本发明涉及一种用于增材制造的方法、一种通过或可通过该方法制造的构件以及一种用于增材制造构件的装置。所述构件例如能够是涡轮机部件，例如是用于由镍基或钴基的超合金构成的燃气轮机的一部分的涡轮机构件。
背景技术：
增材或创成式制造工件通常通过成形工艺，例如借助于基于粉末床的方法进行。已知的方法尤其是选择性的激光熔化(SLM：英文是“selective laser melting”)、选择性激光烧结(SLS：英文是“selective laser sintering”)和电子束熔化(EBM：英文是“electron beam melting”)。在上述方法中，构件层状地在粉末床中通过借助能量束，例如电子束或激光束熔化形成所述粉末床的颗粒来构建。
开始提出类型的方法例如从EP 1 355 760 B1中已知。
增材制造方法通过使其层元件或体积元件的反复地彼此竖向或横向接合来制造三维物体，并且其应用在原型制造领域中以及在此期间也应用在构件制造中，尤其应用在个体成形的构件的制造中。多种不同的材料可用作为初始材料，所述材料能够以粉末或颗粒的形式存在，但是也能够以流体的形式存在，例如作为悬浮液存在。在增材或创成式制造方法中，通过多个单独的材料层形成三维物体，所述材料层依次沉积在可下沉的构件平台上，并且随后单独地经受局部选择性的固化工艺。
在SLM工艺中，例如通过激光引入的热量仅经由构件、必要时经由支撑结构和经由底板或构件平台导出。周围的粉末床与其相比具有显著更小的导热性并且能够几乎视作为是热隔离的。这尤其能够在构件的突出的结构中局部地导致高温进而导致构件或者甚至制造设施或装置的损坏。在最差的情况下，例如可能出现应变和/或与设施的覆层装置的碰撞。
至今为止，例如，尚未能够通过增材方法实现通过铸造方法制造的构件的材料质量，尤其在涡轮机叶片的制造中尚未能够实现。尤其，与通过或能够通过铸造、拉晶方法或用于定向凝固的其他方法制造的结构相比，增材制造的构件的结构在应变、粒度和/或结构缺陷方面是不利的。
目前，研发工作温度超过1000℃的热增材方法，通过所述方法例如防止对于构件的材料结构成问题的、金属熔化物的快速冷却，进而能够实现与铸造方法在质量方面类似的微观结构。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是：提出如下措施，借助所述措施例如能够在微观结构方面正面地影响或改善要制造的构件的至少一部分的特性。
所述目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
本发明的一个方面涉及用于增材制造构件的方法，所述方法包括在具有优选能封闭的开口的构件平台上以增材方式构建构件。开口可借助封闭件来封闭。在以增材方式构建或构建构件的第一部分期间，即准“原位”期间，围绕构件平台的开口增材制造辅助结构。优选地，完全地或全环周地围绕构件平台的开口来制造辅助结构。
辅助结构优选还直接地或以小的间距构建在要增材制造的构件旁边。辅助结构的制造工艺优选是同一工艺，使得辅助结构由与构件相同的材料构成。
该方法还包括将设备穿过开口引入到由辅助结构限定的腔室中。所述腔室能够为空腔。
该方法还包括在以增材方式构建的第二部分期间，通过设备影响和/或检测、尤其测量要制造的构件的特性，所述第二部分紧接在以增材方式构建的第一部分之后。
所提出的影响例如能够为加热或加温或者为冷却要制造的构件或使其变冷。
所提出的检测优选涉及测量方法，所述测量方法例如用于测量构件的温度或用于测量构件的振动。
所提出的特性能够涉及要制造的构件或仅涉及构件的与构件平台间隔开地设置的或要间隔开地制造的或已制造的部段。
构件的以增材方式构建的第一部分优选涉及构件的如下构建阶段，在所述构建阶段中也同时共同构建辅助结构。
以增材方式构建的第二部分优选涉及构件的如下构建阶段，在所述构建阶段中已经完成或已经构建辅助结构。
通过所描述的方法——借助于该设备——并且有利地在构建期间能够影响要制造的构件的状态或特性，例如影响要制造的构件的微观结构。
本发明的另一方面涉及用于增材制造构件的装置，所述装置包括具有开口的构件平台和封闭件。封闭件构成用于封闭开口。此外，装置的构件平台优选以能相对于封闭件下沉的方式构成。
