relates to a component, in particular for a turbomachine, comprising at least one component segment, which by means of a layer construction device according to the second aspect of the invention and / or by means of a method according to the first aspect of the invention.
- FIG. 1 shows a schematic perspective view of a layer construction device, by means of which a component is produced by a method for additive manufacturing, an energy beam impinging on an impact point;
- FIG. 2 shows a schematic side view of the layer construction device, the energy beam impinging on the point of impact parallel to an x-z plane;
- FIG. 3 shows a further schematic side view of the layered construction device, the energy beam impinging on a second point of impact in parallel to the x-z plane;
- FIG. 4 shows a schematic side view of the layer construction device according to a second embodiment.
- FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 each show a schematic representation of a layer construction device 50 for the additive production of at least one component segment 12 of a component 10.
- the component 10 can be used for a turbo-engine, in particular a jet engine.
- the layer construction device 50 is embodied in the present case as a selective laser sintering and / or melting device.
- FIG. 1 In FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4, coordinate systems related to the component 10 are specified, which are defined by an axis x, by an axis y and by an axis z of the component 10.
- the layer building device 50 comprises a movable building platform 70 which has a building and joining zone 60.
- the build-up and joining zone 60 is designed to hold a powder layer 20 of a material 22 applied to the build-up and joining zone 60.
- a nickel-based alloy with the short name NiCrl 9NbMo, for example, can be used as the powdery material 22, which can have the following composition:
- Individual particles formed from this material 22 can have a spherical basic shape and a diameter between 15 mm and 45 mm.
- the layer construction device 50 also includes a radiation source SQ for generating an energy beam 80 for at least partially solidifying the powder layer 20 while forming the component segment 12.
- a radiation source SQ for generating an energy beam 80 for at least partially solidifying the powder layer 20 while forming the component segment 12.
- a laser beam or an electron beam is used as the energy beam 80, which is emitted by the radiation source SQ.
- the layer construction device 50 comprises a movement device 90, which is set up to move the energy beam 80 and the construction platform 70.
- the movement device 90 can, for example, comprise a plurality of actuators, with the aid of which a respective relative movement RB of the radiation source SQ and the building platform 70 can be brought about.
- the layer construction device 50 comprises a control device 100 which is designed to control the movement device 90 for moving the energy beam 80 and the construction platform 70.
- the control device 100 is configured to control the movement device 90 in such a way that a relative angle z between the energy beam 80 and a surface normal 17 of a segment surface 14 of the component segment 12 assigned to a point of impact 16 of the energy beam 80 on the material 22 is set in order to to generate a predetermined nominal surface roughness Ra i of the at least one segment surface 14 of the at least one component segment 12, the relative angle z being assigned to the nominal surface roughness Ra_l.
- the control device 100 can include a model of the component 10.
- the model of the component 10 can include geometry data characterizing the component 10.
- the control device 100 can now be set up to determine the relative angle z between the energy beam 80 and the surface normal 17 during the production of the component segment 12 or the component 10 using the movement device 90 in this way by the relative movement RB of the radiation source SQ and additionally or alternatively the Set the construction platform 70 so that the relative angle z is kept as small as possible during the additive production of the component segment 12 or the component 10 as a function of a changing orientation of the surface normals 17.
- the nominal surface roughness Ra_l can also have the smallest possible amount.
- the radiation source SQ and additionally or alternatively the construction platform 70 can be moved, in particular pivoted, using the movement device 90 in accordance with the relative movement RB that the energy beam 80, which in the present case is a laser beam, impinges on the point of impact 16 almost parallel to an xy plane spanned by the axis y and the axis y.
- the energy beam 80 can then enclose an angle of less than 10 °, preferably 5 °, with the xy plane, for example, and thus be oriented almost parallel to the xy plane.
- a minimum roughness value of the target surface roughness Ra_l can be generated by minimizing the relative angle z.
- a computer-readable storage medium 110 is integrated into the control device 100, which storage medium comprises a computer program product with commands for the corresponding control of the layer construction device 50.
- the relative angle z can be set in that the radiation source SQ emitting the energy beam 80 is moved, in particular pivoted, relative to the construction platform 70. Additionally or alternatively, the relative angle z can be set by moving the construction platform 70, in particular pivoting it, relative to the energy beam 80.
- step a) the at least one powder layer 20 of the material 22 is first applied to the build-up and joining zone 60 of the building platform 70 which is movable, in particular pivotable, by means of the movement device 90 takes place, as is shown by way of example in FIG.
- a step b) the powder layer 20 is irradiated by means of the energy beam 80 for partial solidification of the powder layer 20 with the formation of the component segment 12, the predetermined target surface roughness Ra_l of the segment surface 14 of the component segment 12 is generated by setting the relative angle z, assigned to the nominal surface roughness Ra_l, between the energy beam 80 and the surface normal 17 of the segment surface 14 assigned to the point of impact 16 of the energy beam 80 on the material 22.
- the relative movement RB between the energy beam 80 and the construction platform 70 is carried out in order to direct the energy beam 80 onto a second impact point 18 different from the point of impact 16, as is shown by way of example in FIG .
- the building platform 70 is lowered in layers.
- steps a) to c) are repeated until the component 10 is completely additive manufactured.
- a construction angle which can correspond to a polar angle of the surface normal 17
- e angle of incidence which can correspond to a polar angle of the energy beam 80, x azimuth angle of the surface normal 17
- the angles a, e, x, c represent variables that can be set particularly precisely, so that a particularly precise setting of the relative angle z can also take place on the basis of these variables. Equation (1) also applies to the relative angle z_2 shown in FIG. 3, so that with reference to FIG.
- (x - c) corresponds to the value “0”, for example the angles x and c are each 0 °.
- Equation (2) represents a two-dimensional view and is valid on the assumption that the angle of incidence e of the energy beam 80 and the surface normals 17 (Surface normal) lie in the xy plane and thus parallel to the z axis.
- the term with the two azimuth angles x, c "cos (x - c)" is equal to "1", since the difference between the two azimuth angles x, c gives the value "0” or both azimuth angles x, c the value " 0 ".
- equation (1) can be simplified to the equation (2).
- equation (2) can represent a special case of equation (1).
- the invention is based on the knowledge that the respective target surface roughness Ra_l, Ra_2 is directly proportional to the relative angle z.
- the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 can be predicted and possibly minimized or at least reduced depending on the installation space position and geometry of the component 10.
- an Ra value of 5 gm can be achieved for the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 if the relative angle z has a value of 0 °.
- an increase in the relative angle z per 1 ° an increase in roughness of the respective target surface roughness Ra_l, Ra_2 by 0.65 mm can be achieved.
- the associated Ra value can correspond to about 35 mm.
- significantly smoother surfaces can be achieved by setting the relative angle z such as the segment surface 14 are formed.
- a preset parameter setup assigned to the model of the component 10 can preferably be used for irradiating the powder layer 20 by means of the energy beam 80.
- different angular amounts of the relative angle z can generally be determined, it being possible for a roughness value to be assigned to each of the angular amounts.
- a relative angle roughness value function determined therefrom in other words a function which expresses the roughness values as a function of various relative angles z, can be stored in the storage medium 110 and additionally or alternatively in the control device 100.
- the various roughness values to be expected in additive manufacturing can initially be determined using the model of component 10.
- the various roughness values of the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 can then be generated using equations (1) or (2) and additionally or alternatively the relative angle roughness value function when the component segment 12 or the component 10 is additively manufactured .
- the use of the relative angle roughness value function in additive manufacturing enables the target surface roughness Ra_l, Ra_2 to be generated quickly and in line with requirements.
- the radiation source SQ which can also be referred to as an exposure unit, can be moved and inclined with the aid of the movement device 90, thereby making it possible to minimize the relative angle z.
- the nominal surface roughness Ra_l or the second surface roughness Ra_2 can be generated and thus a predetermined surface quality of the segment surface 14 can be set.
- the present method represents a significant advantage over conventional production methods. With these conventional production methods, surface roughness Ra of up to 45 mm can arise depending on the parameters, installation space position and geometry of a workpiece to be produced. Especially when designing target components for fatigue strength, with conventional manufacturing methods, due to this relatively poor surface roughness, high reductions in the respective material properties have to be accepted. Many workpieces manufactured additively using these conventional manufacturing methods must therefore either be reworked or oversized for use in aviation.
- the present method or the present layer construction device 50 enables a specific formula-technical setting of the target surface roughness Ra i, Ra_2 of the component that can be achieved for the component 10, the target surface roughness Ra_l, Ra_2 depending on the construction space position and the The geometry of the component 10 can be predicted and possibly reduced by its model.
- FIG. FIG. 4 shows a schematic illustration of a second embodiment of the layered construction device 50.
- the layered construction device 50 shown here has two radiation sources SQ, SQ 1.
- the radiation sources SQ, SQ 1 each generate an energy beam 80, 82 for irradiating the powder layer 20 of the material 22 on the movable building platform 70.
