DE102014222526A1

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Info

Publication number: DE102014222526A1
Application number: DE102014222526.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Liebl; Thomas Götz
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum generativen Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines metallischen Bauteils (20), insbesondere eines Bauteils eines Flugtriebwerks, bei welchem ein metallischer, pulverförmiger Bauteilwerkstoff (12) schichtweise zur Ausbildung einzelner Bauteilschichten (10a-d) des Bauteilbereichs selektiv miteinander verschmolzen und/oder versintert wird. Erfindungsgemäß wird mindestens ein vorbestimmter Bereich (22) mindestens einer Bauteilschicht (10a-d) nach einem zumindest teilweise Erstarren der Bauteilschicht (10a-d) und vor einem Auftrag einer weiteren Schicht des Bauteilwerkstoffs (12) einer Wärmebehandlung mittels Beaufschlagung durch mindestens einen hochenergetischen Laser- und/oder Elektronenstrahl (24, 34) unterzogen, wobei die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich unterhalb der Verdampfungstemperatur des metallischen Bauteilwerkstoffs (12) erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (30) zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for generatively producing at least one component region of a metallic component (20), in particular a component of an aircraft engine, in which a metallic, powdered component material (12) is selectively fused together in layers to form individual component layers (10a-d) of the component region / or is sintered. According to the invention, at least one predetermined area (22) of at least one component layer (10a-d) undergoes a heat treatment by means of at least one high-energy laser after at least partial solidification of the component layer (10a-d) and before application of another layer of the component material (12) - And / or electron beam (24, 34) subjected, wherein the heat treatment is carried out in a temperature range below the evaporation temperature of the metallic component material (12). The invention further relates to a device (30) for carrying out such a method.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Flugtriebwerks, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur generativen Herstellung zumindest eines Bau-teilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Flugtriebwerks, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a method for the generative production of at least one component region of a component, in particular of a component of an aircraft engine, according to the preamble of claim 1 and a device for the generative production of at least one partial construction of a component, in particular a component of an aircraft engine, according to the preamble of Claim 9.

Aus dem Stand der Technik sind generative Herstellungsverfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen oder zur Herstellung von Bauteilen, die mit anderen Verfahren schwierig herzustellen sind, bekannt. Unter anderem werden hierfür Verfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM Selective Laser Melting), das direkte Metalllasersintern (DMLS Direct Metal Laser Sintering) oder Elektronenstrahlenverfahren eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind insbesondere auch generative Herstellverfahren für die Herstellung von Bauteilen einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise von Bauteilen eines Flugtriebwerks oder einer Gasturbine bekannt, z. B. das in derDE 10 2009 051 479 A1 beschriebene Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine. Bei diesem Verfahren wird durch schichtweisen Auftrag von mindestens einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff auf einer Bauteilplattform im Bereich einer Aufbau- und Fügezone sowie durch schichtweises und lokales Schmelzen oder Sintern des Bauteilwerkstoffs mittels im Bereich der Aufbau- und Fügezone zugeführter Energie ein entsprechendes Bauteil schichtweise hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei über wenigstens einen Hochenergiestrahl, beispielsweise durch Laserstrahlen eines CO₂-Lasers, Nd:YAG-Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen und/oder durch Elektronenstrahlen. Aus derDE 10 2011 086 889 A1 ist ein weiteres Verfahren zum generativen Herstellen eines Bauteils bekannt. Dabei wird vor, während und/oder nach dem Verbinden des Bauteilwerkstoffs dieser zusätzlich mit einem Laser beaufschlagt. Durch eine gepulste Laserbeaufschlagung sollen Körperschallwellen zur Druckbeaufschlagung des Werkstoffs erzeugt werden. Die Druckbeaufschlagung kann aber auch durch ein Sublimieren des Werkstoffs durch den Laser erzeugt werden. Ein durch die Ausdehnung des sublimierten, d.h. dann gasförmigen Werkstoffs erzeugter Druckstoß induziert die genannten Körperschallwellen. Durch die Druckbeaufschlagung des Werkstoffs ist es möglich, die Werkstoffeigenschaften, insbesondere die Festigkeit, zu verbessern. Nachteilig an diesem bekannte Verfahren ist jedoch, dass Werkstoffeigenschaften mittels Druckbeaufschlagung nur relativ ungenau einstellbar und verbesserbar sind. Zudem kann mittels Druckbeaufschlagung nur die Festigkeit eines Werkstoffs zufriedenstellend verbessert werden.The prior art discloses generative manufacturing processes for the rapid production of prototypes or for the production of components which are difficult to produce by other processes. Inter alia, methods such as selective laser melting (SLM), direct metal laser sintering (DMLS) or electron beam techniques are used. From the prior art, in particular also generative manufacturing processes for the production of components of a turbomachine, such as components of an aircraft engine or a gas turbine are known, for. B. in the DE 10 2009 051 479 A1 described method or a corresponding device for producing a component of a turbomachine. In this method, a corresponding component is produced in layers by coating layers of at least one powdered component material on a component platform in the region of a buildup and joining zone as well as by layered and local melting or sintering of the component material by means of energy supplied in the region of the buildup and joining zone. In this case, the energy