生成式制造的构件的多频感应加热的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于生成式制造构件的一种方法和一种设备，所述设备包括一个用于选择性地照射粉末床的辐射装置和一个用于对通过照射粉末床产生的构件感应加热的感应装置，其中所述感应装置具有至少一个电源，所述电源可以同时产生具有至少两个不同频率的交流电压。
【专利说明】生成式制造的构件的多频感应加热
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过生成式制造方法制造构件的一种方法以及一种设备，尤其是一种借助对粉末床选择性地照射的方法。
【背景技术】
[0002]由现有技术已知一些用于快速制造原型或用于制造构件的生成式制造方法，所述构件很难以其他方法制造。另外为此使用如下方法，如选择性激光熔化(SLM SelectiveLaser Melting)或直接金属激光烧结(DMLS Direct Metal Laser Sintering)。由现有技术尤其是还已知一些用于制造流体机械的构件、像例如飞机发动机或燃气轮机的构件的生成式制造方法，例如在DElO 2009 051 479A1中所述的方法或用于制造流体机械的构件的对应的设备。
[0003]在这种方法中，通过在构造和接合区的区域中将至少一种粉末状的构件材料一层一层地涂敷在构件平台上以及借助在构造和接合区的区域中输入的能量一层一层的和局部的熔化或烧结构件材料来制造对应的构件。能量输入在这里通过激光束例如CO2激光器、Nd=YAG激光器、Yb纤维激光器以及二极管激光器或通过电子束进行。在DElO 2009 051479A1中所述的方法中，此外借助区炉将产生的构件或构造和接合区加热到在构件材料的熔点稍微之下的温度，以便维持定向凝结的或单晶的晶体结构。
[0004]由DElO 2004 022 385A1同样已知用于快速地制造微体的一种设备和一种方法，其中附加于借助激光束对颗粒的选择性的熔化或烧结，在构造和接合区的区域中设置磁场，以用于压实涂敷的层的颗粒。此外设置作用到颗粒表面上的例如以大功率的卤素灯照明装置形式的辐射加热装置和构件支架的加热装置。
[0005]W02008/071165A1再次说明用于借助粉末堆焊修理燃气轮机涡轮叶片的一种设备和一种方法，其中辐射源如激光或电子束用于堆焊。同时通过感应线圈提供用于加热要修复的叶片的加热装置。
[0006]因此尽管由现有技术已知，在其中粉末颗粒借助照射被熔化或烧结以用于形成构件的生成式制造方法中，附加地设置构件的加热并且借助感应加热实现该附加的加热，此外这样的生成式制造方法对于不可熔化或不可焊接的高温合金的使用存在问题，因为在这样的合金中经常出现不可接受的热裂纹。
【发明内容】
[0007]因此本发明的任务是提供用于由倾向于热裂纹的材料生成式制造构件的一种方法和一种设备，其中同时应该尽可能少地限制所述生成式制造过程的几何构造自由度。此外该方法应该可简单实施并且可简单制造和可容易地运行对应的设备。
[0008]上述任务通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求9的特征的设备解决。有利的设计是从属权利要求的主题。
[0009]本发明基于如下想法，S卩，通过使用至少两个具有不同频率的交流电压，对制造的构件的区域的针对性的感应加热是可能的，从而在对应的构件区域中可取得足够高的温度并且同时避免所述生成式制造过程通过感应加热被限制。交流电压在这里理解为任何形式适合的感应交流电压，如方波电压、锯齿波电压、不对称的交流电压或类似物。
[0010]生成式制造方法可以通过直接的金属激光烧结或选择性的激光熔化实现。完全一般地可以使用任何高能辐射、如激光束或电子束，以用于选择性地熔化和/或烧结粉末床中的粉末颗粒，以便制造对应的构件。重要的仅是，被制造的构件同时被感应加热，其中使用具有不同频率的至少两个感应交流电压，以便可以调节针对性确定的作用区域，以便这样尤其是在下一层构造在其中的平面中取得制造的构件的足够的加热，从而可以避免通过不均匀的冷却的引起裂纹的温度梯度或应力。