- the energy beams 80, 82 strike the powder layer 20 in the area of the points of impact 16, 16 ', the points of impact 16, 16 'are spatially separated from one another and can be assigned to different components in the exemplary embodiment shown. However, it is also possible that the points of impact 16, 16 'can be assigned to different areas of an individual component.
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Abstract
Description
Verfahren und Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilseg- ments eines Bauteils sowie Computerprogrammprodukt und Speichermedium Method and layer construction device for the additive manufacture of at least one component segment of a component as well as computer program product and storage medium
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilsegments eines Bauteils. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium und ein Bauteil. The invention relates to a method and a layer construction device for the additive manufacture of at least one component segment of a component. Further aspects of the invention relate to a computer program product, a computer-readable storage medium and a component.
Bei einem derartigen Verfahren wird in der Regel ein pulverförmiger Werkstoff schichtweise abgelagert und selektiv mittels wenigstens eines Energiestrahls verfestigt, um ein gewünschtes Bauteilsegment additiv aufzubauen. Damit unterscheidet sich ein solches Verfahren, welches auch als additives bzw. generatives Herstellungsverfahren bezeichnet werden kann, von konven- tionellen abtragenden oder urformenden Herstellungsmethoden. Beispiele für das Verfahren zur additiven Herstellung sind generative Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren, die beispiels- weise zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen wie Flugtriebwerke verwendet werden können. Beim selektiven Laserschmelzen können dünne Pulverschichten des oder der verwendeten Werkstoffe auf eine Bauplattform aufgebracht und mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen lokal im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgeschmolzen und verfestigt wer- den. Anschließend kann die Bauplattform abgesenkt, eine weitere Pulverschicht aufgebracht und erneut lokal verfestigt werden. Dieser Zyklus kann solange wiederholt werden, bis das fertige Bauteil bzw. das fertige Bauteilsegment erhalten wird. Das Bauteil bzw. Bauteilsegment kann anschließend bei Bedarf weiterbearbeitet oder ohne weitere Bearbeitungsschritte verwendet wer- den. Beim selektiven Lasersintem wird das Bauteil oder Bauteilsegment in ähnlicher Weise durch laserunterstütztes Sintern von pulverförmigen Werkstoffen hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei beispielsweise durch Laserstrahlen eines CC -Lasers, Nd:YAG-Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen. Ebenfalls bekannt sind Elektronenstrahlverfah- ren, bei welchen der Werkstoff durch einen oder mehrere Elektronenstrahlen selektiv verfestigt wird. In such a method, a powdery material is usually deposited in layers and selectively solidified by means of at least one energy beam in order to additively build up a desired component segment. Such a process, which can also be referred to as an additive or generative manufacturing process, thus differs from conventional abrasive or primary forming manufacturing methods. Examples of the process for additive manufacturing are generative laser sintering or laser melting processes, which can be used, for example, to manufacture components for turbo machines such as aircraft engines. With selective laser melting, thin powder layers of the material or materials used can be applied to a building platform and melted and solidified locally with the aid of one or more laser beams in the area of a build-up and joining zone. Then the construction platform can be lowered, another layer of powder applied and locally solidified again. This cycle can be repeated until the finished component or the finished component segment is obtained. The component or component segment can then be processed further if necessary or used without further processing steps. In selective laser sintering, the component or component segment is produced in a similar manner by laser-assisted sintering of powdery materials. The energy is supplied here, for example, by laser beams from a CC laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like. Electron beam processes are also known in which the material is selectively solidified by one or more electron beams.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schichtbauvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche zumindest ein Bauteilsegment eines Bauteils aufwandsarm mit zumindest lokal verbesserter Qualität hergestellt werden kann. Weitere Aufga- The object of the present invention is to create a method and a layered construction device of the type mentioned at the outset, by means of which at least one component segment of a component can be manufactured with little effort with at least locally improved quality. Further tasks
BESTÄTIGUNGSKOPIE benerfindung bestehen darin, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Spei- chermedium anzugeben, welche eine Steuerung einer solchen Schichtbauvorrichtung ermögli- chen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit wenigstens einem, eine verbes- serte Qualität aufweisenden Bauteilsegment anzugeben. CONFIRMATION COPY The invention consists in specifying a computer program product and a computer-readable storage medium which enable such a layered construction device to be controlled. Finally, it is the object of the invention to specify a component with at least one component segment having an improved quality.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentan- spruchs 1, durch eine Schichtbauvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 13, durch ein computerlesbares Spei- chermedium gemäß Patentanspruch 14 sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den je- weiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsas- pekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind. The objects are achieved according to the invention by a method with the features of claim 1, by a layer construction device with the features of claim 10, by a computer program product according to claim 13, by a computer-readable storage medium according to claim 14 and by a component according to claim 15 . Advantageous refinements with expedient refinements of the invention are specified in the respective subclaims, with advantageous refinements of each aspect of the invention being to be regarded as advantageous refinements of the respective other aspects of the invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilsegments mindestens eines Bauteils, insbesondere für eine Strömungsmaschine, umfas- send zumindest folgende Schritte: A first aspect of the invention relates to a method for the additive manufacture of at least one component segment of at least one component, in particular for a turbo machine, comprising at least the following steps:
a) Aufträgen von mindestens einer Pulverschicht eines Werkstoffs auf mindestens ei- ne Aufbau- und Fügezone mindestens einer bewegbaren Bauplattform; a) application of at least one powder layer of a material to at least one build-up and joining zone of at least one movable building platform;
b) Bestrahlen der Pulverschicht mittels mindestens eines Energiestrahls zur zumin- dest teilweisen Verfestigung der Pulverschicht unter Ausbildung des zumindest einen Bauteilsegments, wobei eine vorbestimmte Soll-Oberflächenrauheit zumindest einer Segmentoberfläche des zumindest einen Bauteilsegments erzeugt wird, indem ein der Soll-Oberflächenrauheit zugeordneter Relativwinkel zwischen dem Energiestrahl und einer, einer Auftreffstelle des Energiestrahls auf den Werkstoff zugeordneten Flä- chennormalen der Segmentoberfläche eingestellt wird. b) Irradiating the powder layer by means of at least one energy beam for at least partial solidification of the powder layer with formation of the at least one component segment, a predetermined target surface roughness of at least one segment surface of the at least one component segment being generated by a relative angle assigned to the target surface roughness between the Energy beam and one, a point of impact of the energy beam on the material associated surface normal of the segment surface is set.