is supplied via at least one high-energy beam, for example by laser beams of a CO₂ laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like and / or by electron beams. From the DE 10 2011 086 889 A1 Another method for the generative production of a component is known. In this case, before, during and / or after the connection of the component material, this is additionally applied with a laser. By a pulsed laser application structure-borne sound waves are to be generated for pressurizing the material. The pressurization can also be generated by a sublimation of the material by the laser. A pressure surge generated by the expansion of the sublimated, ie then gaseous, material induces the aforementioned structure-borne sound waves. By pressurizing the material, it is possible to improve the material properties, in particular the strength. A disadvantage of this known method, however, is that material properties by means of pressurization are relatively imprecisely adjustable and can be improved. In addition, by means of pressurization only the strength of a material can be satisfactorily improved.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die generative Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils mit verbesserten und vordefinierten Werkstoffeigenschaften ermöglichen.The object of the present invention is to provide a method and a device which enable the generative production of at least one component region of a component with improved and predefined material properties.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt anzusehen sind.The object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a device having the features of claim 9. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiment of the method according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the device according to the invention and vice versa.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum generativen Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Flugtriebwerks, z.B. einer Turbine oder eines Verdichters. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein metallischer, pulverförmiger Bauteilwerkstoff schichtweise zur Ausbildung einzelner Bauteilschichten des Bauteilbereichs selektiv miteinander verschmolzen und/oder versintert. Dabei wird mindestens ein vorbestimmter Bereich mindestens einer Bauteilschicht nach einem zumindest teilweise Erstarren der Bauteilschicht und vor einem Auftrag einer weiteren Schicht des Bauteilwerkstoffs einer Wärmebehandlung mittels Beaufschlagung durch mindestens einen hochenergetischen Laser- und/oder Elektronenstrahl unterzogen, wobei die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich unterhalb der Verdampfungstemperatur des metallischen Bauteilwerkstoffs erfolgt. Durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung ist es möglich, bereits während der generativen Herstellung des zumindest einen Bauteilbereichs des metallischen Bauteils, vordefinierte und insbesondere verbesserte Werkstoffeigenschaften in den Bauteilbereich beziehungsweise das Bauteil einzubringen. Durch das gezielte Einsetzen eines Laser- und/oder Elektronenstrahls ist es zudem möglich den Wärmeeintrag hinsichtlich der für die Änderung der Werkstoffeigenschaften gewünschten Temperatur exakt einzustellen. Zudem ist es vorteilhafterweise möglich, den Bereich der Wärmebehandlung innerhalb der Bauteilschicht exakt in seiner Ausdehnung und Eindringtiefe zu definieren und zu steuern. Dabei besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass sich die Wärmebehandlung in der Tiefe auch über mehrere Bauteilschichten erstreckt. Zudem wird durch die erfindungsgemäße Verwendung von Temperaturen unterhalb der Verdampfungstemperatur des verwendeten metallischen Bauteilwerkstoffs zuverlässig verhindert, dass ein unerwünschter Phasenübergang des festen Bauteilwerkstoffs in den entsprechenden gasförmigen Aggregatszustand erfolgt, ohne dass sich der Bauteilwerkstoff vorher verflüssigt. Ein derartiger Phasenübergang ist nur schwer zu regeln und führt zu unerwünschten Druckbeaufschlagungen der zu bearbeitenden Bauteilschichten sowie zu Materialverlusten.A first aspect of the invention relates to a method for the generative production of at least one component region of a component, in particular of a component of an aircraft engine, for example a turbine or a compressor. In the method according to the invention, a metallic, powdery component material is selectively fused together and / or sintered in layers in order to form individual component layers of the component region. In this case, at least one predetermined area of at least one component layer is subjected to a heat treatment by application of at least one high-energy laser and / or electron beam after an at least partial solidification of the component material and before application of another layer of the component material, wherein the heat treatment is in a temperature range below the evaporation temperature of the metallic component material. The heat treatment according to the invention makes it possible to introduce predefined and, in particular, improved material properties into the component region or the component during the generative production of the at least one component region of the metallic component. By the targeted insertion of a laser and / or electron beam, it is also possible to precisely adjust the heat input with respect to the desired temperature for changing the material properties. In addition, it is advantageously possible to define and control the region of the heat treatment within the component layer exactly in its extent and penetration depth. Of course, there is also the possibility that the heat treatment at depth also extends over several component layers. In addition, it is reliably prevented by the inventive use of temperatures below the vaporization temperature of the metallic component material used that an undesirable phase transition of the solid component material in the corresponding gaseous state of aggregation takes place without the component material liquefying before. Such a phase transition is difficult to control and leads to undesirable pressurization of the component layers to be processed and to material losses.