在一个设计方案中，所述装置包括所描述的设备，其中开口和/或设备构成为，使得将设备例如能够从下方移动穿过开口或穿过开口引入，例如引入到装置的制造室中。
在一个设计方案中，所述设备是内窥镜或包括内窥镜。该设计方案在要增材制造的构件特别小的情况下是尤其有利的，所述构件为引入设备仅提供少量空间。适当地，开口于是对应于该设计方案来设计尺寸。
在一个设计方案中，设备是测量设备，例如用于测量温度或用于测量振动。
在一个设计方案中，所述设备是用于测量构件温度或其部段的温度的温度测量设备。因此，设备例如能够包括热电偶、高温计或其他传感器。
在一个设计方案中，所述设备是用于测量构件的振动或其部段的振动的振动测量设备。因此，该设备例如能够包括压电传感器。
在一个设计方案中，所述设备是或包括加热设备和/或冷却设备，以加热或冷却构件或其部段。
在一个设计方案中，在开始以增材方式构建所述构件时，由封闭件封闭开口。优选地，封闭件在该状态下与构件平台一起形成共同的构建或制造面。封闭件能够为封闭活塞、塞子或例如为滑板。
在一个设计方案中，构件平台至少在构件的以增材方式构建的第一部分期间相对于封闭件下沉。由此，——在基于粉末床的增材制造方法的情况下——能够在辅助结构之内建立腔室或空腔，因为通过辅助结构限定的空间能够通过该设计方案保持没有或基本上没有粉末。
在一个设计方案中，随后，即优选在构件的以增材方式构建的第一部分之后或在制成辅助结构之后，从开口移除封闭件。
在一个设计方案中，要制造的构件或构件的例如仅要与构件平台间隔开(设置)地制造的部段，在以增材方式构建的第二部分期间由该设备加热和/或冷却。
加热如上面已经表明的那样能够适合于：防止构件快速冷却或降温，进而构成或实现构件的特别有利的、例如低缺陷的或对于构件的应用更有利的微观结构。
相反，要制造的构件或其部段的冷却能够是有利的，以便实现激光束的散热，进而实现适当地凝固熔化的粉末，从而也优化制造。
在一个设计方案中，由该设备测量并且通过加热或冷却来设定构件的要制造的或要构建的部段的或者整个构件的温度，所述部段或构件与构件平台间隔开地设置。因此，该设备，如上面表明的那样，优选构成用于温度测量以及用于相应地调节温度。
在一个设计方案中，构件在以增材方式构建期间，例如在构建的第二部分或最后部分期间，设有突出部或底切。根据该设计方案，所提出的突出部优选在上侧上限定腔室。上侧优选表示腔室的和/或辅助结构的沿构件的构建方向位于上方的一侧。根据该设计方案，辅助结构优选仅限定腔室的侧壁或侧表面。辅助结构本身相应地能够在上侧敞开并且由构件的突出部段封闭或是由其封闭的。换言之，例如在构件平台的俯视图中观察，要增材制造的构件的伸出的或突出的部段或突出部能够伸出开口。
在一个设计方案中，以增材方式构建要制造的构件，使得构件具有至少为2:1的纵横比，优选相对于构件的构建方向的纵横比。纵横比优选描述要制造的构件在构建方向上的高度或深度相对于横向尺寸、例如平行于构件平台的表面的尺寸的比例。根据该设计方案，辅助结构优选已经制造为具有闭合的上侧，并且非强制性地由构件的突出部段闭合。
在一个设计方案中，要制造的构件至少部分地通过辅助结构形成。要制造的构件同样能够完整地通过辅助结构形成。该设计方案涉及要制造的或要以增材方式构建的构件，所述构件本身，即归因于其预先限定的形状，具有中空的结构或腔室。通过装置和/或构件平台的相应的设计方案，于是能够同样使用该中空的几何形状或腔室，以便借助于该设备例如如上所述的那样影响或检测构件的特性。
在一个设计方案中，所述方法是或包括基于粉末床的制造方法，例如是用于选择性激光熔化或电子束熔化的方法。
本发明的另一方面涉及一种构件，所述构件通过或能够通过所描述的方法来制造。借助本发明应当确保：一方面通过实施局部加热而在构件冷却时降低温度梯度，并且另一方面通过局部的加热和/或冷却设备的实施方案在构件中产生相同形状的温度曲线。构件还包括与常规的要增材制造的构件相比降低密度的结构缺陷、不连续性缺陷和/或晶界，以及优选降低的固有应力和与此相应地降低的畸变现象和粘接缺陷，尤其是在构件平台和构件之间的粘接缺陷。