Dies ist von Vorteil, da durch das Erzeugen der vorbestimmten Soll-Oberflächenrauheit zumin- dest an dem Bauteilsegment des Bauteils eine verbesserte Qualität beispielsweise gegenüber von dem Bauteilsegment verschiedenen Bauteilbereichen des Bauteils erzeugt werden kann. Der Re- lativwinkel zwischen dem Energiestrahl und der Flächennormalen der Segmentoberfläche an der Auftreffstelle stellt eine besonders aufwandsarm kontrollierbare und einstellbare Einstellgröße dar, wodurch das Verfahren beispielsweise mit einer hohen Reproduzierbarkeit der Soll- Oberflächenrauheit beispielsweise bei einer Massenproduktion des Bauteils eingesetzt werden kann. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Soll-Oberflächenrauheit direkt pro- portional zum Relativwinkel zwischen dem Energiestrahl und der Flächennormalen verhält, wodurch einem bestimmten Rauheitswert der Soll-Oberflächenrauheit ein bestimmter Winkel- wert bzw. Winkelbetrag des Relativwinkels zugeordnet sein kann. Diese Erkenntnis ermöglicht es, die Soll-Oberflächenrauheit in Abhängigkeit von dem Relativwinkel gezielt zu erzeugen. Somit ist nicht nur eine Oberflächenrauheits-Prognose bei bekanntem Relativwinkel ermöglicht, sondern die Soll-Oberflächenrauheit kann auch ohne aufwändige Regelung einer Bestrahlungs- dauer und zusätzlich oder alternativ einer Strahlungsintensität des Energiestrahls vorbestimmt erzeugt werden. Das Verfahren ermöglicht insbesondere die gezielte Erzeugung der Soll- Oberflächenrauheit ohne hierzu die Bestrahlungsdauer und zusätzlich oder alternativ die Strah- lungsintensität des Energiestrahls zu variieren. Die vorbestimmte Soll-Oberflächenrauheit kann also mit anderen Worten in Abhängigkeit von der Einstellung des Relativwinkels unter Verzicht auf eine Änderung der Strahlungsintensität und/oder der Bestrahlungsdauer des Energiestrahls erzeugt werden. This is advantageous because by generating the predetermined target surface roughness at least on the component segment of the component, an improved quality can be generated, for example compared to component areas of the component that are different from the component segment. The relative angle between the energy beam and the surface normal of the segment surface at the point of impact represents a setting variable that can be controlled and set with little effort, whereby the method can be used, for example, with high reproducibility of the target surface roughness, for example in mass production of the component. The invention is based on the knowledge that the nominal surface roughness is directly proportional to the relative angle between the energy beam and the surface normal, whereby a specific angular value or angular amount of the relative angle can be assigned to a specific roughness value of the nominal surface roughness. This knowledge enables the target surface roughness to be generated in a targeted manner as a function of the relative angle. Thus, not only is a surface roughness prognosis possible with a known relative angle, but the target surface roughness can also be generated in a predetermined manner without complex regulation of an irradiation duration and additionally or alternatively a radiation intensity of the energy beam. The method enables, in particular, the targeted generation of the target surface roughness without varying the duration of the irradiation and additionally or alternatively the radiation intensity of the energy beam. In other words, the predetermined target surface roughness can be generated as a function of the setting of the relative angle without changing the radiation intensity and / or the irradiation time of the energy beam.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt b) eine translatorische und/oder rotatorische Relativbewegung zwischen dem mindestens einen Energiestrahl und der wenigstens einen Bauplattform durchgeführt, um den Energiestrahl auf eine von der Auftreffstel- le verschiedene, zweite Auftreffstelle zu richten, wobei eine von der vorbestimmten Soll- Oberflächenrauheit verschiedene, zweite vorbestimmte Soll-Oberflächenrauheit zumindest der Segmentoberfläche erzeugt wird, indem ein, der zweiten Oberflächenrauheit zugeordneter, zwei- ter Relativwinkel zwischen dem Energiestrahl und einer, der zweiten Auftreffstelle des Energie- strahls auf den Werkstoff zugeordneten zweiten Flächennormalen der Segmentoberfläche einge- stellt wird. Dies ist von Vorteil, da hierdurch gezielt die von der Soll-Oberflächenrauheit ver- schiedene, zweite Soll-Oberflächenrauheit an der zweiten Auftreffstelle des Energiestrahls ein- gestellt werden kann. Mit der Soll-Oberflächenrauheit und der zweiten Soll-Oberflächenrauheit können zumindest zwei voneinander verschiedene Oberflächenbeschaffenheiten mit entspre- chend verschiedenen Rauheitswerten an der Segmentoberfläche erzeugt werden. Dies ermöglicht eine besonders bedarfsgerechte Erzeugung verschiedener Flächenbereiche mit unterschiedlicher Oberflächenqualität. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgen die weiteren Schritte: c) schichtweises Absenken der mindestens einen Bauplattform und d) Wiederholen der Schritte a) bis c). Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise ein sukzessives, schichtweises Aufbauen des Bau- teilsegments bzw. des Bauteils, wobei die Soll-Oberflächenrauheit bereits während des Aufbau- ens und ohne aufwändige Nachbearbeitung des Bauteilsegments bzw. des Bauteils erzeugt wer- den kann. Dadurch kann eine Zeitersparnis beim Herstellen des Bauteils erzielt werden. In an advantageous development of the invention, in step b) a translational and / or rotary relative movement is carried out between the at least one energy beam and the at least one building platform in order to direct the energy beam onto a second point of impact different from the point of impact, one of the predetermined target surface roughness different, second predetermined target surface roughness at least the segment surface is generated by a, the second surface roughness associated, second relative angle between the energy beam and a, the second point of impact of the energy beam on the material associated second surface normal of the Segment surface is set. This is advantageous because it allows the second target surface roughness, which is different from the target surface roughness, to be set in a targeted manner at the second point of impact of the energy beam. With the nominal surface roughness and the second nominal surface roughness, at least two mutually different surface textures with correspondingly different roughness values can be generated on the segment surface. This enables different surface areas with different surface quality to be generated in a particularly needs-based manner. In a further advantageous development of the invention, the further steps take place: c) lowering the at least one building platform layer by layer and d) repeating steps a) to c). This advantageously enables a successive, layered build-up of the component segment or the component, the target surface roughness being able to be generated during the build-up and without complex post-processing of the component segment or the component. As a result, time can be saved when manufacturing the component.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als der Energiestrahl ein Laser- strahl oder ein Elektronenstrahl herangezogen. Dadurch kann das Bauteilsegment oder das kom- plette Bauteil hergestellt werden, wobei deren mechanische Eigenschaften zumindest im We- sentlichen denen des Werkstoffs entsprechen können. In a further advantageous development of the invention, a laser beam or an electron beam is used as the energy beam. As a result, the component segment or the entire component can be produced, with its mechanical properties being able to correspond at least essentially to those of the material.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Relativwinkel eingestellt, indem eine den Energiestrahl emittierende Strahlungsquelle translatorisch und/oder rotatorisch relativ zu der mindestens einen Bauplattform bewegt wird. Dies ist von Vorteil, da hierdurch auf eine aufwändige Optik zur Umlenkung des Energiestrahls verzichtet werden kann und stattdes- sen eine Ausrichtung des Energiestrahls unmittelbar und exakt eingestellt werden kann, um dadurch den Relativwinkel einzustellen. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise ein CO2- Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder dergleichen sein. In a further advantageous development of the invention, the relative angle is set in that a radiation source emitting the energy beam is moved translationally and / or rotationally relative to the at least one building platform. This is advantageous because it makes it possible to dispense with complex optics for deflecting the energy beam and instead an alignment of the energy beam can be set directly and precisely in order to thereby set the relative angle. The radiation source can be, for example, a CO2 laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Relativwinkel eingestellt, indem die mindestens eine Bauplattform translatorisch und/oder rotatorisch relativ zu dem min- destens einen Energiestrahl bewegt wird. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine erhöhte Flexibi- lität bei der Einstellung des Relativwinkels gegeben ist. Die Bauplattform kann beispielsweise geneigt werden, um den Relativwinkel einzustellen. Durch Neigen der Bauplattform kann eine Einstellung eines Neigungswinkels des Bauteils relativ zum Energiestrahl und zusätzlich oder alternativ relativ zu einer den Energiestrahl emittierenden Strahlungsquelle erfolgen. In a further advantageous development of the invention, the relative angle is set by moving the at least one building platform translationally and / or rotationally relative to the at least one energy beam. This is advantageous, since it gives increased flexibility when setting the relative angle. The building platform can be inclined, for example, in order to set the relative angle. By tilting the construction platform, an angle of inclination of the component can be set relative to the energy beam and, additionally or alternatively, relative to a radiation source emitting the energy beam.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Be- strahlen der Pulverschicht gemäß Schritt b) mittels mindestens zweier Energiestrahlen, wobei die Energiestrahlen jeweils mittels einer zugeordneten Strahlungsquelle emittiert werden und wobei unterschiedliche vorbestimmte Soll-Oberflächenrauheiten durch einen dem jeweiligen Energie- strahl zugeordneten Relativwinkel zwischen dem jeweiligen Energiestrahl und der jeweiligen Auftreffstelle des Energiestrahls auf den Werkstoff zugeordneten Flächennormalen der Seg- mentoberfläche eingestellt wird. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die mindestens zwei Ener- giestrahlen zur Herstellung unterschiedlicher Soll-Oberflächenrauheiten eines Bauteils oder zur Herstellung unterschiedlicher Soll-Oberflächenrauheiten von mindestens zwei unterschiedlichen Bauteilen verwendet werden. Damit ist das Verfahren auch mit sogenannten "Multi Laser Anla- gen" anwendbar. Dabei kann ein Bauteil mit unterschiedlichen Soll-Oberflächenrauheiten mit mehreren Lasern hergestellt werden oder es werden auf einer Bauplattform unterschiedliche Bauteile mit unterschiedlichen Soll-Oberflächenrauheiten mit jeweils einem zugeordneten Laser hergestellt. Vorteilhafterweise erhöhen sich damit die möglichen Anwendungsbereiche des er- findungsgemäßen Verfahrens. Zudem kann die Bauzeit eines einzelnen oder auch mehrerer un- terschiedlicher Bauteile insgesamt verringert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, dass nur derjenige von mehreren Energiestrahlen in Schritt b) aktiviert wird, dessen zugeordneter Rela- tivwinkel eine geringere relative Abweichung zu einem vorbestimmten Relativwinkel zu Erzie- lung einer vorbestimmten Soll-Oberflächenrauheit aufweist. Auch diese Maßnahme führt zu ei- ner Verkürzung der Bauzeiten, da die Einstellzeiten der einzelnen Strahlungsquellen bezüglich ihres Einstrahlwinkels verkürzt werden können. In further advantageous embodiments of the method according to the invention, the powder layer is irradiated according to step b) by means of at least two energy beams, the energy beams each being emitted by means of an assigned radiation source and with different predetermined target surface roughness between a relative angle assigned to the respective energy beam the respective energy beam and the respective The point of impact of the energy beam on the surface normal assigned to the material of the segment surface is set. In addition, there is the possibility that the at least two energy beams are used to produce different nominal surface roughness of a component or to produce different nominal surface roughness of at least two different components. This means that the process can also be used with so-called "multi-laser systems". A component with different nominal surface roughness can be produced with several lasers or different components with different nominal surface roughness can be produced on a construction platform with an assigned laser. This advantageously increases the possible areas of application of the method according to the invention. In addition, the construction time of a single component or a number of different components can be reduced overall. In addition, there is the possibility that only that one of several energy beams is activated in step b), the assigned relative angle of which has a smaller relative deviation from a predetermined relative angle in order to achieve a predetermined target surface roughness. This measure also leads to a shortening of the construction times, since the setting times of the individual radiation sources can be shortened with regard to their angle of incidence.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Minimal-Rauheitswert der Soll-Oberflächenrauheit durch Minimieren des Relativwinkels erzeugt. Dies ist von Vorteil, da die Segmentoberfläche somit umso glatter ausgebildet werden kann, je kleiner der Relativwinkel zwischen dem Energiestrahl und der Flächennormalen eingestellt wird. Zudem kann die Soll- Oberflächenrauheit umso größer werden, je größer der Relativwinkel eingestellt wird. In a further advantageous development of the invention, a minimum roughness value of the target surface roughness is generated by minimizing the relative angle. This is advantageous because the segment surface can thus be made smoother the smaller the relative angle between the energy beam and the surface normal is set. In addition, the target surface roughness can become greater the greater the relative angle is set.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilsegments mindestens eines Bauteils, insbesondere für eine Strömungs- maschine, umfassend: A second aspect of the invention relates to a layer construction device for the additive production of at least one component segment of at least one component, in particular for a fluid flow machine, comprising:
- mindestens eine bewegbare Bauplattform, welche eine Aufbau- und Fügezone aufweist, welche zum Halten mindestens einer, auf die Aufbau- und Fügezone auftragbaren Pulver- schicht eines Werkstoffs ausgebildet ist; At least one movable building platform which has a build-up and joining zone which is designed to hold at least one powder layer of a material that can be applied to the build-up and joining zone;
- mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls zum zumindest teilweisen Verfestigen der Pulverschicht unter Ausbildung des zumindest ei- nen Bauteilsegments; -mindestens eine Bewegungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, den Energiestrahl und/oder die Bauplattform zu bewegen; und - At least one radiation source for generating at least one energy beam for at least partially solidifying the powder layer while forming the at least one component segment; -at least one movement device which is set up to move the energy beam and / or the building platform; and
- mindestens eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Bewegungsvorrich- tung zum Bewegen des Energiestrahls und/oder der Bauplattform zu steuern. - At least one control device which is designed to control the movement device for moving the energy beam and / or the construction platform.