Verdampfungstemperaturen von metallischen Bauteilwerkstoffen sind dem Fachmann bekannt und können ohne Weiteres anhand üblicher Phasendiagramme ermittelt oder in der entsprechenden Fachliteratur nachgeschlagen werden. Beispielhaft sind in der folgenden Tabelle 1 Verdampfungstemperaturen von typischen, bei dem selektiven Laserschmelzen, dem direkten Metalllasersintern oder dem generativen Elektronenstrahlenverfahren verwendeten Metallen/Legierungselementen dargestellt. Tabelle 1: Verdampfungstemperaturen von Metallen/LegierungselementenWerkstoffVerdampfungstemperatur (in °C)Aluminium2519Chrom2671Eisen2861Nickel2913Titan3287Wolfram5555Kobalt2927Evaporation temperatures of metallic component materials are known to the person skilled in the art and can readily be determined by means of conventional phase diagrams or can be looked up in the corresponding technical literature. By way of example, the following Table 1 shows evaporation temperatures of typical metals / alloying elements used in selective laser melting, direct metal laser sintering or the generative electron beam method. Table 1: Evaporation temperatures of metals / alloying elements material Evaporation temperature (in ° C) aluminum 2519 chrome 2671 iron 2861 nickel 2913 titanium 3287 tungsten 5555 cobalt 2927

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung innerhalb des Verfahrens zum generativen Herstellen eines metallischen Bauteils ermöglicht es zum Beispiel, dass das herzustellende Bauteil schichtweise der genannten Wärmebehandlung unterzogen wird. Dadurch kann der Bauteilwerkstoff an jeder Stelle des herzustellenden Bauteilbereichs beziehungsweise Bauteils vorbestimmte Werkstoffeigenschaften annehmen. Dies betrifft insbesondere vorteilhafte Änderungen hinsichtlich der Korngrößen, des Kornwachstums, der Gefügeeigenschaften, der Zähigkeit, der Werkstofffestigkeit und -härte, sowie vordefinierte Metallgitterstrukturen des Bauteilswerkstoffs innerhalb des hergestellten Bauteilbereichs beziehungsweise Bauteils. Zudem besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, eine lokale oder ganzflächige Wärmebehandlung der einzelnen Bauteilschichten durchzuführen. Durch das erfindungsgemäße generative Herstellverfahren ergibt sich zudem eine Kostenreduzierung bei der Herstellung der Bauteilbereiche beziehungsweise der Bauteile, kürzere Durchlaufzeiten im Herstellungsprozess und auch die Möglichkeit neuer Kombinationen von verschiedenen Werkstoffeigenschaften in einem Bauteilbereich beziehungsweise Bauteil. Insbesondere ergeben sich Kosten- und Zeitvorteile, da die Beeinflussung beziehungsweise das Einbringen unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften in dem Bauteilbereich beziehungsweise das Bauteil als integrierter Schritt des generativen Herstellungsverfahrens durchgeführt wird.The heat treatment according to the invention within the method for the generative production of a metallic component makes it possible, for example, for the component to be produced to be subjected in layers to the said heat treatment. As a result, the component material can assume predetermined material properties at any point of the component region or component to be produced. This relates in particular to advantageous changes in terms of grain sizes, grain growth, microstructural properties, toughness, material strength and hardness, as well as predefined metal lattice structures of the component material within the produced component region or component. In addition, according to the invention it is possible to carry out a local or entire heat treatment of the individual component layers. The generative production method according to the invention also results in a cost reduction in the production of the component regions or components, shorter throughput times in the production process and also the possibility of new combinations of different material properties in a component region or component. In particular, there are cost and time advantages, since the influence or the introduction of different material properties in the component region or the component is performed as an integrated step of the generative manufacturing process.

