EP2629963A2 - Vorrichtung zum herstellen, reparieren und/oder austauschen eines bauteils mittels eines durch energiestrahlung verfestigbaren pulvers, sowie ein verfahren und ein gemäss dem verfahren hergestelltes bauteil - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen, reparieren und/oder austauschen eines bauteils mittels eines durch energiestrahlung verfestigbaren pulvers, sowie ein verfahren und ein gemäss dem verfahren hergestelltes bauteil

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EP2629963A2
EP2629963A2 EP11831792.4A EP11831792A EP2629963A2 EP 2629963 A2 EP2629963 A2 EP 2629963A2 EP 11831792 A EP11831792 A EP 11831792A EP 2629963 A2 EP2629963 A2 EP 2629963A2
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EP
European Patent Office
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component
powder
applicator
uneven surface
solidified
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11831792.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hess
Erwin Bayer
Markus Eisen
Klaus Broichhausen
Wilhelm Satzger
Siegfried Sikorski
Karl-Heinz Dusel
Hans-Christian Melzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
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Definitions

  • Apparatus for producing, repairing and / or replacing a component by means of a powder which can be hardened by energy radiation and a method and a method according to the invention
  • the present invention relates to a device for producing, repairing or exchanging a component by means of at least one energy beam solidifiable powder.
  • the component is here for example an aircraft component, such as e.g. a vane element of an aircraft engine, such as a turbine engine.
  • the device and the method can also be used for any other component which can be produced or processed by means of a powder which can be solidified by energy radiation. The powder is thereby sintered or melted by the energy of radiation to be solidified.
  • Current powder bed based, additive manufacturing processes are only able to work horizontally.
  • a device in which a body is built up in layers of powder.
  • the powder is solidified for this purpose by means of a laser beam.
  • an annular doctor blade is used for the layered application of the powder to a carrier.
  • the annular doctor blade as a transport device of particles is a rotatably mounted roller as a compacting device for the powder particles.
  • DE 10 2004 022 386 A1 discloses a device for producing microbodies.
  • a ring doctor blade is used, which can be moved over a plurality of installation spaces for the production of micro-bodies.
  • the ring doctor performs a circular movement about an axis of rotation, wherein the installation spaces are arranged in the movement path.
  • the powder to be solidified is applied to a horizontal building platform or processed horizontally. As a result, components can be produced only in one plane.
  • the object of the invention is to provide an improved device and an improved method for producing or repairing and / or replacing a component by means of a powder to be solidified by energy radiation.
  • an apparatus and method for forming, repairing and / or replacing a component More specifically, an apparatus is provided for producing, repairing and / or replacing a component, in particular an aircraft component, by means of a powder solidifiable by an energy radiation of an energy radiation source, wherein the apparatus has an application device which is designed such that the powder can be applied to a component uneven surface can be applied by means of the applicator.
  • the device has the advantage that in this way very simple components can be constructed with more complex surfaces, which allows greater flexibility, especially in repairs or the replacement of components. Furthermore, a method is provided for producing, repairing and / or replacing a component, the method having the following steps:
  • the method also has the advantage that components with complex surfaces can be constructed, which is particularly advantageous for repairs and components with component areas made of different materials.
  • Fig. 1 is a perspective view of a component having a layered construction
  • FIG. 2 shows a perspective view of a variant of the component according to FIG. 1 with an alternative layered construction
  • FIG. 4a shows an application device for producing a component according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a diagram for illustrating the method for producing, repairing and / or exchanging a component according to the invention.
  • Fig. 1 is a perspective view of a component 10, here for example a blade segment of an engine, eg aircraft engine, shown.
  • the vane segment 10 in the example shown once has a vane element 12 and honeycomb seals 14, wherein the vane element 12 and the honeycomb seals 14 in the present example consist of different materials or materials. Therefore, first of all, one a first component region 16, here the blade element 12, and then from the second material the second component region 18, here the honeycomb seals 14.
  • the first component region 16 in this case the blade element 12
  • the first component region 16 is essentially constructed and then onto a straight or planar surface 20 of the first component region 16 or of the blade element 12 of the second Component region 18, here the honeycomb seals 14, constructed.
  • the problem that occurs here is that the blade element 12 forms as a conclusion no flat surface or has but actually a curved surface, since the finished blade segment 12 is then assembled with other blade segments into a ring.
  • the actual termination of the blade element 12 is built up only to the extent that a flat surface 20 is possible. Subsequently, the remainder of the termination of the blade element 12 and the second component region 18, here the honeycomb seals 14, are built up on the flat surface 20.
  • the honeycomb seals 18 a different material or material is used here than for the blade element 12. However, because the completion of the first component region 16 or the blade element 12 still has to be completed, the same material must be used for the remainder of the termination of the blade element 12 as used for the honeycomb seals 14.
  • FIG. 2 shows an example of an alternative construction of the component 10, here the blade segment.
  • the first component region 16, here the blade element 12 is completely manufactured, i. also the complete completion of the blade element 12.
  • the flat surface 20 which is formed here to build thereon the second component portion 18, i.
  • the remainder of the second component region 18 or, in this case, the honeycomb seals 14 with the second material or material is built up on the already existing part of the honeycomb seals 14.
  • a component 10 which is constructed by means of the invention.
  • the blade segment is likewise selected here, for example. which has a blade element 12 as a first component region 16 and honeycomb seals 14 as a second component region 18, wherein both component regions 16, 18 are produced, for example, from respectively different materials or materials or material combination.