Gemäß der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu konfiguriert, die Bewegungsvorrichtung derart zu steuern, dass ein Relativwinkel zwischen dem Energiestrahl und einer, einer Auftreff- stelle des Energiestrahls auf den Werkstoff zugeordneten Flächennormalen einer Segmentober- fläche des Bauteilsegments eingestellt wird, um eine vorbestimmte Soll-Oberflächenrauheit der zumindest einen Segmentoberfläche des zumindest einen Bauteilsegments zu erzeugen, wobei der Relativwinkel der Soll-Oberflächenrauheit zugeordnet ist. Die Schichtbauvorrichtung kann insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einge- richtet sein. According to the invention, the control device is configured to control the movement device in such a way that a relative angle between the energy beam and a surface normal of a segment surface of the component segment assigned to a point of impact of the energy beam on the material is set to a predetermined target surface roughness to generate the at least one segment surface of the at least one component segment, the relative angle being assigned to the target surface roughness. The layer construction device can in particular be set up to carry out a method according to the first aspect of the invention.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schichtbauvorrichtung als selektive Lasersinter- und/oder -Schmelzvorrichtung ausgebildet. Hierdurch können Bauteilsegmente und komplette Bauteile hergestellt werden, deren mechanischen Eigenschaften zumindest im We- sentlichen denen des Werkstoffs entsprechen. Zur Erzeugung eines Laserstrahls können bei- spielsweise CO2-Laser, Nd:YAG-Laser, Yb-Faserlaser, Diodenlaser oder dergleichen als Strah- lenquelle vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Elektronen- und/oder Laserstrahlen verwendet werden, deren Belichtungs- bzw. Verfestigungsparameter va- riiert werden können. In an advantageous development of the invention, the layer construction device is designed as a selective laser sintering and / or melting device. As a result, component segments and complete components can be produced whose mechanical properties at least essentially correspond to those of the material. For example, CO2 lasers, Nd: YAG lasers, Yb fiber lasers, diode lasers or the like can be provided as the radiation source to generate a laser beam. It can also be provided that two or more electron and / or laser beams are used, the exposure or solidification parameters of which can be varied.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Schichtbauvorrichtung mindestens zwei Strahlungsquellen zum Erzeugen wenigstens zweier Energiestrahlen zum zumindest teil- weisen Verfestigen der Pulverschicht unter Ausbildung von zumindest zwei Bauteilsegmenten mit unterschiedlichen Soll-Oberflächenrauheiten eines Bauteils oder unter Ausbildung von min- destens zwei Bauteilen mit unterschiedlichen Soll-Oberflächenrauheiten umfassen. Vorteilhaf- terweise handelt es sich bei dieser Ausftihrungsform der Erfindung um eine sogenannte "Multi Laser Anlage". Dabei kann ein Bauteil mit unterschiedlichen Soll-Oberflächenrauheiten mit mehreren Lasern hergestellt werden oder es werden auf einer Bauplattform unterschiedliche Bauteile mit unterschiedlichen Soll-Oberflächenrauheiten mit jeweils einem zugeordneten Laser hergestellt. Vorteilhafterweise erhöhen sich damit die möglichen Anwendungsbereiche der er- findungsgemäßen Schichtbauvorrichtung. Zudem kann hier die Bauzeit eines einzelnen oder auch mehrerer unterschiedlicher Bauteile insgesamt verringert werden. In an advantageous development of the invention, the layered construction device can have at least two radiation sources for generating at least two energy beams for at least partially solidifying the powder layer with the formation of at least two component segments with different target surface roughness of a component or with the formation of at least two components with different target values - Include surface roughness. This embodiment of the invention is advantageously a so-called "multi-laser system". A component with different nominal surface roughness can be produced with several lasers or different components with different nominal surface roughness can be produced on a construction platform with an assigned laser. This advantageously increases the possible areas of application of the inventive layer construction device. In addition, the construction time of a single component or several different components can be reduced overall.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Schichtbauvorrichtung veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen. Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinrichtung einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Schichtbauvorrichtung veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen. A third aspect of the invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when the computer program product is executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to carry out the method according to the first aspect of the invention. A fourth aspect of the invention relates to a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a control device of a layer construction device according to the second aspect of the invention, cause the layer construction device to carry out the method according to the first aspect of the invention.
Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe eines Computerprogrammprodukts realisiert werden, das Programmmodule umfasst, die von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugänglich sind und Programmcode speichern, der von oder in Verbindung mit ei- nem oder mehreren Computern, Prozessoren oder Befehlsausfuhrungssystemen einer Schicht- bauvorrichtung verwendet wird. Für die Zwecke dieser Beschreibung kann ein computerver- wendbares oder computerlesbares Medium jede Vorrichtung sein, die das Computerprogramm- produkt zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausführungssystem, der Vorrichtung oder der Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder trans- portieren kann. Das Medium kann ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagneti- sches, Infrarot- oder Halbleitersystem oder ein Ausbreitungsmedium an sich sein, da Signalträ- ger nicht in der Definition des physischen, computerlesbaren Mediums enthalten sind. Dazu ge- hören ein Halbleiter- oder Festkörperspeicher, Magnetband, eine austauschbare Computerdisket- te, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), eine starre Magnetplatte und eine optische Platte wie ein Nur-Lese-Speicher (CD-ROM, DVD, Blue-Ray etc.), oder eine beschreibbare optische Platte (CD-R, DVD-R). Sowohl Prozessoren als auch Programmcode zur Implementierung der einzelnen Aspekte der Erfindung können zentralisiert oder verteilt werden (oder eine Kombination davon). The present invention can be implemented with the aid of a computer program product which comprises program modules which are accessible from a computer usable or computer readable medium and which store program code which is used by or in connection with one or more computers, processors or instruction execution systems of a layer building device becomes. For purposes of this description, a computer-usable or computer-readable medium can be any device that can contain, store, communicate, distribute, or transport the computer program product for use by or in connection with the instruction execution system, device, or device. The medium can be an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared or semiconductor system or a propagation medium per se, since signal carriers are not included in the definition of the physical, computer-readable medium. These include solid state or solid state memory, magnetic tape, a removable computer disk, random access memory (RAM), read only memory (ROM), rigid magnetic disk, and an optical disk such as read only memory (CD) -ROM, DVD, Blue-Ray etc.), or a writable optical disk (CD-R, DVD-R). Processors as well as program code for implementing the various aspects of the invention can be centralized or distributed (or a combination thereof).