Beispielsweise können für die Wärmebehandlung Laserstrahlen eines CO₂-Lasers, Nd:YAG-Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen verwendet werden.For example, for the heat treatment, laser beams of a CO₂ laser, Nd: YAG laser, Yb fiber laser, diode laser or the like may be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei grundsätzlich zur Herstellung eines vollständigen Bauteils oder zur Herstellung eines bestimmten Bauteilbereichs bzw. zur Reparatur oder Wiederherstellung eines Bauteilbereichs eines Bauteils verwendet werden.In principle, the method according to the invention can be used for producing a complete component or for producing a specific component region or for repairing or restoring a component region of a component.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmebehandlung eine Oberflächenhärtung mittels Laserstrahl- und/oder Elektronenstrahlhärten ist. Dabei kann während des Laserstrahl- und/oder Elektronenstrahlhärtens der der Oberflächenhärtung zu unterziehende Bereich der Bauteilschicht auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des metallischen Bauteilwerkstoffs erwärmt werden. In diesem Fall handelt es sich um ein so genanntes Festphasenhärten des metallischen Bauteilwerkstoffs. Es ist aber auch möglich, dass der metallische Bauteilwerkstoff im Bereich des der Oberflächenhärtung zu unterziehenden Bereichs der Bauteilschicht während des Laserstrahl- und/oder Elektronenstrahlhärtens geschmolzen wird. In diesem Fall handelt es sich um ein so genanntes Umschmelzen des Bauteilwerkstoffs. In beiden Fällen wird durch den hochenergetischen Laser- und/oder Elektronenstrahl die zu härtende Oberfläche lokal und selektiv erwärmt. In an sich bekannter Weise erfolgt die Wärmeableitung direkt in das Bauteil beziehungsweise in die nicht von der Erwärmung betroffenen Bereiche der Bauteilschicht. Durch diesen Abschreckvorgang ergeben sich insbesondere vorteilhafte Änderungen in der Gitterstruktur der metallischen Bauteilwerkstoffe, die zu einem Härten der entsprechend behandelten Bereiche der Bauteilschicht führen. Wird ein Elektronenstrahl zur Erwärmung der vorbestimmten Bereiche der Bauteilschicht verwendet, so wird das Verfahren üblicherweise im Vakuum durchgeführt. Das Laserstrahl- und/oder Elektronenstrahlhärten sind an sich bekannt. Im Gegensatz zu den bereits bekannten Anwendungsmöglichkeiten erfolgt das Laserstrahl- und/oder Elektronenstrahlhärten erfindungsgemäß während der generativen Fertigung und innerhalb mindestens einer Bauteilschicht des zumindest einen Bauteilbereichs eines Bauteils. Zudem wird bei üblichen Härtverfahren die Wärme nur von außen an das Bauteil herangeführt, so dass diese nur auf das komplett fertige Bauteil anwendbar sind.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the heat treatment is a surface hardening by means of laser beam and / or electron beam curing. In this case, during the laser beam and / or electron beam hardening, the area of the component layer to be subjected to surface hardening can be heated to a temperature below the melting point of the metallic component material. In this case, it is a so-called solid phase hardening of the metallic component material. However, it is also possible for the metallic component material to be melted in the area of the surface area of the component layer to be subjected to surface hardening during the laser beam and / or electron beam hardening. In this case, it is a so-called remelting of the component material. In both cases, the surface to be hardened is locally and selectively heated by the high-energy laser and / or electron beam. In a manner known per se, the heat dissipation takes place directly into the component or into the areas of the component layer which are not affected by the heating. This quenching process results in particular in advantageous changes in the lattice structure of the metallic component materials, which lead to a hardening of the correspondingly treated regions of the component layer. Becomes an electron beam used to heat the predetermined regions of the device layer, the process is usually carried out in a vacuum. The laser beam and / or electron beam hardening are known per se. In contrast to the already known applications, the laser beam and / or electron beam curing according to the invention takes place during the generative production and within at least one component layer of the at least one component region of a component. In addition, the heat is introduced only from the outside of the component in conventional curing, so that they are applicable only to the completely finished component.

