生成式制造的構件的多頻感應加熱的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于生成式制造構件的一種方法和一種設備，所述設備包括一個用于選擇性地照射粉末床的輻射裝置和一個用于對通過照射粉末床產生的構件感應加熱的感應裝置，其中所述感應裝置具有至少一個電源，所述電源可以同時產生具有至少兩個不同頻率的交流電壓。
【專利說明】生成式制造的構件的多頻感應加熱
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于通過生成式制造方法制造構件的一種方法以及一種設備，尤其是一種借助對粉末床選擇性地照射的方法。
【背景技術】
[0002]由現有技術已知一些用于快速制造原型或用于制造構件的生成式制造方法，所述構件很難以其他方法制造。另外為此使用如下方法，如選擇性激光熔化(SLM SelectiveLaser Melting)或直接金屬激光燒結(DMLS Direct Metal Laser Sintering)。由現有技術尤其是還已知一些用于制造流體機械的構件、像例如飛機發動機或燃氣輪機的構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體機械的構件的對應的設備。
[0003]在這種方法中，通過在構造和接合區的區域中將至少一種粉末狀的構件材料一層一層地涂敷在構件平臺上以及借助在構造和接合區的區域中輸入的能量一層一層的和局部的熔化或燒結構件材料來制造對應的構件。能量輸入在這里通過激光束例如CO2激光器、Nd=YAG激光器、Yb纖維激光器以及二極管激光器或通過電子束進行。在DElO 2009 051479A1中所述的方法中，此外借助區爐將產生的構件或構造和接合區加熱到在構件材料的熔點稍微之下的溫度，以便維持定向凝結的或單晶的晶體結構。
[0004]由DElO 2004 022 385A1同樣已知用于快速地制造微體的一種設備和一種方法，其中附加于借助激光束對顆粒的選擇性的熔化或燒結，在構造和接合區的區域中設置磁場，以用于壓實涂敷的層的顆粒。此外設置作用到顆粒表面上的例如以大功率的鹵素燈照明裝置形式的輻射加熱裝置和構件支架的加熱裝置。
[0005]W02008/071165A1再次說明用于借助粉末堆焊修理燃氣輪機渦輪葉片的一種設備和一種方法，其中輻射源如激光或電子束用于堆焊。同時通過感應線圈提供用于加熱要修復的葉片的加熱裝置。
[0006]因此盡管由現有技術已知，在其中粉末顆粒借助照射被熔化或燒結以用于形成構件的生成式制造方法中，附加地設置構件的加熱并且借助感應加熱實現該附加的加熱，此外這樣的生成式制造方法對于不可熔化或不可焊接的高溫合金的使用存在問題，因為在這樣的合金中經常出現不可接受的熱裂紋。

【發明內容】

[0007]因此本發明的任務是提供用于由傾向于熱裂紋的材料生成式制造構件的一種方法和一種設備，其中同時應該盡可能少地限制所述生成式制造過程的幾何構造自由度。此外該方法應該可簡單實施并且可簡單制造和可容易地運行對應的設備。
[0008]上述任務通過具有權利要求1的特征的方法以及具有權利要求9的特征的設備解決。有利的設計是從屬權利要求的主題。
[0009]本發明基于如下想法，S卩，通過使用至少兩個具有不同頻率的交流電壓，對制造的構件的區域的針對性的感應加熱是可能的，從而在對應的構件區域中可取得足夠高的溫度并且同時避免所述生成式制造過程通過感應加熱被限制。交流電壓在這里理解為任何形式適合的感應交流電壓，如方波電壓、鋸齒波電壓、不對稱的交流電壓或類似物。
[0010]生成式制造方法可以通過直接的金屬激光燒結或選擇性的激光熔化實現。完全一般地可以使用任何高能輻射、如激光束或電子束，以用于選擇性地熔化和/或燒結粉末床中的粉末顆粒，以便制造對應的構件。重要的僅是，被制造的構件同時被感應加熱，其中使用具有不同頻率的至少兩個感應交流電壓，以便可以調節針對性確定的作用區域，以便這樣尤其是在下一層構造在其中的平面中取得制造的構件的足夠的加熱，從而可以避免通過不均勻的冷卻的引起裂紋的溫度梯度或應力。