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für eine Strömungsmaschine, umfassend zumindest ein Bauteilsegment, welches mittels einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und/oder mittels eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind. A fifth aspect of the invention relates to a component, in particular for a turbomachine, comprising at least one component segment, which by means of a layer construction device according to the second aspect of the invention and / or by means of a method according to the first aspect of the invention. The features resulting therefrom and their advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects of the invention, with advantageous configurations of each aspect of the invention being regarded as advantageous configurations of the other aspects of the invention.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figu- renbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskom- binationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figu- ren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils ange- gebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeug- bar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt: Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description, as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations, without departing from the scope of the invention. There are thus also embodiments of the invention to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, but which emerge from the explained embodiments by means of separate combinations of features and can be generated. Designs and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which therefore do not have all the features of an originally formulated independent claim. In addition, designs and combinations of features, in particular through the statements set out above, are to be regarded as disclosed which go beyond the combinations of features set forth in the back references of the claims or differ from them. It shows:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Schichtbauvorrichtung, mittels welcher ein Bauteil durch ein Verfahren zur additiven Flerstellung hergestellt wird, wobei ein Energiestrahl auf eine Auftreffstelle auftrifft; 1 shows a schematic perspective view of a layer construction device, by means of which a component is produced by a method for additive manufacturing, an energy beam impinging on an impact point;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Schichtbauvorrichtung, wobei der Energiestrahl pa- rallel zu einer x-z-Ebene auf die Auftreffstelle auftrifft; 2 shows a schematic side view of the layer construction device, the energy beam impinging on the point of impact parallel to an x-z plane;
Fig. 3 eine weitere schematische Seitenansicht der Schichtbau Vorrichtung, wobei der Energie- strahl in parallel zu der x-z-Ebene auf eine zweite Auftreffstelle auftrifft; und 3 shows a further schematic side view of the layered construction device, the energy beam impinging on a second point of impact in parallel to the x-z plane; and
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der Schichtbauvorrichtung gemäß einer zweiten Ausfüh- rungsform. FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 und FIG. 4 zeigen jeweils in schematischer Darstellung eine Schicht- bauvorrichtung 50 zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilsegments 12 eines Bauteils 10. Das Bauteil 10 kann für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Strahltriebwerk, verwen- det werden. Die Schichtbauvorrichtung 50 ist vorliegend als selektive Lasersinter- und/oder - Schmelzvorrichtung ausgebildet. 4 shows a schematic side view of the layer construction device according to a second embodiment. FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 each show a schematic representation of a layer construction device 50 for the additive production of at least one component segment 12 of a component 10. The component 10 can be used for a turbo-engine, in particular a jet engine. The layer construction device 50 is embodied in the present case as a selective laser sintering and / or melting device.
In FIG. 1 , FIG. 2, FIG. 3 und FIG. 4 sind jeweils auf das Bauteil 10 bezogene Koordinatensys- teme angegeben, welche durch eine Achse x, durch eine Achse y sowie durch eine Achse z des Bauteils 10 definiert sind. In FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4, coordinate systems related to the component 10 are specified, which are defined by an axis x, by an axis y and by an axis z of the component 10.
Die Schichtbauvorrichtung 50 umfasst eine bewegbare Bauplattform 70, welche eine Aufbau- und Fügezone 60 aufweist. Die Aufbau-und Fügezone 60 ist zum Halten einer, auf die Aufbau- und Fügezone 60 aufgetragenen Pulverschicht 20 eines Werkstoffs 22 ausgebildet. The layer building device 50 comprises a movable building platform 70 which has a building and joining zone 60. The build-up and joining zone 60 is designed to hold a powder layer 20 of a material 22 applied to the build-up and joining zone 60.
Als der pulverformige Werkstoff 22 kann beispielsweise eine Nickelbasis Legierung mit dem Kurznamen NiCrl 9NbMo verwendet werden, welche die folgende Zusammensetzung aufweisen kann: A nickel-based alloy with the short name NiCrl 9NbMo, for example, can be used as the powdery material 22, which can have the following composition:
Cr: 19 Ma%, Fe: 18 Ma%, Mo: 3 Ma%, Al: 0,5 Ma%, Nb+Ta: 5, 1 Ma%, Ti: 0,95 Ma%, C: 0,05 Ma%, Ni: Rest. Einzelne, aus diesem Werkstoff 22 gebildete Partikel können eine sphärische Grundform und einen Durchmesser zwischen 15 mm und 45 mm aufweisen. Cr: 19% by mass, Fe: 18% by mass, Mo: 3% by mass, Al: 0.5% by mass, Nb + Ta: 5, 1% by mass, Ti: 0.95% by mass, C: 0.05% by mass %, Ni: remainder. Individual particles formed from this material 22 can have a spherical basic shape and a diameter between 15 mm and 45 mm.
Die Schichtbauvorrichtung 50 umfasst zudem eine Strahlungsquelle SQ zum Erzeugen eines Energiestrahls 80 zum zumindest teilweisen Verfestigen der Pulverschicht 20 unter Ausbildung des Bauteilsegments 12. Als der Energiestrahl 80 wird ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl herangezogen, welcher mittels der Strahlungsquelle SQ emittiert wird. The layer construction device 50 also includes a radiation source SQ for generating an energy beam 80 for at least partially solidifying the powder layer 20 while forming the component segment 12. A laser beam or an electron beam is used as the energy beam 80, which is emitted by the radiation source SQ.
Des Weiteren umfasst die Schichtbauvorrichtung 50 eine Bewegungsvorrichtung 90, welche da- zu eingerichtet ist, den Energiestrahl 80 und die Bauplattform 70 zu bewegen. Die Bewegungs- vorrichtung 90 kann beispielsweise eine Mehrzahl an Aktuatoren umfassen, anhand welcher eine jeweilige Relativbewegung RB der Strahlungsquelle SQ und der Bauplattform 70 bewirkt wer- den kann. Zudem umfasst die Schichtbauvorrichtung 50 eine Steuereinrichtung 100, welche dazu ausgebil- det ist, die Bewegungsvorrichtung 90 zum Bewegen des Energiestrahls 80 und der Bauplattform 70 zu steuern. Furthermore, the layer construction device 50 comprises a movement device 90, which is set up to move the energy beam 80 and the construction platform 70. The movement device 90 can, for example, comprise a plurality of actuators, with the aid of which a respective relative movement RB of the radiation source SQ and the building platform 70 can be brought about. In addition, the layer construction device 50 comprises a control device 100 which is designed to control the movement device 90 for moving the energy beam 80 and the construction platform 70.
Die Steuereinrichtung 100 ist dazu konfiguriert, die Bewegungsvorrichtung 90 derart zu steuern, dass ein Relativwinkel z zwischen dem Energiestrahl 80 und einer, einer Auftreffstelle 16 des Energiestrahls 80 auf den Werkstoff 22 zugeordneten Flächennormalen 17 einer Segmentober- fläche 14 des Bauteilsegments 12 eingestellt wird, um eine vorbestimmte Soll- Oberflächenrauheit Ra i der zumindest einen Segmentoberfläche 14 des zumindest einen Bau- teilsegments 12 zu erzeugen, wobei der Relativwinkel z der Soll-Oberflächenrauheit Ra_l zuge- ordnet ist. The control device 100 is configured to control the movement device 90 in such a way that a relative angle z between the energy beam 80 and a surface normal 17 of a segment surface 14 of the component segment 12 assigned to a point of impact 16 of the energy beam 80 on the material 22 is set in order to to generate a predetermined nominal surface roughness Ra i of the at least one segment surface 14 of the at least one component segment 12, the relative angle z being assigned to the nominal surface roughness Ra_l.