  • the first component region 16 is initially produced, ie only the vane segment 12, and indeed completely with its end, which has an uneven surface 22, here, for example, arched or curved end surface 22.
  • the first component region 16 is completely assembled, including the complete termination.
  • the first component region 16 does not comprise a part of the second component region 18, here the honeycomb seals 14.
  • a layered structure or application of powder takes place on an uneven surface, in contrast to Figs. 1 and 2, where the layered application of powder always takes place only on a horizontal or flat surface and the component only can be built up in horizontal or even layers.
  • a correspondingly shaped applicator 24 is used, which is adapted in shape or outer contour to a predetermined uneven surface 22 of the component 10 to be produced in order to apply powder to the uneven surface 22, especially in layers.
  • the applicator 24 may comprise a suitably shaped doctor blade 26 and / or a correspondingly shaped wiper 28, to name but two examples of many for an applicator 24.
  • a wiper 28 is once shown as the applicator 24, which is arched in accordance with the blade element 12 and the honeycomb seals 14 in order to apply powder to the respective correspondingly curved and thus uneven surface 22.
  • a carrier platform can also be provided, as shown in FIG. 4, to which the powder to be solidified by means of energy radiation is applied in layers to produce the component 10.
  • the support platform is also formed with a curved or uneven surface to which the powder is applied by the correspondingly shaped, here curved applicator 24, such as a curved squeegee 26 or a curved scraper 28.
  • the applicator 24, here curved, in accordance with an uneven surface, in this example the curved scraper 28 or the curved scraper 26, is shown in FIG. 3 in the direction of the arrow, here horizontally or straight, over the support platform (not shown).
  • the powder layer thus applied is then solidified in component areas by means of an energy radiation source (not shown) before the next powder layer is applied.
  • an energy radiation source not shown
  • the feeding of powder and the solidification of the powder by means of an energy radiation source are well known.
  • the determination of the component areas to be solidified for example by scanning the applied powder layer or by specifying component area data, is well known and will not be described in detail here.
  • a corresponding curved or arcuate termination can thus be achieved with a curved end surface 22 on which then the second component region 18, i.
  • the honeycomb seals 14, for example, from a different powder can be constructed.
  • the curved applicator 24 can also be used.
  • the component 10, which is e.g. a vane element 12 and honeycomb seals 14 may, as described above, for example, at least two component areas of different materials or material combinations comprise or be made entirely or continuously from a material or a combination of materials, depending on the function and purpose.
  • the first component portion 16 is adapted to be exchangeable against another applicator.
  • the applicator 24 can be replaced with another suitably shaped applicator.
  • the other applicator is shaped according to the second component portion 18, here formed curved example.
  • the use of such specially shaped applicators 24 allows the construction of complex surfaces. Especially for repair applications this flexibility brings great advantages.
  • the applicator 24 is made interchangeable, various repair applications may be operated in a machine or apparatus.
  • a Application for such a concept are, for example, blade segments in an engine with a honeycomb seal 14, as shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 a shows an application device 24 for producing a component 10 according to a further embodiment of the invention.
  • Fig. 4b shows a highly simplified and purely schematic of the second embodiment of a component, which is constructed by means of the invention.
  • the movement of the applicator 24 is now controlled so as to coat the powder to be applied on the uneven surface 22 in layers.
  • the applicator 24 may therefore also be formed as a cylindrical roller 30 or a cylindrical doctor blade 30 or as a straight scraper (not shown) (see, e.g., Figure 4a).
  • the roller or the doctor blade 30 can additionally be designed to rotate around its longitudinal axis, as indicated in FIG. 4b by an arrow. This also applies to the embodiments in FIG. 3.
  • the straight or e.g. Cylindrical applicator 24 when applying a respective powder layer, leads to the uneven surface 22 or, as shown in Fig. 4b, e.g. curved or arcuate surface, a movement along this surface 22 or the contour of this surface 22 from.
  • the trajectory 32 of the applicator 24 is shown in Fig. 4b with a dashed line and corresponding to the curved surface 22, to which a powder layer 34 (indicated by a dotted line in Fig. 4b) is to be applied.
  • the applicator 24 is moved to follow or move parallel to or along the shape or contour of the surface 22.
  • the applicator 24 is not moved straight or in a horizontal plane, as is possible for example in the Ausfiüirungsform in Fig. 3, but moves on a corresponding track 32, the course of which corresponds to the uneven or curved surface 22 here to which a new powder layer 34 is to be applied.
  • the applicator 24 has a corresponding traversing device 36, which is connected to theSystemeimichtung 24 to move the applicator 24.
  • the transport device 36 is furthermore connected to a control device 38, which controls the travel device 36 and thereby the movement of the applicator 24 in order to move the applicator 24 on a predetermined path 32, so that a powder layer 34 also on an uneven surface 22nd or areas can be applied.
  • the applicator 24 is formed exchangeable against another applicator.
  • the traversing device 36 for example, be designed to be interchangeable together with or without the traversing device 36, depending on the function and purpose. As is indicated in FIG.
  • the applicator 24 can be designed to be movable in space in at least two or all three directions, ie as shown in FIG. 4b, eg in the X direction and Z direction or in X, Z direction. and Y direction.
  • the control device 38 can, for example, have an NC control for NC-controlling the movement or movement path 32 of the application device 24.
  • the application device 24 can in principle also additionally be specially shaped, as was shown previously in FIG. 3, but need not.
  • the applicator 24 does not have to have a special shape, but can, as described above , for example ; be formed as a cylindrical roller 30 or a cylindrical doctor blade or a straight scraper, as before.