[0011]對于感應加熱可以設置具有至少一個線圈的感應裝置，其中在所述線圈上具有不同頻率的兩個或更多的感應交流電壓可以疊加。
[0012]此外也可能提供多個線圈，其中所述線圈不僅可以分別單獨地以再次彼此不同的單獨的交流電壓加載，而且多個線圈可以分別以具有不同頻率的多個交流電壓運行。尤其是具有不同頻率的多個疊加的感應交流電壓的各單獨的線圈與其中分別只施加一個交流電壓的線圈的任意組合是可能的。
[0013]此外在所述方法和/或在所述設備中可以這樣選擇單個或多個線圈的布置，使得在構件制造過程中不產生對生成式制造過程的影響，因此不產生對構造自由度的影響。
[0014]感應裝置的所述至少一個線圈可以在粉末床上方和/或圍繞粉末床設置，因為通過針對性地選擇對應的激勵頻率，作用區域的針對性的定位是可能的并且因此可以避免在粉末床中的粉末顆粒的不希望的熔化或燒結。尤其是各單個或多個線圈可以只部分地在粉末床上方和/或圍繞粉末床設置，從而線圈的對應的線匝不僅設置在一個結構平面的上方而且設置在其下方，在所述結構平面中，將下一層涂敷到要制造的構件上。
[0015]在多個線圈的情況下所述線圈可以沿線圈軸線也就是軸向軸線設置，各線匝圍繞所述軸線延伸，或者所述線圈可以交錯設置，從而因此一個線圈的線匝設置在另一個線圈的線匝內，并且更確切地說是不僅在軸向而且在徑向。
[0016]所述線圈可以至少部分地這樣設置在粉末床上方，使得對應的高能輻射至少部分地穿過線圈對準粉末床。
[0017]在本發明中不僅提出一種方法而且提出一種適合用于實施該方法的設備。對應地所述設備可以具有用于實施所述方法必需的全部構件。相反地，所述方法可以具有通過所述設備的所述構件可能的全部方法步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖以純示意性的方式示出按照本發明的用于借助生成式制造方法制造構件的設備的側向剖面圖。
【具體實施方式】
[0019]本發明借助接著進一步說明的實施例詳細解釋，其中對于本領域技術人員清楚的是，本發明不限于該實施例。
[0020]所述圖示出一個激光器1，利用該激光器可以產生激光束2，所述激光束在一個面上可移動。代替激光束2也可以使用其他的輻射類型，像例如電子束或其他的高能束。
[0021]激光束2尤其是在一個通過結構平面10和粉末容器3確定的面上可運動。粉末容器3包含由一種或多種材料構成的大量粉末微粒構成的粉末床4,要產生的構件5應該由其制造。在激光束2入射到在結構平面10中的粉末上時，粉末微粒熔化或被這樣強烈地加熱，使得所述粉末微粒通過燒結與相鄰的粉末微粒和已經產生的構件5連接。以這種方式可以逐層地由粉末床4的粉末制造構件5。為此目的僅需要在已經產生的構件5上設置新的粉末層并且將所述粉末層一層一層地熔化或燒結成固體。為此構件5可以逐步與粉末容器3的底部一起下降，從而可以在粉末床的上側上施加新的粉末層。
[0022]為了避免由過強的溫差例如通過應力裂紋或熱裂紋損害已經被制造的構件5，構件5尤其是在通過虛線圈出的作用區域8、9中被感應加熱。為此設置兩個線圈6、7，所述線圈在剖面中作為部分環示出。線圈6、7與高頻發生器連接，所述高頻發生器可以產生具有在數千赫至數兆赫的范圍中的頻率高頻交流電壓。通過在線圈上施加的交流電壓或由此產生的交變電流在構件5中感應出導致構件加熱的渦流。
[0023]通過線圈6、7尤其是在結構平面10上方和/或下方的合適的布置以及選擇用于所施加的交流電壓的合適的頻率可以針對性地調節作用區域8和9，從而可以調節構件5在關鍵的構件區域中的有效的加熱，而不會導致粉末床4中的不希望的熔化或燒結事件。尤其是通過對于線圈6、7中的感應電壓使用多個不同的頻率可以實現構件5的針對性的局部加熱，而不會在不希望加熱的其他區域中出現過強的加熱。這也能夠實現線圈6、7圍繞粉末容器3或圍繞粉末床4的布置，而不存在全部的結構空間被強烈地加熱并且處于其中粉末燒結或熔化的危險。同時確保，粉末容器3中的構造自由不會通過線圈6、7的對應的布置影響。尤其是可以在結構平面10的區域中產生作用區域8、9，從而避免或減少在結構平面10內的構件表面上的溫度梯度。