Die Steuereinrichtung 100 kann ein Modell des Bauteils 10 umfassen. Das Modell des Bauteils 10 kann das Bauteil 10 charakterisierende Geometriedaten umfassen. Die Steuereinrichtung 100 kann nun dazu eingerichtet sein, während der Herstellung des Bauteilsegments 12 bzw. des Bau- teils 10 den Relativwinkel z zwischen dem Energiestrahl 80 und der Flächennormalen 17 anhand der Bewegungsvorrichtung 90 derart durch die Relativbewegung RB der Strahlungsquelle SQ und zusätzlich oder alternativ der Bauplattform 70 einzustellen, dass der Relativwinkel z während der additiven Herstellung des Bauteilsegments 12 bzw. des Bauteils 10 in Abhängig- keit von einer sich ändernden Orientierung der Flächennormalen 17 kleinstmöglich gehalten wird. Dadurch kann die Soll-Oberflächenrauheit Ra_l ebenfalls einen kleinstmöglichen Betrag aufweisen. Sofern beispielsweise die Flächennormalen 17 in ein, aus dem Werkstoff 22 gebilde- tes Pulverbett 24 ragt, so kann die Strahlungsquelle SQ und zusätzlich oder alternativ die Bau- plattform 70 anhand der Bewegungsvorrichtung 90 derart entsprechend der Relativbewegung RB bewegt, insbesondere verschwenkt, werden, dass der Energiestrahl 80, bei welchem es sich vor- liegend um einen Laserstrahl handelt, nahezu parallel zu einer, durch die Achse y und die Achse y aufgespannten x-y-Ebene auf die Auftreffstelle 16 auftrifft. Der Energiestrahl 80 kann dann mit der x-y-Ebene beispielsweise einen Winkel von weniger als 10°, bevorzugt 5° einschließen und dadurch nahezu parallel zur x-y-Ebene orientiert sein. Mit anderen Worten kann also ein Minimal-Rauheitswert der Soll-Oberflächenrauheit Ra_l durch Minimieren des Relativwinkels z erzeugt werden. In die Steuereinrichtung 100 ist vorliegend ein computerlesbares Speichermedium 110 integriert, welches ein Computerprogrammprodukt mit Befehlen zum entsprechenden Ansteuern der Schichtbauvorrichtung 50 umfasst. The control device 100 can include a model of the component 10. The model of the component 10 can include geometry data characterizing the component 10. The control device 100 can now be set up to determine the relative angle z between the energy beam 80 and the surface normal 17 during the production of the component segment 12 or the component 10 using the movement device 90 in this way by the relative movement RB of the radiation source SQ and additionally or alternatively the Set the construction platform 70 so that the relative angle z is kept as small as possible during the additive production of the component segment 12 or the component 10 as a function of a changing orientation of the surface normals 17. As a result, the nominal surface roughness Ra_l can also have the smallest possible amount. If, for example, the surface normals 17 protrude into a powder bed 24 formed from the material 22, the radiation source SQ and additionally or alternatively the construction platform 70 can be moved, in particular pivoted, using the movement device 90 in accordance with the relative movement RB that the energy beam 80, which in the present case is a laser beam, impinges on the point of impact 16 almost parallel to an xy plane spanned by the axis y and the axis y. The energy beam 80 can then enclose an angle of less than 10 °, preferably 5 °, with the xy plane, for example, and thus be oriented almost parallel to the xy plane. In other words, a minimum roughness value of the target surface roughness Ra_l can be generated by minimizing the relative angle z. In the present case, a computer-readable storage medium 110 is integrated into the control device 100, which storage medium comprises a computer program product with commands for the corresponding control of the layer construction device 50.
Zusammenfassend kann der Relativwinkel z eingestellt werden, indem die den Energiestrahl 80 emittierende Strahlungsquelle SQ relativ zu der Bauplattform 70 bewegt, insbesondere ver- schwenkt, wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Relativwinkel z eingestellt werden, indem die Bauplattform 70 relativ zu dem Energiestrahl 80 bewegt, insbesondere verschwenkt, wird. In summary, the relative angle z can be set in that the radiation source SQ emitting the energy beam 80 is moved, in particular pivoted, relative to the construction platform 70. Additionally or alternatively, the relative angle z can be set by moving the construction platform 70, in particular pivoting it, relative to the energy beam 80.
Um zumindest das Bauteilsegment 12 des Bauteils 10 additiv herzustellen erfolgt in einem Schritt a) zunächst ein Aufträgen der mindestens einen Pulverschicht 20 des Werkstoffs 22 auf die Aufbau- und Fügezone 60 der mittels der Bewegungsvorrichtung 90 bewegbaren, insbeson- dere schwenkbaren, Bauplattform 70. Anschließend erfolgt, wie in Fig. 2 exemplarisch gezeigt ist, in einem Schritt b) ein Bestrahlen der Pulverschicht 20 mittels des Energiestrahls 80 zur teilweisen Verfestigung der Pulverschicht 20 unter Ausbildung des Bauteilsegments 12, wobei die vorbestimmte Soll-Oberflächenrauheit Ra_l der Segmentoberfläche 14 des Bauteilsegments 12 erzeugt wird, indem der der Soll-Oberflächenrauheit Ra_l zugeordnete Relativwinkel z zwi- schen dem Energiestrahl 80 und der, der Auftreffstelle 16 des Energiestrahls 80 auf den Werk- stoff 22 zugeordneten Flächennormalen 17 der Segmentoberfläche 14 eingestellt wird. Darüber hinaus wird in Schritt b) die Relativbewegung RB zwischen dem Energiestrahl 80 und der Bau- plattform 70 durchgefuhrt, um den Energiestrahl 80 auf eine von der Auftreffstelle 16 verschie- dene, zweite Auftreffstelle 18 zu richten, wie exemplarisch in Fig. 3 gezeigt ist. Dabei wird eine von der vorbestimmten Soll-Oberflächenrauheit Ra_l verschiedene, zweite vorbestimmte Soll- Oberflächenrauheit Ra_2 der Segmentoberfläche 14 erzeugt, indem ein, der zweiten Oberflä- chenrauheit Ra_2 zugeordneter, zweiter Relativwinkel z_ 2 zwischen dem Energiestrahl 80 und einer, der zweiten Auftreffstelle 18 des Energiestrahls 80 auf den Werkstoff 22 zugeordneten zweiten Flächennormalen 19 der Segmentoberfläche 14 eingestellt wird. In einem weiteren Schritt c) erfolgt ein schichtweises Absenken der Bauplattform 70. Anschließend erfolgt in ei- nem weiteren Schritt d) ein Wiederholen der Schritte a) bis c) bis das Bauteil 10 vollständig ad- ditiv hergestellt ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Relativwinkel z der Gleichung ( 1) z = arccos [sin (a) sin (e) + cos(a) cos (e) cos (x - c)] ( 1) genügt, in welcher In order to additively manufacture at least the component segment 12 of the component 10, in a step a) the at least one powder layer 20 of the material 22 is first applied to the build-up and joining zone 60 of the building platform 70 which is movable, in particular pivotable, by means of the movement device 90 takes place, as is shown by way of example in FIG. 2, in a step b) the powder layer 20 is irradiated by means of the energy beam 80 for partial solidification of the powder layer 20 with the formation of the component segment 12, the predetermined target surface roughness Ra_l of the segment surface 14 of the component segment 12 is generated by setting the relative angle z, assigned to the nominal surface roughness Ra_l, between the energy beam 80 and the surface normal 17 of the segment surface 14 assigned to the point of impact 16 of the energy beam 80 on the material 22. In addition, in step b) the relative movement RB between the energy beam 80 and the construction platform 70 is carried out in order to direct the energy beam 80 onto a second impact point 18 different from the point of impact 16, as is shown by way of example in FIG . A second predetermined target surface roughness Ra_2 of the segment surface 14, which differs from the predetermined target surface roughness Ra_l, is generated by adding a second relative angle z_ 2, assigned to the second surface roughness Ra_2, between the energy beam 80 and one of the second impact point 18 of the Energy beam 80 is set on the material 22 associated second surface normal 19 of the segment surface 14. In a further step c) the building platform 70 is lowered in layers. Subsequently, in a further step d), steps a) to c) are repeated until the component 10 is completely additive manufactured. It has been shown to be particularly advantageous if the relative angle z of equation (1) z = arccos [sin (a) sin (e) + cos (a) cos (e) cos (x - c)] (1) satisfies, in which
a Aufbauwinkel, welcher einem Polarwinkel der Flächennormalen 17 entsprechen kann, e Einstrahlwinkel, welcher einem Polarwinkel des Energiestrahls 80 entsprechen kann, x Azimuthaiwinkei der Flächennormalen 17 a construction angle, which can correspond to a polar angle of the surface normal 17, e angle of incidence, which can correspond to a polar angle of the energy beam 80, x azimuth angle of the surface normal 17
c AAimuthaiwinkel des Energiestrahls 80 c AAimuthai angle of the energy beam 80
bedeuten. Die Winkel a, e, x, c stellen besonders genau einstellbare Größen dar, sodass anhand dieser Größen auch eine besonders genaue Einstellung des Relativwinkels z erfolgen kann. Die Gleichung (1) gilt auch für den in Fig. 3 gezeigten Relativwinkel z_2, sodass mit Bezug auf Fig.mean. The angles a, e, x, c represent variables that can be set particularly precisely, so that a particularly precise setting of the relative angle z can also take place on the basis of these variables. Equation (1) also applies to the relative angle z_2 shown in FIG. 3, so that with reference to FIG.
3 die Gleichung (1) auch folgendermaßen ausgedrückt werden kann: z_2 = arccos [sin (a) sin (e) + cos(a) cos (e) cos (x - c)] 3 Equation (1) can also be expressed as follows: z_2 = arccos [sin (a) sin (e) + cos (a) cos (e) cos (x - c)]
Durch die Verwendung der beiden Azimuthai winkel x, c für die Darstellung des Einstrahlwin- kels e des Energiestrahl 80 und der Flächennormalen 17, welche auch als Oberflächennormale bezeichnet werden kann, in Kugelkoordinaten kann eine relative Verkippung zwischen dem Bau- teil 10 und der Strahlungsquelle SQ in der Gleichung ( 1) berücksichtigt werden. By using the two azimuth angles x, c for the representation of the angle of incidence e of the energy beam 80 and the surface normal 17, which can also be referred to as surface normal, in spherical coordinates, a relative tilt between the component 10 and the radiation source SQ can be taken into account in equation (1).