  • the roller or the doctor blade 30 may optionally also be designed to rotate about the longitudinal axis, as indicated in Fig. 4b with an arrow.
  • an uneven carrier platform 40 can also be formed and inserted, if, for example, as previously shown in FIGS. 3 and 4b, a component 10 is to be formed which has an uneven surface 22, eg has a curved contour, as an outer contour.
  • the powder layer 34 applied by means of the application device 24 is subsequently solidified in the regions of the component 10 by means of energy radiation of an energy radiation source 42, for example by means of a laser beam and / or an electron beam, to name but two examples.
  • the present invention is directed in particular to the field of application of additive manufacturing for the production of components.
  • components are built up, in particular, in layers by material application.
  • the processes known as Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) and Direct Metal Laser Sintering (DMLS) or 3D Printing are to be added or added Material processed in powder form.
  • the powder is in this case applied in particular layers in a carrier platform or a carrier. At- closing the powder layer is selectively solidified by means of energy radiation, such as by means of laser beams or electron beams.
  • the solidification of the respective powder layer normally takes place on the basis of geometry data of the component to be produced.
  • the area of the powder layer may be e.g. scanned and belonging to the corresponding component layer section are solidified by energy radiation.
  • the powder melts or sinters in this area as a result of the action of energy radiation.
  • the powder layer is solidified by selectively introducing a binder into the component-associated areas. Subsequently, a next powder layer is provided and in turn solidified.
  • the component such as an aircraft component such as a blade element or a part of a blade element, can be constructed or supplemented, e.g. in case of repair.
  • a correspondingly shaped applicator 24 can be used for applying the powder and / or the movement of the applicator 24 can be controlled in accordance with the surface 22 to be coated.
  • the powder may be composed of one or more materials, for example, the powder may comprise at least one metal powder, a metal alloy powder, a ceramic powder and / or a plastic powder, to name just a few examples of the powder.
  • the powder may comprise at least one metal powder, a metal alloy powder, a ceramic powder and / or a plastic powder, to name just a few examples of the powder.
  • any powder of a material or combination of materials may be used which is suitable by means of an energy radiation source, e.g. an electron beam or a laser beam, to be solidified.
  • any other source of energy radiation suitable for solidifying an associated powder can be used.
  • components 10 having complex geometries can also be manufactured, constructed or supplemented and / or repaired.
  • the applicator 24 can optionally also be provided interchangeably in order to be able to use differently shaped applicators.
  • an aircraft component such as a blade element
  • a component 10 can be manufactured, repaired or replaced in this way.
  • it can also be any other species be provided by components which are produced by means of a radiation to be solidified by an energy powder.
  • FIG. 5 shows a flowchart for producing, repairing and / or replacing a component according to the invention.
  • an application device which is designed to apply a powder to be solidified by means of energy radiation on an uneven surface.
  • the applicator is adapted to the contour or Konrurverlauf the uneven surface and / or is moved on a path along the contour of the uneven surface.
  • the applicator can also have a shape which is not adapted to the contour or the contour of the uneven surface, since this can be compensated or compensated by the movement of the applicator. This means that the applicator is designed as a straight or cylindrical squeegee, roller or scraper.
  • the uneven surface onto which the powder can be applied by means of the application device can be, for example, the uneven surface of a carrier platform.
  • the uneven surface of the carrier platform can be adapted in particular to a contour or outer contour of a component to be manufactured or correspond to this, as indicated in Fig. 4.
  • the uneven surface may also be part of a component to be repaired or of a component region in which a component element is to be replaced.
  • the powder After application of the respective powder layer by means of the application device (step S1), the powder can be solidified in the regions to be solidified of the component by means of an energy radiation source (step S2), for example by means of laser radiation or electron radiation, as described above.
  • an energy radiation source for example by means of laser radiation or electron radiation, as described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, insbesondere eines Flugzeugbauteils, mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulver, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auftrageinrichtung aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass das Pulver auf eine unebene Fläche mittels der Auftrageinrichtung auftragbar ist.

Description

Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers, sowie ein Verfahren und ein gemäß dem
Verfahren hergestelltes Bauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und oder Austauschen eines Bauteils mittels wenigstens eines durch eine Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers. Das Bauteil ist hier beispielsweise ein Flugzeugbauteil, wie z.B. ein Schaufelelement eines Flugzeugtriebwerks, beispielsweise eines Turbinenstrahltriebwerks. Grundsätz- lieh können die Vorrichtung und das Verfahren aber auch für jedes andere Bauteil eingesetzt werden, das mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers herstellbar oder bearbeitbar ist. Das Pulver wird dabei, um verfestigt zu werden, durch die Energie Strahlung gesintert oder geschmolzen. Derzeitige pulverbettbasierte, generative Fertigungsverfahren sind nur in der Lage horizontal zu arbeiten.
So ist aus dem Stand der Technik, wie er in der DE 10 2005 025 199 AI offenbart ist, eine Vorrichtung bekannt, bei welcher ein Körper schichtweise aus Pulver aufgebaut wird. Das Pulver wird hierzu mittels eines Laserstrahls verfestigt. Dabei wird zum schichtweisen Auftragen des Pulvers auf einen Träger eine Ringrakel eingesetzt. In der Ringrakel als Transportvorrichtung von Partikeln befindet sich eine drehbar gelagerte Walze als Verdichtungseinrichtung für die Pulverpartikel. Des Weiteren ist aus der DE 10 2004 022 386 AI eine Vorrichtung zum Herstellen von Mikro- körpern bekannt. Dabei wird eine Ringrakel verwendet, welches über mehrere Bauräume zum Herstellen von Mikrokörpern bewegt werden kann. Die Ringrakel vollführt hierbei eine kreisförmige Bewegung um eine Drehachse, wobei in der Bewegungsbahn die Bauräume angeordnet sind.