[0011]对于感应加热可以设置具有至少一个线圈的感应装置，其中在所述线圈上具有不同频率的两个或更多的感应交流电压可以叠加。
[0012]此外也可能提供多个线圈，其中所述线圈不仅可以分别单独地以再次彼此不同的单独的交流电压加载，而且多个线圈可以分别以具有不同频率的多个交流电压运行。尤其是具有不同频率的多个叠加的感应交流电压的各单独的线圈与其中分别只施加一个交流电压的线圈的任意组合是可能的。
[0013]此外在所述方法和/或在所述设备中可以这样选择单个或多个线圈的布置，使得在构件制造过程中不产生对生成式制造过程的影响，因此不产生对构造自由度的影响。
[0014]感应装置的所述至少一个线圈可以在粉末床上方和/或围绕粉末床设置，因为通过针对性地选择对应的激励频率，作用区域的针对性的定位是可能的并且因此可以避免在粉末床中的粉末颗粒的不希望的熔化或烧结。尤其是各单个或多个线圈可以只部分地在粉末床上方和/或围绕粉末床设置，从而线圈的对应的线匝不仅设置在一个结构平面的上方而且设置在其下方，在所述结构平面中，将下一层涂敷到要制造的构件上。
[0015]在多个线圈的情况下所述线圈可以沿线圈轴线也就是轴向轴线设置，各线匝围绕所述轴线延伸，或者所述线圈可以交错设置，从而因此一个线圈的线匝设置在另一个线圈的线匝内，并且更确切地说是不仅在轴向而且在径向。
[0016]所述线圈可以至少部分地这样设置在粉末床上方，使得对应的高能辐射至少部分地穿过线圈对准粉末床。
[0017]在本发明中不仅提出一种方法而且提出一种适合用于实施该方法的设备。对应地所述设备可以具有用于实施所述方法必需的全部构件。相反地，所述方法可以具有通过所述设备的所述构件可能的全部方法步骤。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图以纯示意性的方式示出按照本发明的用于借助生成式制造方法制造构件的设备的侧向剖面图。
【具体实施方式】
[0019]本发明借助接着进一步说明的实施例详细解释，其中对于本领域技术人员清楚的是，本发明不限于该实施例。
[0020]所述图示出一个激光器1，利用该激光器可以产生激光束2，所述激光束在一个面上可移动。代替激光束2也可以使用其他的辐射类型，像例如电子束或其他的高能束。
[0021]激光束2尤其是在一个通过结构平面10和粉末容器3确定的面上可运动。粉末容器3包含由一种或多种材料构成的大量粉末微粒构成的粉末床4,要产生的构件5应该由其制造。在激光束2入射到在结构平面10中的粉末上时，粉末微粒熔化或被这样强烈地加热，使得所述粉末微粒通过烧结与相邻的粉末微粒和已经产生的构件5连接。以这种方式可以逐层地由粉末床4的粉末制造构件5。为此目的仅需要在已经产生的构件5上设置新的粉末层并且将所述粉末层一层一层地熔化或烧结成固体。为此构件5可以逐步与粉末容器3的底部一起下降，从而可以在粉末床的上侧上施加新的粉末层。
[0022]为了避免由过强的温差例如通过应力裂纹或热裂纹损害已经被制造的构件5，构件5尤其是在通过虚线圈出的作用区域8、9中被感应加热。为此设置两个线圈6、7，所述线圈在剖面中作为部分环示出。线圈6、7与高频发生器连接，所述高频发生器可以产生具有在数千赫至数兆赫的范围中的频率高频交流电压。通过在线圈上施加的交流电压或由此产生的交变电流在构件5中感应出导致构件加热的涡流。
[0023]通过线圈6、7尤其是在结构平面10上方和/或下方的合适的布置以及选择用于所施加的交流电压的合适的频率可以针对性地调节作用区域8和9，从而可以调节构件5在关键的构件区域中的有效的加热，而不会导致粉末床4中的不希望的熔化或烧结事件。尤其是通过对于线圈6、7中的感应电压使用多个不同的频率可以实现构件5的针对性的局部加热，而不会在不希望加热的其他区域中出现过强的加热。这也能够实现线圈6、7围绕粉末容器3或围绕粉末床4的布置，而不存在全部的结构空间被强烈地加热并且处于其中粉末烧结或熔化的危险。同时确保，粉末容器3中的构造自由不会通过线圈6、7的对应的布置影响。尤其是可以在结构平面10的区域中产生作用区域8、9，从而避免或减少在结构平面10内的构件表面上的温度梯度。