Der Term cos (x - c) nimmt den Wert„1“ an, wenn der Ausdruck The term cos (x - c) takes on the value “1” if the expression
(x - c) dem Wert„0“ entspricht, also beispielsweise die Winkel x und c jeweils 0° betragen. (x - c) corresponds to the value “0”, for example the angles x and c are each 0 °.
Dies ist in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt. In diesem Fall kann der Relativwinkel z durch eine Glei- chung (2) z = |(a - e)| (2) beschrieben werden. This is shown in FIGS. 2 and 3. In this case the relative angle z can be given by an equation (2) z = | (a - e) | (2) will be described.
Die Gleichung (2) stellt eine zweidimensionaler Betrachtung dar, und ist unter der Vorausset- zung gültig, dass der Einstrahlwinkel e des Energiestrahls 80 und die Flächennormalen 17 (Oberflächennormale) in der x-y-Ebene und damit parallel zur Achse z liegen. In diesem Fall ist der Term mit den beiden Azimuthaiwinkeln x, c„cos (x - c)“ gleich„1“, da die Differenz der beiden Azimuthaiwinkel x, c den Wert„0“ ergibt oder beide Azimuthalwinkel x, c den Wert„0“ aufweisen. Dadurch kann die Gleichung ( 1) auf die Gleichung (2) vereinfacht werden. Gleichung (2) kann in diesem Fall einen Sonderfall von Gleichung ( 1) darstellen. Equation (2) represents a two-dimensional view and is valid on the assumption that the angle of incidence e of the energy beam 80 and the surface normals 17 (Surface normal) lie in the xy plane and thus parallel to the z axis. In this case the term with the two azimuth angles x, c "cos (x - c)" is equal to "1", since the difference between the two azimuth angles x, c gives the value "0" or both azimuth angles x, c the value " 0 ". Thereby, the equation (1) can be simplified to the equation (2). In this case, equation (2) can represent a special case of equation (1).
Durch den formeltechnischen Zusammenhang über die Gleichung (1) bei dreidimensionaler Be- trachtung, bzw. Gleichung (2) bei zweidimensionaler Betrachtung kann je nach Bauraumposition und Geometrie des Bauteils 10 dessen Soll-Oberflächenrauheit Ra_l, Ra_2 vorherbestimmt und gegebenenfalls bedarfsgerecht reduziert werden. Die Möglichkeit einer Reduzierung der Soll- Oberflächenrauheit Ra_l , Ra_2 ist hierbei um ein Vielfaches höher als durch Veränderung von den Energiestrahl 80 betreffenden Belichtungsparametern. Due to the formula-related relationship via equation (1) for a three-dimensional view or equation (2) for a two-dimensional view, depending on the installation space position and geometry of the component 10, its target surface roughness Ra_l, Ra_2 can be predetermined and possibly reduced as required. The possibility of reducing the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 is here many times higher than by changing the exposure parameters relating to the energy beam 80.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die jeweilige Soll-Oberflächenrauheit Ra_l , Ra_2 direkt proportional zum Relativwinkel z verhält. Bei Verwendung des jeweiligen formeltechnischen Zusammenhangs nach Gleichung ( 1 ) oder (2) kann die Soll- Oberflächenrauheit Ra_l , Ra_2 je nach Bauraumposition und Geometrie des Bauteils 10 vorher- gesagt und gegebenenfalls minimiert oder zumindest reduziert werden. The invention is based on the knowledge that the respective target surface roughness Ra_l, Ra_2 is directly proportional to the relative angle z. When using the respective formula-related relationship according to equation (1) or (2), the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 can be predicted and possibly minimized or at least reduced depending on the installation space position and geometry of the component 10.
Beispielsweise kann ein Ra-Wert von 5 gm für die Soll-Oberflächenrauheit Ra_l , Ra_2 erreicht werden, wenn der Relativwinkel z einen Wert von 0° aufweist. Bei einem Anstieg des Relativ- winkels z je 1 ° kann ein Rauheitsanstieg der jeweiligen Soll-Oberflächenrauheit Ra_l , Ra_2 um 0,65 mm erzielt werden. Bei einem Wert des Relativwinkels z von 45° kann der zugehörige Ra- Wert etwa 35 mm entsprechen. Im Gegensatz zu einer Rauheitsreduzierung durch Anpassung von den Energiestrahl 80 betreffenden Parametern (Belichtungsparameter), wodurch beispiels- weise eine Belichtungsstrategie geändert werden kann und wodurch die Rauheitsreduzierung ei- nen Maximalwert von 10 mm gestattet, können also durch die Einstellung des Relativwinkels z deutlich glattere Oberflächen, wie beispielsweise die Segmentoberfläche 14, gebildet werden.For example, an Ra value of 5 gm can be achieved for the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 if the relative angle z has a value of 0 °. With an increase in the relative angle z per 1 °, an increase in roughness of the respective target surface roughness Ra_l, Ra_2 by 0.65 mm can be achieved. With a value of the relative angle z of 45 °, the associated Ra value can correspond to about 35 mm. In contrast to a roughness reduction by adapting parameters (exposure parameters) pertaining to the energy beam 80, whereby for example an exposure strategy can be changed and whereby the roughness reduction permits a maximum value of 10 mm, significantly smoother surfaces can be achieved by setting the relative angle z such as the segment surface 14 are formed.
Um eine Nutzung des Relativwinkels z und infolgedessen eine Rauheitsreduzierung beispiels- weise an der Segmentoberfläche 14 zu erreichen, bestehen verschiedene Möglichkeiten: Von besonderem Vorteil ist eine Anpassung eines Neigungswinkels des Bauteils 10, beispiels- weise durch die Relativbewegung RB der Bauplattform 70 relativ zur Strahlungsquelle SQ. Der Neigungswinkel kann je Bauraumposition angepasst werden, sodass ein Maximalwert der Soll- Oberflächenrauheit Ra_l, Ra_2 unter einer Hypothese, dass bei dem Maximalwert der Soll- Oberflächenrauheit Ra_l, Ra_2 ein Versagen des Bauteils 10 bei dessen bestimmungsgemäßem Gebrauch auftreten kann, verringert werden kann. Eine dadurch bewirkte, etwaige Rauheitswert- erhöhung an weiteren Oberflächen des Bauteils 10 kann dann in Kauf genommen werden. In order to use the relative angle z and, as a result, to reduce the roughness, for example on the segment surface 14, there are various options: It is particularly advantageous to adapt an angle of inclination of the component 10, for example by means of the relative movement RB of the building platform 70 relative to the radiation source SQ. The angle of inclination can be adjusted for each installation space position, so that a maximum value of the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 can be reduced under a hypothesis that at the maximum value of the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 failure of the component 10 can occur during its intended use. Any increase in the roughness value brought about by this on other surfaces of the component 10 can then be accepted.
Je nach Winkelbetrag oder Relativwinkelbereich des Relativwinkels z kann bevorzugt ein vor- eingestelltes, dem Modell des Bauteils 10 zugeordnetes Parametersetup für das Bestrahlen der Pulverschicht 20 mittels des Energiestrahls 80 verwendet werden. Anhand der Gleichungen (1 ), (2) können allgemein verschiedene Winkelbeträge des Relativwinkels z ermittelt werden, wobei jedem der Winkelbeträge jeweils ein Rauheitswert zugeordnet sein kann. Eine daraus ermittelte Relativwinkel-Rauheitswert-Funktion, also mit anderen Worten eine Funktion, welche die Rau- heitswerte als Funktion verschiedener Relativwinkel z ausdrückt, kann im Speichermedium 110 und zusätzlich oder alternativ in der Steuereinrichtung 100 hinterlegt sein. Dadurch kann die Be- stimmung der verschiedenen, beim additiven Herstellen zu erwartenden Rauheitswerts zunächst anhand des Modells des Bauteils 10 erfolgen. Anschließend können die verschiedenen Rau- heitswerte der Soll-Oberflächenrauheit Ra_l , Ra_2 unter Verwendung der Gleichungen ( 1 ) oder (2) und zusätzlich oder alternativ der Relativwinkel-Rauheitswert-Funktion beim additiven Her- stellen des Bauteilsegments 12 bzw. des Bauteils 10 erzeugt werden. Die Verwendung der Rela- tivwinkel-Rauheitswert-Funktion beim additiven Herstellen ermöglicht eine besonders bedarfs- gerechte und schnelle Erzeugung der Soll-Oberflächenrauheit Ra_l , Ra_2. Depending on the angular amount or the relative angular range of the relative angle z, a preset parameter setup assigned to the model of the component 10 can preferably be used for irradiating the powder layer 20 by means of the energy beam 80. Using the equations (1), (2), different angular amounts of the relative angle z can generally be determined, it being possible for a roughness value to be assigned to each of the angular amounts. A relative angle roughness value function determined therefrom, in other words a function which expresses the roughness values as a function of various relative angles z, can be stored in the storage medium 110 and additionally or alternatively in the control device 100. As a result, the various roughness values to be expected in additive manufacturing can initially be determined using the model of component 10. The various roughness values of the nominal surface roughness Ra_l, Ra_2 can then be generated using equations (1) or (2) and additionally or alternatively the relative angle roughness value function when the component segment 12 or the component 10 is additively manufactured . The use of the relative angle roughness value function in additive manufacturing enables the target surface roughness Ra_l, Ra_2 to be generated quickly and in line with requirements.