Außerdem ist aus der DE 20 2007 016 591 Ul eine Vorrichtung zum Rakeln mit einer in sich geschlossenen Rakel offenbart. Die Rakel ist dabei zum Bauraum des herzustellenden Körpers geradgeführt angeordnet. Dazu ist eine Geradfiihrung vorgesehen, welche mit der Rakel verbunden ist, um die Ringrakel über einen Bauraum für den herzustellenden Körper zu bewegen. Au- ßerdem ist die Geradfiihrung auf einem Träger angeordnet, wobei der Träger eine Drehbewegung durchfuhren kann.
In den genannten Dokumenten des Standes der Technik wird das zu verfestigende Pulver auf einer horizontalen Bauplattform aufgetragen bzw. horizontal verarbeitet. Dadurch können Bauteile nur in einer Ebene hergestellt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren bereitzustellen zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch eine Energiestrahlung zu verfestigenden Pulvers.
Gemäß der Erfindung werden nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden, zum Reparieren und/oder zum Austauschen eines Bauteils bereitgestellt. Genauer gesagt wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, insbesondere eines Flugzeugbauteils, mittels eines durch eine Energie- strahlung einer Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulver, wobei die Vorrichtung eine Auftrageinrichtung aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass das Pulver auf eine unebene Fläche mittels der Auftrageinrichtung auftragbar ist.
Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass auf diese Weise sehr einfach Bauteile mit komplexeren Flächen aufgebaut werden können, was eine größere Flexibilität insbesondere bei Reparaturen oder dem Austausch von Bauteilen erlaubt. Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt, zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Energie Strahlungsquelle zum Verfestigen eines mittels der Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers;
Vorsehen einer unebenen Fläche auf welcher das zu verfestigende Pulver aufzutragen ist;
Bereitstellen einer Auftrageinrichtung, welche derart ausgebildet ist, das zu verfestigende Pulver auf die unebene Fläche aufzutragen;
Aufbringen des zu verfestigenden Pulvers auf die unebene Fläche mittels der Auftrageinrichtung; und
Verfestigen des Pulvers in den Bereichen des Bauteils mittels der Energiestrahlungsquelle. Das Verfahren hat ebenfalls den Vorteil, dass Bauteile mit komplexen Flächen aufgebaut werden können, was insbesondere bei Reparaturen und Bauteilen mit Bauteilbereichen aus unterschiedlichen Werkstoffen von Vorteil ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen an- gegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Bauteils, welches einen schichtweisen Aufbau aufweist;
Fig. 2 eine Perspektivansicht einer Variante des Bauteils gemäß Fig. 1 mit einem alternativen schichtweisen Aufbau;
Fig. 3 ein Bauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4a eine Auftrageinrichtung zur Herstellung eines Bauteils gemäß einer weiteren Ausfüh- rungsform der Erfindung;
Fig. 4a ein Bauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung, Reparatur und/oder Aus- tausch eines Bauteils gemäß der Erfindung.
In den Figuren sind gleiche Elemente oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, sofern nichts Gegenteiliges ausgeführt ist. In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Bauteils 10, hier beispielsweise eines Schaufelsegments eines Triebwerks, z.B. Flugzeugtriebwerks, dargestellt. Das Schaufelsegment 10 in dem gezeigten Beispiel weist einmal ein Schaufelelement 12 und Wabendichtungen 14 auf, wobei das Schaufelelement 12 und die Wabendichtungen 14 dabei in dem vorliegenden Beispiel aus verschiedenen Materialien oder Werkstoffen bestehen. Daher wird zunächst aus dem einen Ma- terial ein erster Bauteilbereich 16 aufgebaut, hier das Schaufelelement 12, und anschließend aus dem zweiten Material der zweite Bauteilbereich 18, hier die Wabendichtungen 14.
Mit den bisherigen Rakeln oder Abstreifern, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist dies jedoch nicht optimal möglich. Dazu wird, bisher, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, zunächst der erste Bauteilbereich 16, hier das Schaufelelement 12, im Wesentlichen aufgebaut und anschließend auf eine gerade oder ebene Fläche 20 des ersten Bauteilbereichs 16 bzw. des Schaufelelements 12 der zweite Bauteilbereich 18, hier die Wabendichtungen 14, aufgebaut. Das Problem das hierbei auftritt ist, dass das Schaufelelement 12 als Abschluss keine ebene Fläche bildet bzw. aufweist sondern eigentlich eine gewölbte Fläche, da das fertige Schaufel segment 12 anschließend mit anderen Schaufelsegmenten zu einem Ring zusammengesetzt wird.
In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel des Bauteils 10, wird daher der eigentliche Abschluss des Schaufelelements 12 nur in soweit aufgebaut, wie eine ebene Fläche 20 möglich ist. Anschließend werden der Rest des Abschlusses des Schaufelelements 12 und der zweite Bauteilbereich 18, hier die Wabendichtungen 14, auf der ebenen Fläche 20 aufgebaut. Für die Wabendichtungen 18 wird hierbei ein anderes Material oder Werkstoff verwendet als für das Schaufelelement 12. Dadurch, dass aber der Abschluss des ersten Bauteilbereichs 16 bzw. des Schaufelelements 12 noch vervollständigt werden muss, muss für den Rest des Abschlusses des Schaufelelements 12 das gleiche Material wie für die Wabendichtungen 14 verwendet werden.