Schmelzpunkte bzw. -temperaturen für metallische Bauteilwerkstoffe sind dem Fachmann ebenfalls bekannt oder können in der Literatur nachgeschlagen werden. Beispielhaft sind in der folgenden Tabelle 2 Schmelztemperaturen für verschiedene Metalle bzw. Legierungselemente, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Bauteilwerkstoffe verwendet werden können, angeführt. Tabelle 2: Schmelztemperaturen von Metallen/LegierungselementenWerkstoffSchmelztemperatur (in °C)Aluminium660Chrom1890Eisen1530Nickel1455Titan1800Wolfram3380Kobalt1495Melting points or temperatures for metallic component materials are likewise known to the person skilled in the art or can be looked up in the literature. By way of example, melting temperatures for various metals or alloying elements which can be used as component materials in the process according to the invention are listed in Table 2 below. Table 2: Melting temperatures of metals / alloying elements material Melting temperature (in ° C) aluminum 660 chrome 1890 iron 1530 nickel 1455 titanium 1800 tungsten 3380 cobalt 1495

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für das Verschmelzen und/oder das Versintern des Bauteilwerkstoffs mindestens eine Laser- und/oder Elektronenstrahlquelle zur Erzeugung wenigstens eines hochenergetischen Laser- und/oder Elektronenstrahls vorgesehen. Dabei kann der von der Laser- und/oder Elektronenstrahlquelle erzeugte Laser- und/oder Elektronenstrahl auch für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung mittels Laserstrahl- und/oder Elektronenstrahlhärten verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung mittels Laser- und/oder Elektronenstrahlhärten mindestens eine weitere, von der für das Verschmelzen und/oder das Versintern des Bauteilwerkstoffs verwendeten Laser- und/oder Elektronenstrahlquelle verschiedene Laser- und/oder Elektronenstrahlquelle vorgesehen ist. Je nach den Anforderungen an das Verfahren kann die Anzahl der Laser- und/oder Elektronenstrahlquellen vorteilhafterweise variiert werden. Beispielsweise können Laser- und/oder Elektronenstrahlquellen mit unterschiedlichen Energieleistungen verwendet werden. Wird für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung sowie für das Verschmelzen und/oder das Versintern des Bauteilwerkstoffs dieselbe Laser- und/oder Elektronenstrahlquelle verwendet, ergeben sich deutliche Kostenvorteile bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.In further advantageous embodiments of the method according to the invention at least one laser and / or electron beam source for generating at least one high-energy laser and / or electron beam is provided for fusing and / or sintering of the component material. In this case, the laser and / or electron beam generated by the laser and / or electron beam source can also be used for the heat treatment and / or the surface hardening by means of laser beam and / or electron beam curing. However, it is also possible that for the heat treatment and / or the surface hardening by means of laser and / or electron beam hardening at least one further laser and / or electron beam source used for the melting and / or sintering of the component material different laser and / or or electron beam source is provided. Depending on the requirements of the method, the number of laser and / or electron beam sources can advantageously be varied. For example, laser and / or electron beam sources with different energy outputs can be used. If the same laser and / or electron beam source is used for the heat treatment and / or the surface hardening and for the fusing and / or the sintering of the component material, significant cost advantages result when the method according to the invention is used.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zumindest während der Wärmebehandlung eine Temperaturüberwachung des für die Wärmebehandlung bestimmten Bereichs der Bauteilschicht. Dabei kann auf Grundlage der durch die Temperaturüberwachung ermittelten Temperaturdaten eine Steuerung und/oder Regelung des Energieeintrags in den für die Wärmebehandlung bestimmten Bereich mittels des Laser- und/oder Elektronenstrahls erfolgen. Damit ist gewährleistet, dass der für die Wärmebehandlung bestimmte Bereich auf das gewünschte Temperaturniveau erhitzt wird. Eine zu geringe Erwärmung oder auch eine zu starke Erhitzung des entsprechenden Bereichs wird zuverlässig verhindert.In further advantageous embodiments of the method according to the invention, at least during the heat treatment, a temperature monitoring of the area of the component layer intended for the heat treatment takes place. In this case, on the basis of the temperature data determined by the temperature monitoring, a control and / or regulation of the energy input in the area intended for the heat treatment can take place by means of the laser and / or electron beam. This ensures that the area intended for the heat treatment is heated to the desired temperature level. Too little heating or excessive heating of the corresponding area is reliably prevented.