当前涉及用于增材制造的方法和/或构件的设计方案和/或优点同样能够涉及装置并且反之亦然。
附图说明
下面，根据附图描述本发明的其他细节。相同的或相应的附图元素在各个附图中分别设有相同的附图标记并且仅在各个附图之间如何产生差异方面才多次进行阐述。
图1至图7分别示出用于增材制造构件的装置的简化的示意剖面图。
图1至图6描述根据第一实施方式的用于增材制造构件的方法的尤其不同的方法步骤。
图7表明根据替选于图5和图6的实施方式的用于增材制造构件的方法的一部分。
具体实施方式
图1示意地示出用于增材制造构件100的装置200的至少一部分(参见图2至图7)。构件100优选为具有复杂结构或轮廓的构件或者为长形的和/或弯曲的构件。
装置200优选是用于增材的、例如基于粉末床的制造方法、如用于选择性激光熔化(SLM)和/或电子束熔化(EBM)的方法的装置或设施。
装置200包括构件平台1。构件平台1能够是基底，在所述基底上在增材制造期间逐层地构建工件或构件。通常，构件平台能够在常用的相应的装置中优选相对于装置的、例如曝光或激光装置的另外的部件下沉。构件平台1具有开口2。开口2示例性地居中地设置在构件平台1中。在构件平台1的俯视图中观察，开口能够具有多种形状，例如正方形或矩形、然而优选圆形地构成。
在开口2中设置有封闭件3。封闭件3优选构成为，以精确匹配的方式或压实粉末的方式来封闭开口2。封闭件3例如包括活塞(未明确标识)。封闭件3还包括活塞杆4，能够借助所述活塞杆优选竖直地或沿着构建方向(参见方向D)移动封闭件3。封闭件还能够是活塞、插塞件、封闭活塞或滑板。
此外，在图1中示出封闭件3和构建平台1上的粉末6。粉末优选是金属粉末，所述金属粉末在SLM方法范围内用于构建构件。在此，粉末通常层状地或逐层地借助滑板或刮刀以特定的层厚度分布在构件平台上。在图1中例如示出构件平台1上的连续的粉末层，所述粉末层能够在第一固化步骤中构建或制造。替选于图1的视图，封闭件能够沿着构建方向设置为，使得构件平台1和封闭件3形成用于制造构件的平坦的基础面。
构件平台1之上的空间优选称作制造空间(没有明确标识)。
除了图1之外，图2示出激光器50或相应的激光设备，借助所述激光设备能够首先点状地和层式地熔化构件平台1上的和/或封闭件3上的粉末，并且随后能够为了要相应地制造的构件而固化。在相应的视图中，激光器50或激光束当前为了其制造而定向或聚焦到辅助结构101上。辅助结构101优选围绕开口2以增材方式构建。
与辅助结构101同时，优选通过相同的方法层式地依次制造构件100(参见图2的右边缘)。相应地，辅助结构101和构件100优选由相同的材料制成。材料例如能够为用于制造燃气轮机的热气路径中的构件的镍基的或钴基的超合金的基础材料。
附图标记100优选同义地描述要制造的构件还有已制造的或部分制造的构件100。
尤其，在图2中描述如下情况，在所述情况下，辅助结构101的第一层还有构件100的第一层已经通过激光束来曝光和固化。
与图2相反，图3示出构件平台1相对于封闭件3下沉的情况，例如下沉单独的层的层厚度。与此相应地，装置200包括锁定部，据此封闭件3不会随之一起下沉。下沉通过构件平台1的侧部处的两个用A表示的箭头表明。同样可见的是：相对于图2中的情况，例如在常规的SLM方法期间施加或已经施加另一粉末床。由于封闭件3不能够与构件平台1一起下沉的事实，如所表明的那样，在封闭件3上积聚多余的粉末，所述粉末能够相对于设置在构件平台上的粉末突出。
尽管当前仅参考SLM方法，根据本发明的设计同样可应用于其他方法，例如EBM。
图4表明：相对于图3中的视图，例如借助于所描述的刮刀或覆层装置施加和/或光滑地扫略过另一粉末层，所述另一粉末层随后能够借助激光器50(参见图2)曝光和固化。
为了构建个体地构成的构件100尤其能够连续地重复根据图2至4描述的方法步骤。
在图5的视图中，构件100和辅助结构101的以增材方式构建已经取得进展或已经结束。尤其可见的是：构件100具有与构件平台1间隔开的部段100a和/或突出部110，所述部段和/或突出部在上侧上伸出辅助结构101或对其封闭。
由于封闭件3相对于构件平台1在每个单独的构建步骤中(在所述构件步骤中分别以粉末形式施加一层材料并且将其固化)不随之一起下沉，至少在封闭件的活塞下方形成腔室20。