In Fig. 2 ist ein Beispiel für einen alternativen Aufbau des Bauteils 10, hier des Schaufelsegments, gezeigt. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel wird, im Gegensatz zu dem Beispiel in Fig. 1, zunächst der erste Bauteilbereich 16, hier das Schaufelelement 12, vollständig hergestellt, d.h. auch der komplette Abschluss des Schaufelelements 12. Die ebene Fläche 20 die hierbei gebildet wird, um darauf den zweiten Bauteilbereich 18 aufzubauen, d.h. die Wabendichtungen 14, um- fasst jedoch neben dem Abschluss des Schaufelelements 12 bereits einen Teil der Wabendichtungen 14, welche wie das Schaufelsegment 12 aus dem ersten Material oder Werkstoff hergestellt sind. Somit wird der Rest des zweiten Bauteilbereichs 18 bzw, hier der Wabendichtungen 14 mit dem zweiten Material oder Werkstoff auf dem bereits vorhandenen Teil der Wabendichtungen 14 aufgebaut.
In Fig. 3 ist nun ein Beispiel für ein Bauteil 10 gezeigt, welches mittels der Erfindung aufgebaut ist. Als Beispiel für ein Bauteil 10 wird dabei ebenfalls hier z.B. das Schaufelsegment gewählt, welches ein Schaufelelement 12 als ersten Bauteilbereich 16 und Wabendichtungen 14 als zweiten Bauteilbereich 18 aufweist, wobei beide Bauteilbereiche 16, 18 z.B. aus jeweils verschiedenen Materialien oder Werkstoffen bzw. Werkstoffkombination hergestellt werden. Erfindungsgemäß wird dabei zunächst nur der erste Bauteilbereich 16 hergestellt, d.h. nur das Schaufelsegment 12, und zwar vollständig mit seinem Abschluss, welcher eine unebene Fläche 22, hier beispielsweise gewölbte oder bogenförmige Abschlussfläche 22 aufweist. Der erste Bauteilbereich 16 ist dabei im Gegensatz zu dem Bauteil 10 in Fig. 1 vollständig aufgebaut einschließlich des vollständigen Abschlusses. Des Weiteren umfasst der erste Bauteilbereich 16 im Gegensatz zu Fig. 2 nicht einen Teil des zweiten Bauteilbereichs 18, hier der Wabendichtungen 14.
Dies wird nun erreicht indem gemäß der Erfindung ein schichtweiser Aufbau oder Auftrag von Pulver auf einer unebenen Fläche erfolgt, im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2, wo der schichtweise Auftrag von Pulver immer nur auf einer horizontalen oder ebenen Fläche erfolgt und das Bauteil nur in horizontalen oder ebenen Schichten aufgebaut werden kann.
In einer ersten Ausführungsform, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, wird eine entsprechend geformte Auftrageinrichtung 24 verwendet, welche in ihrer Form oder Außenkontur an eine vorgegebene unebene Fläche 22 des herzustellenden Bauteils 10 angepasst ist, um Pulver auf die unebene Fläche 22 aufzutragen, insbesondere schichtweise aufzutragen. Die Auftrageinrichtung 24 kann ein entsprechend geformtes Rakel 26 und/oder einen entsprechend geformten Abstreifer 28, aufweisen, um nur zwei Beispiele von vielen für eine Auftrageinrichtung 24 zu nennen. In Fig. 3 ist als Auftrageinrichtung 24 einmal ein Abstreifer 28 gezeigt, welcher entsprechend dem Schaufelele- ment 12 und den Wabendichtungen 14 gewölbt ist, um Pulver auf die jeweils entsprechend gewölbte und damit unebene Fläche 22 aufzutragen.
Dazu kann außerdem eine Trägerplattform vorgesehen werden, wie in nachfolgender Fig. 4 gezeigt ist, auf die schichtweise das mittels Energiestrahlung zu verfestigende Pulver zum Herstellen des Bauteils 10 aufgetragen wird. Die Trägerplattform ist dabei ebenfalls mit einer gewölbten oder unebenen Fläche ausgebildet, auf die das Pulver durch die entsprechend geformte, hier gewölbte Auftrageinrichtung 24, z.B. ein gewölbtes Rakel 26 oder einen gewölbten Abstreifer 28 aufgetragen wird. Die entsprechend einer unebenen Fläche geformte, hier z.B. gewölbte, Auftrageinrichtung 24, hier der gewölbte Abstreifer 28 oder das gewölbte Rakel 26, wird in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel in Pfeilrichtung, hier z.B. horizontal oder gerade, über die Trägerplattform (nicht dargestellt) oder die jeweilige Bauteilschicht mit dem neu aufzutragenden Pulver bewegt, um so die jeweils nächste Pulverschicht auf die Trägerplattform oder die letzte Bauteilschicht aufzubringen. Die so aufgebrachte Pulverschicht wird dann mittels einer Energistrahlungsquelle (nicht dargestellt) in Bauteilbereichen verfestigt bevor die nächste Pulverschicht aufgebracht wird. Das Zuführen von Pulver und das Verfestigen des Pulvers mittels einer Energiestrahlungsquelle sind allgemein bekannt. Ebenso ist das Bestimmen der zu verfestigenden Bauteilbereiche, beispiels- weise durch Scannen der aufgetragenen Pulverschicht oder durch das Vorgeben von Bauteilbereichdaten, allgemein bekannt und wird hier nicht im Detail beschrieben.