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Flugtriebwerks, wie z.B. einer Turbine oder eines Verdichters. Die Vorrichtung umfasst hierzu mindestens eine Pulverzuführung zum Auftrag von mindestens einer Schicht eines metallischen, pulverförmigen Bauteilwerkstoffs auf eine Aufbau- und Fügezone einer absenkbaren Bauteilplattform sowie mindestens eine Laser- und/oder Elektronenstrahlquelle zum Erzeugen wenigstens eines hochenergetischen Laser- und/oder Elektronenstrahls, mittels welchem der Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone lokal zur Ausbildung einzelner Bauteilschichten selektiv verschmelzbar und/oder versinterbar ist und/oder mittels welchem wenigstens ein vorbestimmter Bereich mindestens einer Bauteilschicht nach einem zumindest teilweisen Erstarren der Bauteilschicht und vor einem Auftrag einer weiteren Schicht des Bauteilwerkstoffs einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich unterhalb der Verdampfungstemperatur des metallischen Bauteilwerkstoffs und/oder einer Oberflächenhärtung mittels Laser- und/oder Elektronenstrahlhärten unterzogen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, Bauteilbereiche eines Bauteils oder gesamte Bauteile kostengünstig herzustellen, die jeweils vordefinierte und verbesserte Werkstoffeigenschaften aufweisen. Insbesondere ist es möglich, unterschiedliche Werkstoffeigenschaften innerhalb der Bauteilbereiche beziehungsweise des Bauteils auszubilden.A second aspect of the invention relates to a device for the generative production of at least one component region of a component, in particular a component of an aircraft engine, such as a turbine or a compressor. For this purpose, the device comprises at least one powder feed for applying at least one layer of a metallic, powdery component material to a buildup and joining zone of a lowerable component platform and at least one laser and / or electron beam source for generating at least one high-energy laser and / or electron beam by means of which the component material in the region of the assembly and joining zone is selectively fusible and / or sinterable for forming individual component layers and / or by means of which at least one predetermined region of at least one component layer after at least partial solidification of the component layer and before an order of another layer of the component material Heat treatment in a temperature range below the Evaporation temperature of the metallic component material and / or surface hardening by laser and / or electron beam curing is subjected. The device according to the invention makes it possible to inexpensively produce component regions of a component or entire components, each having predefined and improved material properties. In particular, it is possible to form different material properties within the component regions or the component.

Weitere sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.Further features resulting therefrom and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, with advantageous embodiments of the first aspect of the invention being regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mindestens zwei unterschiedliche Laser- und/oder Elektronenstrahlquellen für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung mittels Laser- und/oder Elektronenstrahlhärten und für das Verschmelzen und/oder das Versintern des Bauteilwerkstoffs ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweise zwei unterschiedliche Laserstrahlquellen mit unterschiedlichen Laserenergien verwendet werden. Die Auswahl kann entsprechend den Anforderungen des herzustellenden Bauteilbereichs beziehungsweise des herzustellenden Bauteils erfolgen.In an advantageous embodiment of the device according to the invention at least two different laser and / or electron beam sources for the heat treatment and / or the surface hardening by means of laser and / or electron beam curing and for fusing and / or sintering of the component material are formed. According to this embodiment of the device according to the invention, for example, two different laser beam sources with different laser energies can be used. The selection can be made according to the requirements of the manufactured component area or the component to be produced.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung wenigstens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der mindestens einen Laser- und/oder Elektronenstrahlquelle auf. Dabei kann die Vorrichtung zudem wenigstens einen Temperatursensor zur Temperaturüberwachung und -messung des für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung bestimmten Bereichs der Bauteilschicht aufweisen. Über die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann der Energieeintrag des Laser- und/oder Elektronenstrahls geregelt werden. Dabei kann die Regelung insbesondere aufgrund der von dem Temperatursensor an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung übermittelten Temperaturdaten des für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung bestimmten Bereichs der Bauteilschicht erfolgen. Damit ist gewährleistet, dass sich der zu beaufschlagende Bereich der Bauteilschicht nicht übermäßig erwärmt oder die Erwärmung zu niedrig ausfällt.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the device has at least one control and / or regulating device for controlling and / or regulating the at least one laser and / or electron beam source. In this case, the device may additionally comprise at least one temperature sensor for temperature monitoring and measurement of the area of the component layer intended for the heat treatment and / or the surface hardening. About the control and / or regulating device, the energy input of the laser and / or electron beam can be controlled. In this case, the regulation can be effected, in particular, on the basis of the temperature data of the region of the component layer determined for the heat treatment and / or the surface hardening, which is transmitted by the temperature sensor to the control and / or regulating device. This ensures that the area of the component layer to be acted upon is not excessively heated or the heating is too low.