Zum bedarfsgerechten Bestrahlen kann die Strahlungsquelle SQ, welche auch als Belichtungs- einheit bezeichnet werden kann, anhand der Bewegungsvorrichtung 90 verfahrbar und neigbar sein, wodurch eine Minimierung des Relativwinkels z ermöglicht werden kann. For the needs-based irradiation, the radiation source SQ, which can also be referred to as an exposure unit, can be moved and inclined with the aid of the movement device 90, thereby making it possible to minimize the relative angle z.
Durch das Einstellen des Relativwinkels z bzw. des zweiten Relativwinkels z_2 kann die Soll- Oberflächenrauheit Ra_l bzw. die zweiten Oberflächenrauheit Ra_2 erzeugt und damit eine vor- bestimmte Oberflächenqualität der Segmentoberfläche 14 eingestellt werden. Das vorliegende Verfahren stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber konventionellen Herstel- lungsmethoden dar. Bei diesen konventionellen Herstellungsmethoden können je nach Parame- ter, Bauraumposition und Geometrie eines zu erzeugenden Werkstücks Oberflächenrauheiten Ra von bis zu 45 mm entstehen. Gerade bei der Auslegung von Zielbauteilen auf Dauerfestigkeit müssen bei konventionellen Herstellungsmethoden durch diese verhältnismäßig schlechten Oberflächenrauheiten hohe Abschläge auf jeweilige Materialeigenschaften in Kauf genommen werden. Viele durch diese konventionellen Herstellungsmethoden additiv hergestellte Werkstü- cke müssen daher für die Verwendung in der Luftfahrt entweder nachbearbeitet oder überdimen- sioniert werden. Im Gegensatz dazu ermöglicht das vorliegende Verfahren bzw. die vorliegende Schichtbauvorrichtung 50 eine gezielte formeltechnische Einstellung der für das Bauteil 10 er- zielbaren Soll-Oberflächenrauheiten Ra i, Ra_2 des Bauteils, wobei die Soll- Oberflächenrauheiten Ra_l, Ra_2 in Abhängigkeit von der Bauraumposition und der Geometrie des Bauteils 10 durch dessen Modell vorhergesagt und gegebenenfalls reduziert werden können. By setting the relative angle z or the second relative angle z_2, the nominal surface roughness Ra_l or the second surface roughness Ra_2 can be generated and thus a predetermined surface quality of the segment surface 14 can be set. The present method represents a significant advantage over conventional production methods. With these conventional production methods, surface roughness Ra of up to 45 mm can arise depending on the parameters, installation space position and geometry of a workpiece to be produced. Especially when designing target components for fatigue strength, with conventional manufacturing methods, due to this relatively poor surface roughness, high reductions in the respective material properties have to be accepted. Many workpieces manufactured additively using these conventional manufacturing methods must therefore either be reworked or oversized for use in aviation. In contrast to this, the present method or the present layer construction device 50 enables a specific formula-technical setting of the target surface roughness Ra i, Ra_2 of the component that can be achieved for the component 10, the target surface roughness Ra_l, Ra_2 depending on the construction space position and the The geometry of the component 10 can be predicted and possibly reduced by its model.
FIG. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Schichtbauvor- richtung 50. Im Gegensatz zu dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die hier dargestellte Schichtbauvorrichtung 50 zwei Strahlungsquellen SQ, SQ 1 auf. Die Strah- lungsquellen SQ, SQ 1 erzeugen jeweils einen Energiestrahl 80, 82 zum Bestrahlen der Pulver- schicht 20 des Werkstoffs 22 auf der bewegbaren Bauplattform 70. Die Energiestrahlen 80, 82 treffen im Bereich der Auftreffstellen 16, 16' auf die Pulverschicht 20, wobei die Auftreffstellen 16, 16' räumlich voneinander getrennt sind und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unter- schiedlichen Bauteilen zugeordnet werden können. Es ist aber auch möglich, dass die Auftreff- stellen 16, 16' unterschiedlichen Bereichen eines einzelnen Bauteils zugeordnet werden können. Man erkennt, dass unterschiedliche vorbestimmte Soll-Oberflächenrauheiten Ra_l', Ra_2' durch den dem jeweiligen Energiestrahl 80, 82 zugeordneten Relativwinkel z_ 1,, z_2, zwischen dem jeweiligen Energiestrahl 80, 82 und der jeweiligen Auftreffstelle 16, 16' des Energiestrahls 80, 82 auf den Werkstoff 22 zugeordneten Flächennormalen 17, 17' der Segmentoberfläche 14 er- zeugt werden. Die Relativwinkel z_1 ', z_2' weisen dabei unterschiedliche Größen, beispiels- weise ca. 80° und 120° auf. Bezüglich weiterer Einzelheiten des in Fig. 4 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiels wird auf die Erläuterungen zu den Figuren 1 bis 3 verwiesen, wobei gleiche Be- zugszeichen identische Merkmale beschreiben. Zudem unterscheidet sich das im Vorhergehen- den beschriebene Verfahren grundsätzlich nicht von dem mit der in Fig. 4 dargestellten Schicht- bauvorrichtung 50 durchgeführten Verfahren zur additiven Herstellung zumindest eines Bau- teilsegments 12 mindestens eines Bauteils. FIG. FIG. 4 shows a schematic illustration of a second embodiment of the layered construction device 50. In contrast to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the layered construction device 50 shown here has two radiation sources SQ, SQ 1. The radiation sources SQ, SQ 1 each generate an energy beam 80, 82 for irradiating the powder layer 20 of the material 22 on the movable building platform 70. The energy beams 80, 82 strike the powder layer 20 in the area of the points of impact 16, 16 ', the points of impact 16, 16 'are spatially separated from one another and can be assigned to different components in the exemplary embodiment shown. However, it is also possible that the points of impact 16, 16 'can be assigned to different areas of an individual component. It is recognized that different predetermined desired surface roughness RA_L ', Ra_2' z_ by the respective energy beam 80, 82 associated with relative angle 1, z_2, between the respective energy beam 80, 82 and the respective impact point 16, 16 'of the energy beam 80, 82 surface normals 17, 17 ′ of the segment surface 14 assigned to the material 22 are generated. The relative angles z_1 ', z_2' have different sizes, for example approx. 80 ° and 120 °. With regard to further details of the exemplary embodiment shown in FIG. 4, reference is made to the explanations relating to FIGS. 1 to 3, the same reference symbols describing identical features. In addition, the method described above does not fundamentally differ from the one shown in FIG. Building device 50 carried out method for additive production of at least one component segment 12 of at least one component.
Bezugszeichenliste: List of reference symbols:
10 Bauteil 10 component
12 Bauteilsegment 12 component segment
14 Segmentoberfläche 14 segment surface
16 Auftreffstelle 16 point of impact
16' Auftreffstelle 16 'Point of impact
17 F lächennormale 17 F smile normal
17' Flächennormale 17 'surface normals
18 zweite Auftreffstelle 18 second point of impact
19 zweite Flächennormale 19 second surface normals
20 Pulverschicht 20 powder layer
22 Werkstoff 22 material
24 Pulverbett 24 powder bed
50 Schichtbauvorrichtung 50 layer construction device
60 Aufbau- und Fügezone 60 Build-up and joining zone
70 Bauplattform 70 build platform
80 Energiestrahl 80 energy beam
82 Energiestrahl 82 energy beam
90 Bewegungsvorrichtung 90 movement device
100 Steuereinrichtung 100 control device
1 10 Speichermedium 1 10 storage medium
Ra_l Soll-Oberflächenrauheit Ra_2 zweite Soll-Oberflächenrauheit Ra_l ' Soll-Oberflächenrauheit Ra_2' zweite Soll-Oberflächenrauheit RB Relativbewegung Ra_l target surface roughness Ra_2 second target surface roughness Ra_l 'target surface roughness Ra_2' second target surface roughness RB relative movement
SQ Strahlungsquelle SQ radiation source
SQ 1 Strahlungsquelle SQ 1 radiation source
x Achse X axis
y Achse y axis
z Achse z axis
a Aufbauwinkel c Azimuthaiwinkei e Einstrahlwinkel x Azimuthaiwinkel z Relativ winkel z_2 Relativwinkel z_1, Relativwinkel z_2' Relativwinkel a mounting angle c azimuth angle e angle of incidence x azimuth angle z relative angle z_2 relative angle z_1 , relative angle z_2 'relative angle
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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