[0024]代替示出的分別以感應交流電壓的不同頻率運行的線圈6和7，也可以設置僅唯一的線圈或多個線圈，其中在唯一的線圈的情況下同樣可以調節具有不同頻率的交流電壓的疊加，而在多個線圈的情況下具有不同的感應交流電壓的線圈的組合和/或在各單獨的或所有線圈上的感應交流電壓的疊加是可能的。根據也依賴于要制造的構件5的幾何結構的需要的作用區域8、9，可以使用不同數量的具有感應交流電壓的不同頻率的線圈并且可以選擇線圈的布置。
[0025]在示出的實施例中線圈6這樣設置，使得其線匝設置在線圈7的上方和下方，從而線圈6和7交錯設置。當然也可設想，在使用多個線圈時相繼地設置所述線圈，因此例如沿垂直于結構平面10的線圈軸線相繼設置。也可設想線圈的其他布置。
[0026]盡管本發明借助所述實施例詳細說明，但本發明不限于該實施例，而是變型以如下方式是可能的，即，可以省略單獨的特征或實現特征的不同類型的組合，而不會離開權利要求的保護范圍。尤其是本發明的公開包括設定的單獨特征的全部組合。
【權利要求】
1.用于借助對粉末床(4)選擇性地照射制造構件(5)的方法，在該方法中同時對被制造的構件(5)感應加熱， 其特征在于， 感應激勵借助具有至少兩個不同頻率的交流電壓進行。
2.按照權利要求1所述的方法， 其特征在于， 提供至少一個線圈(6、7)，兩個或更多個具有不同頻率的交流電壓施加到所述線圈上。
3.按照權利要求1所述的方法， 其特征在于， 提供多個線圈(6、7)，在所述線圈中對于一部分線圈或對于所有線圈分別施加彼此不同的單獨的交流電壓，和/或在所述線圈中對于一部分線圈或對于所有線圈將具有不同頻率的多個交流電壓分別施加到一個線圈上。
4.按照上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 這樣進行用于感應加熱的線圈出、7)的布置和/或所述交流電壓的頻率的選擇，使得感應加熱的作用區域(8、9)處于所產生的構件的區域中。
5.按照上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 設置至少一個用于感應加熱的線圈(6、7)，所述線圈這樣設置，使得所述線圈至少部分地設置在一個平面(10)的上方，在粉末床中通過輻射在所述平面中產生構件。
6.按照上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 設置至少一個用于感應加熱的線圈(6、7)，所述線圈這樣設置，使得所述線圈至少部分地圍繞產生的構件設置。
7.按照上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 設置至少兩個用于感應加熱的線圈(6、7)，所述線圈這樣設置，使得所述線圈交錯和/或依次沿線圈軸線設置。
8.按照上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 所述輻射是激光輻射或電子輻射，所述輻射尤其是穿過用于感應加熱的線圈對準粉末床。
9.用于借助對粉末床選擇性地照射制造構件的設備，尤其是根據按照權利要求1至8之一所述的方法，所述設備包括用于選擇性地照射粉末床的輻射裝置和用于對通過照射粉末床產生的構件感應加熱的感應裝置， 其特征在于， 所述感應裝置具有至少一個電源，所述電源可以同時產生具有至少兩個不同頻率的交流電壓并且用于對所述構件感應加熱。
10.按照權利要求9所述的設備，其特征在于， 所述感應裝置具有至少一個線圈，所述線圈至少部分地設置在一個平面(10)的上方，在粉末床中通過輻射 在所述平面中產生構件。
【文檔編號】B22F3/105GK103945962SQ201280057004
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年9月12日 優先權日:2011年9月22日
【發明者】J·巴姆伯格, E·拜爾, A·雅基莫夫, H·漢里德, B·科珀格, W·扎茨格, T·赫斯, K-H·杜澤, S·施奈德班格 申請人:Mtu飛機發動機有限公司