所提出的区域100a或突出部110相应地至少在上侧限定腔室20。此外，腔室20例如在侧面或侧表面处由辅助结构101限定或限界。
在图5中还可见的是：用粉末6填充制造空间中的例如没有材料固化的区域。
作为用于增材制造的所描述的方法的其他方法步骤，通过图5中的箭头B表明：优选在完整限定腔室20之后从腔室20或开口2移除封闭件3。这优选连同保留在封闭件3的活塞上的粉末一起进行。
直至腔室20例如从开始构建起通过构件100的部段100a和辅助结构101来限定或完成的时间段，优选称作构件100的以增材方式构建的第一部分。
如下时间点优选称作为构件100的以增材方式构建的第二部分，自该时间点起腔室20例如通过构件100的部段100a和辅助结构101制成，并且在该时间点在没有构建辅助结构100的情况下继续构建构件100。
在图6中表明：从腔室20移除封闭件3，并且腔室20同样没有粉末。通过箭头C表明：将设备10引入完全中空的腔室中。通过至今为止描述的方法，能够有利地实现：尤其通过以增材方式构建辅助结构101，现在例如为了影响或检测构件100的特性，可接近构件100的一侧、一个区域或表面。
如果当前涉及构件，那么同样能够表示构件100的与构件平台1间隔开的部段100a和/或突出部110或突出的部段，并且反之亦然。
设备10例如能够是用于测量振动的设备并且相应地例如包括压电传感器。
替选地或附加地，设备10能够是温度测量设备，并且相应地包括用于测量突出部110的温度的热电偶或高温计。附加地，设备10能够包括加热和/或冷却设备。此外，设备10能够包括温度调节装置，使得构件100例如能够保持在预设的温度上。这尤其对于构成构件100的或其相应的部段的特别有利的微观结构能够是有利的。
替选地或附加地，该设备能够产生另外的效果。
在图6中示出设备10中的加热电阻器11，通过所述加热电阻器例如能够加热或加温构件100的突出部110。如上面已经表明的那样，通过这种加热能够防止或限制快速冷却，进而防止和限制在构件材料中构成不连续性缺陷或裂纹。设备10为了节约空间地引入到腔室20中还能够包括内窥镜12。
根据图6中的视图，构件100优选尚未完整构建和/或制造。
一旦在构建进程中完全闭合地或连续地构成腔室，那么优选能够通过设备10影响或检测构件100的特性，以有利于期望的构件或其结构。
类似于图6中表明的方法状态，图7示意性地示出方法和/或构件的替选于至今为止的描述的设计方案。与图6的视图不同，根据该设计方案的腔室20完整地通过辅助结构101来限定或限界。
换言之，方法的该设计方案为仅辅助性地构建所述辅助结构101的上侧。
作为基于粉末床的方法的替选方案，对本发明能够使用如下增材制造方法，该方法使用液态的初始材料例如代替粉末状的初始材料。
该设计方案尤其对于如下构件的增材制造是适宜的，所述构件由于期望的几何预设或其目的而不具有显著的突出部。所示出的设备10能够根据图6的描述构成或选择。尽管例如与图6的设计方案相比构件的加热或温度测量不是那么有效的，因为设备10仅间接地并且不是直接地与构件100物理连接。然而，通过所描述的方法同样能够实现更好地接近构件的当前要加工的部段，由此例如简化制造方法和/或能够改进构件的微观结构。此外，所述设计方案优选在如下构件中是适当的，所述构件具有大的纵横比，例如2:1，或更大的纵横比，因为，所述方法或所描述的装置200的发明优点随着距构件平台的间距增加而更强地起作用。
方法的和/或构件的未明确在附图中标识的另一实施方式涉及要制造的构件，所述构件至少部分地或完全地通过辅助结构形成。根据该设计方案，要以增材方式构建的构件本身，意即由于其预先限定的形状，能够具有中空的结构或腔室。通过装置和/或构件平台的相应的设计方案，于是同样能够使用该中空的几何形状或腔室，以便借助该设备例如如上所述的那样影响或检测构件的特性。
本发明不因根据实施例进行的描述而局限于此，而是包括每个新特征以及特征的任意的组合。这尤其包含权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有在权利要求中或实施例中明确说明时也如此。