Am Ende des ersten Bauteilbereichs 16 kann so ein entsprechend gewölbter oder bogenförmiger Abschluss erzielt werden mit einer gewölbten Abschlussfläche 22 auf der dann der zweite Bauteilbereich 18, d.h. hier die Wabendichtungen 14, beispielsweise aus einem anderen Pulver aufgebaut werden kann. Dazu kann ebenfalls die gewölbte Auftrageinrichtung 24 eingesetzt werden. Das Bauteil 10, welches z.B. ein Schaufelelement 12 und Wabendichtungen 14 aufweist, kann, wie zuvor beschrieben beispielsweise wenigstens zwei Bauteilbereiche aus verschiedenen Werkstoffen oder Werkstoffkombinationen aufweisen oder insgesamt bzw. durchgehend aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination hergestellt sein, je nach Funktion und Einsatzzweck.
In dem Fall, in welchem beispielsweise der zweite Bauteilbereich 18, hier die Wabendichtung 14, eine andere Form bzw. unebene Fläche oder Flächen, hier z.B. eine andere Wölbung, aufweist, kann die gewölbte Auftrageinrichtung 24, welche an die unebene Fläche 22, hier Wöl- bung, des ersten Bauteilbereichs 16 angepasst ist gegen eine andere Auftrageinrichtung austauschbar ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Auftrageinrichtung 24 gegen eine andere entsprechend geformte Auftrageinrichtung ersetzt werden. Die andere Auftrageinrichtung ist dabei entsprechend des zweiten Bauteilbereichs 18 geformt, hier z.B. gewölbt ausgebildet. Durch den Einsatz solcher speziell geformter Auftrageinrichtungen 24 wird der Aufbau von komplexen Flächen ermöglicht. Insbesondere für Reparaturanwendungen bringt diese Flexibilität große Vorteile. Wird die Auftrageinrichtung 24 außerdem austauschbar gestaltet, können verschiedene Reparaturanwendungen in einer Maschine bzw. Vorrichtung betrieben werden. Eine Anwendung für ein solches Konzept sind beispielsweise Schaufelsegmente bei einem Triebwerk mit einer Wabendichtung 14, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
In Fig. 4a ist nun eine Auftrageinrichtung 24 zum Herstellen eines Bauteils 10 gemäß einer wei- teren Ausfuhrungsform der Erfindung gezeigt. Fig. 4b zeigt stark vereinfacht und rein schematisch die zweite Ausfuhrungsform eines Bauteils, welches mittels der Erfindung aufgebaut ist.
In der zweiten erfindungsgemäßen Ausfuhningsform wird nun die Bewegung der Auftrageinrichtung 24 so gesteuert, dass sie das aufzutragende Pulver auf der unebenen Fläche 22 schichtweise aufträgt. In dem in den Fig. 4a und 4b gezeigten Beispiel, kann die Auftrageinrichtung 24 daher auch als zylindrische Rolle 30 oder zylindrisches Rakel 30 oder als gerader Abstreifer (nicht dargestellt) ausgebildet sein (s.h. Fig. 4a). Die Rolle oder die Rakel 30 können dabei zusätzlich bei Bedarf auch noch um ihre Längsachse rotierend ausgebildet sein, wie in Fig. 4b mit einem Pfeil angedeutet ist. Dies gilt auch für die Ausfiihrungsformen in Fig. 3.
Die gerade oder z.B. zylindrische Auftrageinrichtung 24 führt gemäß der Erfindung beim Auftragen einer jeweiligen Pulverschicht auf die unebene Fläche 22 oder, wie in Fig. 4b gezeigt ist, z.B. gewölbte oder bogenförmige Fläche, eine Bewegung entlang dieser Fläche 22 oder der Kontur dieser Fläche 22 aus. Die Bewegungsbahn 32 der Auftrageinrichtung 24 ist in Fig. 4b mit einer gestrichelten Linie dargestellt und verläuft entsprechend der gewölbten Fläche 22, auf die eine Pulverschicht 34 (mit einer gepunkteten Linie in Fig. 4b angedeutet) aufzutragen ist. Mit anderen Worten die Auftrageinrichtung 24 wird so bewegt, dass sie die Form oder Kontur der Fläche 22 nachvollzieht oder sich parallel zu dieser oder entlang dieser bewegt. Das bedeutet, dass die Auftrageinrichtung 24 nicht gerade bzw. in einer horizontalen Ebene verfahren wird, wie dies beispielsweise in der Ausfiüirungsform in Fig. 3 möglich ist, sondern sich auf einer entsprechenden Bahn 32 bewegt, deren Verlauf der unebenen oder hier gewölbten Fläche 22 entspricht, auf die eine neue Pulverschicht 34 aufgetragen werden soll.
