[發明專利]用于增材制造構件的設施的設備

在審

• 申請號: 201780010466.1
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN108602125A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 米夏埃爾·奧特
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y80/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 丁永凡;李建航

本發明涉及一種用于由粉末床增材制造構件(10)的設施(200)的設備(100)，所述設備包括用于保持原材料(1)的壁部(30)，所述原材料用于增材制造構件(10)，其中壁部(30)構成為，在至少600℃的溫度下是耐熱的。此外，本發明涉及一種用于在設施(200)中增材制造構件(10)的方法，所述方法包括將用于構件(10)的原材料(1)預先加溫到至少600℃的溫度。

技術領域

本發明涉及一種用于增材制造構件的設施的設備，以及一種相應的設施。此外，用于運行設施的方法是本發明的主題，同樣還有根據所述方法制造的構件是本發明的主題。

背景技術

構件優選是增材式或生成式制造的或構造的構件。尤其能夠是渦輪機的、如蒸汽輪機的，優選燃氣輪機的部件或工件。

已知的逐層式或增材式的制造方法尤其是選擇性激光熔化(SLM：英語為“selective laser melting”)、選擇性激光燒結(SLS：英語為“selective lasersintering”)和電子束熔化(EBM：英語為“electron beam melting”)。這些方法尤其使用在通過將子層、層元件或體積元件反復彼此疊加或彼此靠緊接合在構建平臺上進行的三維物體的制造中。各個子層的典型的層厚度處于20μm和60μm之間。

選擇性激光熔化方法例如從EP 1 355 760 B1中已知。

這種方法與電子束熔化尤其適合于，處理或構造高熔點的原料。在此，存在構造具有適當少量固有應力的構件的困難。例如能夠通過將用于構件的原材料，尤其粉末狀的原材料例如預先加熱到至少500℃的溫度來減小構件中的固有應力。適宜地，預先加熱溫度或預先加溫溫度，即構件在增材構造前和/或期間被加溫或保持的溫度必須低于原材料的熔點。

電子束熔化法也在現有技術中已知。在此涉及生成式方法，其中粉末子層依次涂覆并且選擇性地利用電子束重熔。為此，通過施加150kV的范圍內的電壓將電子加速到大約光速的60％，所述電子在觸碰到粉末子層時引起相應的粉末顆粒的局部重熔。為了防止粉末子層的粉末顆粒在電子觸碰時不會自己從粉末床移除，能夠至少將每個涂覆的粉末子層的要重熔的區域在重熔之前預先燒結。

無論如何借助于SLM法已經可以展示由γ’硬化的、鎳基的超合金至少低裂縫或低應力地制造構件。然而，所述非常易于受熱裂紋影響的原料必須經由構建平臺預先加溫到至少500℃的溫度，以便將構件的固有應力保持在合理的程度(參見上文)。與處于制造中的構件相比，粉末床是差的熱導體。因此，經由構建平臺加熱粉末在繼續制造構件時愈發變難，因為粉末床的各新的子層的粉末顆粒總是愈發遠離構建平臺。因此，構件的(均勻的)調溫或預先加溫是成問題的。另一困難在于用于粉末床的或用于設置在粉末床下方的構建平臺的圍欄或壁部的熱負荷。

商用常規的SLM設施例如提供如下可行性：經由電阻加熱裝置對構建平臺加溫。然而，這種系統僅允許直至大約500℃的粉末床溫度，對于原材料的更高的溫度而言必須動用其他熱源。

根據DE 10 2012 206 122 A1提出，也能夠借助于感應線圈實現預先加溫，使得構件被感應地加溫。然而，通過感應引入熱量與構件的幾何形狀相關。因此，對構件的均勻加溫僅能在構件幾何形狀相對簡單且構件的構型緊湊的情況下實現。在幾何結構較復雜時，在處于形成中的構件中的渦流的構成被干擾，因此造成構件的不均勻的加溫。此外，當應當達到特定的組裝狀態時，在構件中的冷卻速度是決定性的。例如，在由鎳基或鈷基的超合金構成的渦輪機構件中，對于耐高熱的構成方式重要的是：在組織中存在高份額的γ’沉淀物。然而，所述γ’沉淀物僅在低于大約1150℃的γ’固相溫度的構件以慢于大約1℃/s被冷卻時構成。因此，在由鎳基超合金制造構件時期望的是，將構件在熔池附近的冷卻限制于相應的溫度，或在增材制造之前或期間將原材料加溫到盡可能高的溫度。對此，當然也必須相應地設計包圍粉末床和/或原材料的設施部件。這尤其提出對所使用原料的高要求。

發明內容