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens wie im Vorhergehenden beschrieben ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention, the device according to the invention for carrying out a method as described above is formed.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil für ein Flugtriebwerk, insbesondere eine Turbine oder einen Verdichter, welches durch ein Verfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt erhältlich oder erhalten ist und/oder mittels einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt hergestellt ist. Das Bauteil weist somit verbesserte Werkstoffeigenschaften auf. Weitere sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.A third aspect of the invention relates to a component for an aircraft engine, in particular a turbine or a compressor, which is obtainable or obtained by a method according to the first aspect of the invention and / or produced by means of a device according to the second aspect of the invention. The component thus has improved material properties. Further features resulting therefrom and their advantages can be found in the descriptions of the first and second aspects of the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:Further features of the invention will become apparent from the claims, the exemplary embodiments and with reference to the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiment can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und 1 a schematic representation of a device according to the invention according to a first embodiment; and

2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. 2 a schematic representation of a device according to the invention according to a second embodiment.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung30 zur generativen Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils20, insbesondere eines Bauteils eines Flugtriebwerks. Bei dem Bauteil20 kann es sich um ein Bauteil einer Turbine oder eines Verdichters handeln. Die Vorrichtung30 umfasst dabei eine Pulverzuführung (nicht dargestellt) zum Auftrag von mindestens einer Schicht eines metallischen, pulverförmigen Bauteilwerkstoffs12 auf eine Aufbau- und Fügezone16 (vergleiche2) einer absenkbaren Bauteilplattform14. Die in1 in einer ersten Ausführungsform dargestellte Vorrichtung30 umfasst zudem eine Laserstrahlquelle18 zum Erzeugen eines hochenergetischen Laserstrahls24. Mit Hilfe des Laserstrahls24 wird der Bauteilwerkstoff12 im Bereich der Aufbau- und Fügezone16 (vergleiche2) lokal zur Ausbildung einzelner Bauteilschichten10a–d selektiv verschmolzen und/oder versintert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Laserquelle18 beziehungsweise der damit erzeugte Laserstrahl24 zudem für eine Wärmebehandlung eines vorbestimmten Bereichs22 der Bauteilschicht10d nach einem zumindest teilweise Erstarren der Bauteilschicht10d beziehungsweise auch der darunterliegenden Bauteilschichten10a–c verwendet. Die Wärmebehandlung erfolgt dabei zudem vor einem Auftrag einer weiteren Schicht des Bauteilwerkstoffs12 und in einem Temperaturbereich unterhalb der Verdampfungstemperatur des metallischen Werkstoffs12. Dabei kann es sich bei der Wärmebehandlung um eine Oberflächenhärtung mittels Laserstrahlhärten handeln. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird beispielhaft nur die oberste Bauteilschicht10d wärmebehandelt. Es ist aber auch möglich, dass bereits die darunterliegenden Bauteilschichten10a–c ebenfalls wärmebehandelt worden sind oder zeitgleich mit der Bauteilschicht10d wärmebehandelt werden. 1 shows a schematic representation of a device according to theinvention 30 for the generative production of at least one component region of acomponent 20 , in particular a component of an aircraft engine. In thecomponent 20 it can be a component of a turbine or a compressor. Thedevice 30 comprises a powder feed (not shown) for the application of at least one layer of a metallic,powdery component material 12 on a construction and joining zone 16 (see 2 ) of alowerable component platform 14 , In the 1 in a first embodiment illustrateddevice 30 also includes alaser beam source 18 for generating a high-energy laser beam 24 , With the help of thelaser beam 24 becomes thecomponent material 12 in the area of the assembly and joining zone 16 (see 2 ) locally for the formation of individual component layers 10a -D selectively fused and / or sintered. In the illustrated embodiment, thelaser source 18 or the generated with itlaser beam 24 also for a heat treatment of apredetermined range 22 thecomponent layer 10d after an at least partial solidification of thecomponent layer 10d or also the underlying component layers 10a -C used. The heat treatment is also carried out before an order of another layer of thecomponent material 12 and in a temperature range below the vaporization temperature of themetallic material 12 , The heat treatment may be a surface hardening by means of laser beam hardening. In the illustrated embodiment, by way of example only theuppermost component layer 10d heat treated. But it is also possible that already the underlying component layers 10a -C have also been heat-treated or at the same time as thecomponent layer 10d be heat treated.