Dazu weist die Auftrageinrichtung 24 eine entsprechende Verfahreinrichtung 36 auf, welche mit der Auftrageimichtung 24 verbunden ist, um die Auftrageinrichtung 24 zu bewegen. Die Ver- fahreinrichtung 36 ist des Weiteren mit einer Steuerungseinrichtung 38 verbunden, die die Verfahreinrichtung 36 und dadurch die Bewegung der Auftrageinrichtung 24 steuert, um die Auftrageinrichtung 24 auf einer vorbestimmten Bahn 32 zu bewegen, so dass eine Pulverschicht 34 auch auf eine unebenen Fläche 22 oder Flächen aufgetragen werden kann. In einer Ausführungs- form der Erfindung ist die Auftrageinrichtung 24 austauschbar gegen eine andere Auftrageinrichtung ausgebildet. Dabei kann die Verfahreinrichtung 36 beispielsweise zusammen mit oder ohne die Verfahreinrichtung 36 austauschbar ausgebildet sein, je nach Funktion und Einsatzzweck. Die Auftrageinrichtung 24, kann wie in Fig. 4b angedeutet ist, in wenigstens zwei oder allen drei Richtungen im Raum beweglich ausgebildet sein, d.h. wie in Fig. 4b gezeigt, z.B. in X-Richtung und Z-Richtung oder in X-, Z- und Y-Richtung. Die Steuerungseinrichtung 38 kann beispielsweise eine NC-Steuerung aufweisen zum NC-steuern der Bewegung oder Bewegungsbahn 32 der Auftrageinrichtung 24. Die Auftrageinrichtung 24 kann prinzipell zusätzlich auch speziell geformt sein, wie zuvor in Fig. 3 gezeigt wurde, muss es aber nicht. Die Auftrageinrichtung 24 muss keine spezielle Form aufweisen, sondern kann, wie zuvor beschrieben z.B; als zylindrische Rolle 30 oder eine zylindrisches Rakel oder ein gerader Abstreifer ausgebildet sein, wie bisher. Die Rolle oder die Rakel 30 kann wahlweise zusätzlich auch um die Längsachse drehend ausgebildet sein, wie in Fig. 4b mit einem Pfeil angedeutet ist.
Wie in dem Beispiel in Fig. 4b gezeigt ist, kann statt einer ebenen Trägerplattform auch eine unebene Trägerplattform 40 ausgebildet und eingesetzt werden, wenn beispielsweise wie zuvor in Fig. 3 und 4b gezeigt ist, ein Bauteil 10 ausgebildet werden soll, das eine unebene Fläche 22, z.B. eine gewölbte Kontur, als Außenkontur aufweist.
Die mittels der Auftrageinrichtung 24 aufgetragene Pulverschicht 34 wird anschließend in den Bereichen des Bauteils 10 mittels Energiestrahlung einer Energie Strahlungsquelle 42 verfestigt, wie beispielsweise mittels eines Laserstrahls und/oder eines Elektronenstrahls, um nur zwei Beispiele zu nennen.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf das Anwendungsgebiet der generativen Fertigung zur Herstellung von Bauteilen gerichtet. Dazu gehört das sog. Rapid Manufacturing oder auch das sog. Rapid Prototyping. Bei der generativen Fertigung werden Bauteile insbesondere schichtweise durch Materialauftrag aufgebaut. Hierbei wird bei den entsprechenden Verfahren, die als Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) und DMLS (Direct Metal Laser Sintering) oder 3D-Printing bekannt sind, der hinzuzufugende oder aufzutragende Werkstoff in Pulverform verarbeitet. Das Pulver wird hierbei insbesondere schichtweise auf eine Trägerplattform oder einen Träger aufgetragen. An- schließend wird die Pulverschicht selektiv mittels einer Energiestrahlung verfestigt, wie z.B. mittels Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen.
Die Verfestigung der jeweiligen Pulverschicht erfolgt dabei normalerweise auf Basis von Geo- metriedaten des herzustellenden Bauteils. Dabei kann der Bereich der Pulverschicht z.B. abgescannt und der zu der entsprechenden Bauteil Schicht gehörende Abschnitt mittels Energiestrahlung verfestigt werden. Durch Einwirken der Energiestrahlung schmilzt oder versintert das Pulver in diesem Bereich. Im Fall des 3D-Printings wird die Pulverschicht verfestigt, indem ein Binder selektiv in die zum Bauteil gehörenden Bereiche eingebracht wird. Anschließend wird eine nächste Pulverschicht vorgesehen und wiederum verfestigt. Auf diese Weise kann Schicht für Schicht das Bauteil, wie beispielsweise ein Flugzeugbauteil wie ein Schaufelelement oder ein Teil eines Schaufelelements, aufgebaut oder ergänzt werden, z.B. im Falle einer Reparatur.
Dabei kann wie zuvor mit Bezug auf Fig. 3, 4a und 4b beschrieben wurde, eine entsprechend geformte Auftrageinrichtung 24 zum Auftragen des Pulvers eingesetzt werden und/oder die Bewegung der Auftrageinrichtung 24 entsprechend der zu beschichtenden Fläche 22 gesteuert werden.
Das Pulver kann dabei aus einem oder mehreren Werkstoffen zusammengesetzt sein, beispiels- weise kann das Pulver wenigstens ein Metallpulver, ein Metalllegierungspulver, ein Keramikpulver und/oder auch ein Kunststoffpulver aufweisen, um nur einige Beispiele für das Pulver zu nennen. Grundsätzlich kann jedes Pulver aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination verwendet werden, das geeignet ist mittels einer Energiestrahlungsquelle, wie z.B. einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl, verfestigt zu werden. Grundsätzlich kann jede andere Ener- giestrahlungsquelle eingesetzt werden, die geeignet ist, ein zugeordnetes Pulver zu verfestigen.
Mittels der Erfindung, wie mit Bezug auf die Fig. 3, 4a und 4b beschrieben, können auch Bauteile 10 mit komplexen Geometrien hergestellt, aufgebaut bzw. ergänzt und/oder repariert werden. Die Auftrageinrichtung 24 kann in den Ausftihrungsformen der Erfindung dabei wahlweise zu- sätzlich auch auswechselbar vorgesehen sein, um verschieden geformte Auftrageinrichtungen einsetzen zu können.