[0024]代替示出的分别以感应交流电压的不同频率运行的线圈6和7，也可以设置仅唯一的线圈或多个线圈，其中在唯一的线圈的情况下同样可以调节具有不同频率的交流电压的叠加，而在多个线圈的情况下具有不同的感应交流电压的线圈的组合和/或在各单独的或所有线圈上的感应交流电压的叠加是可能的。根据也依赖于要制造的构件5的几何结构的需要的作用区域8、9，可以使用不同数量的具有感应交流电压的不同频率的线圈并且可以选择线圈的布置。
[0025]在示出的实施例中线圈6这样设置，使得其线匝设置在线圈7的上方和下方，从而线圈6和7交错设置。当然也可设想，在使用多个线圈时相继地设置所述线圈，因此例如沿垂直于结构平面10的线圈轴线相继设置。也可设想线圈的其他布置。
[0026]尽管本发明借助所述实施例详细说明，但本发明不限于该实施例，而是变型以如下方式是可能的，即，可以省略单独的特征或实现特征的不同类型的组合，而不会离开权利要求的保护范围。尤其是本发明的公开包括设定的单独特征的全部组合。
【权利要求】
1.用于借助对粉末床(4)选择性地照射制造构件(5)的方法，在该方法中同时对被制造的构件(5)感应加热， 其特征在于， 感应激励借助具有至少两个不同频率的交流电压进行。
2.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 提供至少一个线圈(6、7)，两个或更多个具有不同频率的交流电压施加到所述线圈上。
3.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 提供多个线圈(6、7)，在所述线圈中对于一部分线圈或对于所有线圈分别施加彼此不同的单独的交流电压，和/或在所述线圈中对于一部分线圈或对于所有线圈将具有不同频率的多个交流电压分别施加到一个线圈上。
4.按照上述权利要求之一所述的方法， 其特征在于， 这样进行用于感应加热的线圈出、7)的布置和/或所述交流电压的频率的选择，使得感应加热的作用区域(8、9)处于所产生的构件的区域中。
5.按照上述权利要求之一所述的方法， 其特征在于， 设置至少一个用于感应加热的线圈(6、7)，所述线圈这样设置，使得所述线圈至少部分地设置在一个平面(10)的上方，在粉末床中通过辐射在所述平面中产生构件。
6.按照上述权利要求之一所述的方法， 其特征在于， 设置至少一个用于感应加热的线圈(6、7)，所述线圈这样设置，使得所述线圈至少部分地围绕产生的构件设置。
7.按照上述权利要求之一所述的方法， 其特征在于， 设置至少两个用于感应加热的线圈(6、7)，所述线圈这样设置，使得所述线圈交错和/或依次沿线圈轴线设置。
8.按照上述权利要求之一所述的方法， 其特征在于， 所述辐射是激光辐射或电子辐射，所述辐射尤其是穿过用于感应加热的线圈对准粉末床。
9.用于借助对粉末床选择性地照射制造构件的设备，尤其是根据按照权利要求1至8之一所述的方法，所述设备包括用于选择性地照射粉末床的辐射装置和用于对通过照射粉末床产生的构件感应加热的感应装置， 其特征在于， 所述感应装置具有至少一个电源，所述电源可以同时产生具有至少两个不同频率的交流电压并且用于对所述构件感应加热。
10.按照权利要求9所述的设备，其特征在于， 所述感应装置具有至少一个线圈，所述线圈至少部分地设置在一个平面(10)的上方，在粉末床中通过辐射 在所述平面中产生构件。
【文档编号】B22F3/105GK103945962SQ201280057004
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】J·巴姆伯格, E·拜尔, A·雅基莫夫, H·汉里德, B·科珀格, W·扎茨格, T·赫斯, K-H·杜泽, S·施奈德班格 申请人:Mtu飞机发动机有限公司