Des Weiteren umfasst die dargestellte Vorrichtung30 eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung32 zur Steuerung und/oder Regelung der Laserquelle18. Zudem umfasst die Vorrichtung30 einen Temperatursensor26 zur Temperaturüberwachung und -messung des für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung bestimmten Bereichs22 der Bauteilschicht10d. Auf Grundlage der durch die Temperaturüberwachung übermittelten Temperaturdaten erfolgt dann eine Steuerung und/oder Regelung der Höhe des Energieeintrags in den für die Wärmebehandlung bestimmten Bereich22 mittels des Laserstrahls24.Furthermore, the illustrated device comprises 30 a control and / or regulatingdevice 32 for controlling and / or regulating thelaser source 18 , In addition, the device includes 30 atemperature sensor 26 for temperature monitoring and measurement of the area intended for heat treatment and / or surface hardening 22 thecomponent layer 10d , On the basis of the temperature data transmitted by the temperature monitoring, a control and / or regulation of the amount of energy input then takes place in the area intended for theheat treatment 22 by means of thelaser beam 24 ,

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung30 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zu der in1 gezeigten ersten Ausführungsform weist die Vorrichtung30 hier zwei Laserquellen18,28 zur Erzeugung von zwei Laserstrahlen24,34 auf. Dabei wird die Laserquelle18 beziehungsweise der damit erzeugter Laserstrahl24 für das Verschmelzen und/oder das Versintern des Bauteilwerkstoffs12 zu einer Bauteilschicht10e verwendet. Die zweite Laserquelle28 und der damit erzeugte zweite Laserstrahl34 dient zur Wärmebehandlung der zumindest teilweise erstarrten Bauteilschicht10e in dem vorbestimmten Bereich22. Die beiden Laserquellen18,28 können dabei unterschiedliche Laserarten mit unterschiedlichen Energieausträgen darstellen. Auch bei der Vorrichtung30 gemäß der zweiten Ausführungsform kann mindestens ein Temperatursensor zur Temperaturüberwachung und -messung des für die Wärmebehandlung und/oder die Oberflächenhärtung bestimmten Bereichs22 der Bauteilschicht10e vorgesehen sein. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung32 dient wiederum zur Steuerung und/oder Regelung der Laserquellen18,28. 2 shows a schematic representation of adevice 30 according to a second embodiment. Unlike the in 1 shown first embodiment, thedevice 30 here twolaser sources 18 . 28 for generating twolaser beams 24 . 34 on. In doing so, the laser source becomes 18 or the laser beam generated thereby 24 for fusing and / or sintering thecomponent material 12 to acomponent layer 10e used. Thesecond laser source 28 and the second laser beam generated thereby 34 serves for heat treatment of the at least partially solidifiedcomponent layer 10e in the predeterminedarea 22 , The twolaser sources 18 . 28 can represent different laser types with different energy discharges. Also with thedevice 30 According to the second embodiment, at least one temperature sensor for temperature monitoring and measurement of the area determined for the heat treatment and / or the surface hardening 22 thecomponent layer 10e be provided. The control and / or regulatingdevice 32 in turn serves to control and / or regulation of the laser sources 18 . 28 ,

Für die Herstellung des zumindest einen Bauteilbereichs des Bauteils20 stehen unterschiedliche metallische, pulverförmige Bauteilwerkstoffe12 zur Verfügung. Dabei kann es sich insbesondere um Stahl, Maraging Stahl, Edelstahl, Nickellegierungen, Kobaltchromlegierungen, Titanaluminiumlegierungen oder Aluminiumlegierungen handeln. Auch Mischungen davon sind denkbar.For the production of the at least one component region of thecomponent 20 are different metallic,powdered component materials 12 to disposal. These may in particular be steel, maraging steel, stainless steel, nickel alloys, cobalt chrome alloys, titanium aluminum alloys or aluminum alloys. Also mixtures of these are conceivable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10a–e10a-e: Bauteilschichtencomponent layers
1212: BauteilwerkstoffComponent material
1414: Bauteilplattformcomponent platform
1616: Aufbau- und FügezoneAssembly and joining zone
1818: Laserquellelaser source
2020: Bauteilcomponent
2222: BereichArea
2424: Laserstrahllaser beam
2626: Temperatursensortemperature sensor
2828: Laserquellelaser source
3030: Vorrichtungcontraption
3232: Steuer- und/oder RegeleinrichtungControl and / or regulating device
3434: Laserstrahllaser beam

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009051479 A1[0002]DE 102009051479 A1[0002]
DE 102011086889 A1[0002]DE 102011086889 A1[0002]