Als Bauteil 10 kann insbesondere ein Flugzeugbauteil, wie z.B. ein Schaufelelement, auf diese Weise hergestellt, repariert oder ausgetauscht werden. Es können aber auch alle anderen Arten von Bauteilen vorgesehen werden, welche mittels eines durch eine Energie Strahlung zu verfestigenden Pulvers hergestellt werden.
In Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bau- teils gemäß der Erfindung gezeigt.
Dabei wird eine Auftrageinrichtung bereitgestellt, welche derart ausgebildet ist, ein mittels Energiestrahlung zu verfestigendes Pulver auf eine unebene Fläche, aufzutragen. Die Auftrageinrichtung ist dazu an die Kontur oder den Konrurverlauf der unebenen Fläche angepasst und/oder wird auf einer Bahn entlang der Kontur der unebenen Fläche bewegt. In letzterem Fall, kann die Auftrageinrichtung auch eine Form aufweisen, welche nicht an die Kontur oder den Konturverlauf der unebenen Fläche angepasst ist, da dies durch die Bewegung der Auftrageinrichtung kompensiert oder ausgeglichen werden kann. Das bedeutet, dass die Auftrageinrichtung als gerades oder zylindrisches Rakel, Rolle oder Abstreifer ausgebildet ist.
Die unebene Fläche, auf welche das Pulver mittels der Auftrageinrichtung auftragbar ist, kann beispielsweise die unebene Fläche einer Trägerplattform sein. Die unebene Fläche der Trägerplattform kann dabei insbesondere an eine Kontur oder Außenkontur eines herzustellenden Bauteils angepasst sein oder dieser entsprechen, wie in Fig. 4 angedeutet ist. Ebenso kann aber die unebene Fläche auch Teil eines zu reparierenden Bauteils oder eines Bauteilbereichs sein, bei welchem ein Bauteilelement ausgetauscht werden soll.
Nach dem Auftragen der jeweiligen Pulverschicht mittels der Auftrageinrichtung (Schritt Sl) kann das Pulver in den zu verfestigenden Bereichen des Bauteils mittels einer Energiestrah- lungsquelle verfestigt werden (Schritt S2), beispielsweise mittels Laserstrahlung oder Elektronenstrahlung, wie zuvor beschrieben. Im Falle von unterschiedlich unebenen Flächen kann ein Austausch der auswechselbar ausgebildeten Auftrageinrichtung erfolgen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und oder Austauschen eines Bauteils (10), insbesondere eines Flugzeugbauteils, mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulver,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (10) eine Auftrageinrichtung (24) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass das zu verfestigende Pulver auf eine unebene Fläche (22) mittels der Auftrageinrichtung (24) auftragbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (24) auf einer Bahn (32) entlang der Kontur oder des Konturverlaufs der unebenen Fläche (22) beweglich ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (24) eine zylindrische Rakel (30), eine zylindrische Rolle (30) oder ein gerade oder eben ausgebildeter Abstreifer ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Auftrageinrichtung (24) an die Kontur oder den Konturverlauf der unebenen Fläche (22) angepasst ist zum Auftragen einer Pulverschicht (34) auf die unebene Fläche (22).
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (24) auswechselbar ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (24) mit einer Verfahreinrichtung (36) verbunden ist zum Bewegen der Auftrageinrichtung (24), wobei die Auftrageinrichtung (24) mittels der Verfahreinrichtung (36) insbesondere in ein, zwei oder allen drei Richtungen im Raum beweglich ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, die Verfahreinrichtung (36) mit einer Steuerungseinrichtung (38) verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung (38) die Verfahreinrichtung (36) und die mit ihre verbundene Auftrageinrichtung (24) abhängig von einem vorbestimmten Bahnverlauf (32) steuert, wobei die Steuerungseinrichtung (38) insbesondere eine NC- Steuerung aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Trägerplattform (40) aufweist, wobei die Trägerplattform (40) eine ebene oder eine unebene Oberfläche aufweist, wobei die unebene Oberfläche der Trägerplattf rm (40) an eine unebene Kontur oder Außenkontur eines Bauteils (10) angepasst ist.
9. Verfahren zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Energiestrahlungsquelle (42) zum Verfestigen eines mittels der Energiestrahlungsquelle (42) verfestigbaren Pulvers;
Vorsehen einer unebenen Fläche (22) auf welcher das zu verfestigende Pulver aufzutragen ist;
Bereitstellen einer Auftrageinrichtung (24), welche derart ausgebildet ist, das zu verfestigende Pulver auf die unebene Fläche (22), aufzutragen;
Aufbringen des zu verfestigenden Pulvers auf die unebene Fläche (22) mittels der Auftrageinrichtung (24); und
Verfestigen des Pulvers in den Bereichen des Bauteils (10) mittels der Energiestrahlungsquelle (42).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter den
Schritt aufweist:
Ausbilden oder Anpassen der Form der Auftrageinrichtung (24) gemäß der unebenen Fläche (22) zum Auftragen des zu verfestigenden Pulvers auf die unebene Fläche (22) durch die Auftrageinrichtung (24).
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter den Schritt aufweist:
Bewegen der Auftrageinrichtung (24) auf einer Bahn (32) entlang der Kontur der unebenen Fläche (22), zum Auftragen des zu verfestigenden Pulvers auf die unebene Fläche (22).
12. Bauteil (10) welches gemäß dem Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, hergestellt, repariert und/oder ausgetauscht ist.
13. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) ein Flugzeugbauteil, insbesondere ein Schaufelelement (12) eines Flugzeugtriebwerks ist.
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