利用硬化的增材制造方法技术

本发明专利技术涉及一种机器部件(10)的增材制造方法(100)。本方法(100)包括提供至少一个材料层(12)的第一步骤(110)。接着第二步骤(120)，其中利用激光器(20)照射材料层(12)直到材料层(12)局部熔化。根据本发明专利技术，在第一步骤(110)中，以局部可调整的方式把硬化剂(42)添加到材料层(12)的基材(30)，并在第二步骤(120)中，通过激光器(20)的照射，硬化剂(42)被至少封围在基材(30)中。基材(30)中。基材(30)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用硬化的增材制造方法


[0001]本专利技术涉及一种包括一体硬化的用于机器部件的增材制造方法。本专利技术还涉及一种利用其可执行根据本专利技术的方法的计算机程序产品。本专利技术还涉及一种包含这种计算机程序产品的控制单元和一种配置有这种控制单元的制造装置。本专利技术还涉及一种机器部件，特别是可以利用根据本专利技术的方法制造的机器部件。

技术介绍

[0002]已公开的专利申请DE 10 2004 008 054 A1公开了一种用于制造三维制品的方法，其中制造了金属粉末层。金属粉末层受到激光束作用以熔化金属粉末层。使用包括铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料、铜和/或铜合金粉末材料以及石墨粉末材料的金属粉末组合物。
[0003]许多
的目标是通过增材制造制造机械高应力的机器部件。一个特定的目标是通过增材制造制造需要高硬度的机器部件。同时的目标是简化这种机械高应力的机器部件的制造，同时提高这种机器部件设计中的结构自由度。本专利技术解决的问题是提供一种通过增材制造来制造要求苛刻的机器部件的选择。

技术实现思路

[0004]本专利技术所解决的问题由根据本专利技术的方法解决，该方法旨在通过增材制造来制造机器部件。该方法包括第一步，提供至少一个材料层。为此，材料层可以通过至少一个分配装置在操作区域中基本上平面地施加。在第二步中，利用激光器照射材料层。材料层通过利用激光器的照射而局部熔化。在利用激光器照射后，这样局部熔化的区域通过散热来自动硬化。激光在第二步中基本上以图案通过并相应地照射材料层。第一步应用的材料层包括基材。
[0005]根据本专利技术，材料层还包括可以添加到基材中的硬化剂。硬化剂在第一步中以可调整的方式局部添加到基材中。硬化剂的这种添加可调整到可指定在表面上的可选位置处向基材的材料层添加多少硬化剂的程度。特别地，这使得可以在由材料层限定的平面内调整硬化剂的浓度梯度。这导致材料层在基材和硬化剂方面的局部变化的部分组成。另外，根据本专利技术，硬化剂在利用激光器照射材料层的第二步中至少埋入在基材中。材料层特别是基材的局部熔化，引起一种热/化学和物理状态，其中硬化剂在固化时至少结合即埋入到熔化的基材中。
[0006]硬化剂埋入在基材中至少引起硬化。硬化剂的局部浓度越高，硬化可能越强。这加速了需要硬化的机器部件的制造。硬化剂的可调整的添加使得正在制造的机器部件能够以可指定的方式进行硬化。可以基本上任意指定寻求增加或减少硬化的区域。这消除了对渗碳的需要，例如，碳要结合到金属中的分布是由渗碳气氛中的扩散行为引起的。根据本专利技术的方法总而言之提供了一选择，该选择允许通过增材制造快速制造硬化的机器部件，并且由于局部硬度的可调整性而提供了高度的结构自由度。
[0007]在要求保护的方法的一个实施例中，在利用激光器照射材料层的第二步中能够至少部分地溶解在基材中。通过激光器局部引入的热能允许所埋入的硬化剂扩散到基材中。这可以例如以元素的形式把硬化剂的原子结合在基材的原子晶格中。硬化剂至少部分地扩散到基材中使得可以缩短随后的扩散处理。
[0008]在要求保护的方法的另一实施例中，可以局部调整硬化剂的分配量。为此，可以相应地控制把硬化剂添加到基材中的分配装置。例如，可以调整分配装置的分配喷嘴的打开持续时间、打开程度和/或输送压力。硬化剂的局部分布因此可通过相应制造装置的简单参数来指定。此外，可以调整材料层的层厚以影响要实现的硬度分布。
[0009]该方法还可以包括其中机器部件被硬化的第三步。为此，在第一步和第二步中由多个利用激光器照射过的材料层构成的机器部件经受具有可调整的处理温度的环境，例如硬化炉。在第三步中，把机器部件加热到使溶解在基材中的硬化剂发生扩散的温度。由此，如第一步和第二步中所述，硬化剂的分布已经可以通过局部可调整的添加到基材中来选择性地指定，因此可以缩短硬化剂在基材中的扩散距离。扩散距离在这里应理解为硬化剂通过扩散必须行进的距离，直到在机器部件中实现所需的浓度分布。缩短扩散距离使得可以在机器部件经受具有处理温度的环境的减少的处理持续时间下实现硬化剂的期望分布/浓度分布。扩散中缩短的处理持续时间还允许减少甚至完全避免在机器部件表面上发生边缘氧化。例如在带齿部件的情况下，这又降低了齿根断裂或齿面断裂的倾向。因此，可以在提高质量的同时加速硬化操作，从而加速机器部件的整体制造。替代地或另外地，在相同的处理持续时间下，可以在降低的处理温度下实现相同的扩散距离。这允许在机器部件的制造中节约能源。
[0010]此外，硬化剂可以为碳粉或碳液的形式。这尤其应理解为是指含有元素碳的粉末/液体。碳粉的例子可以是例如石墨粉，并且碳液可以是其中溶解有石墨粉的液体。碳粉和碳液因其易于计量而能够将基本上元素碳精确地局部添加到基材中。碳粉可以在基材分配装置中与基材混合，基材基本上也是粉末。碳液又与粉状基材结合，使得这也实现了碳在材料层上的精确分布。
[0011]在要求保护的方法的另一实施例中，基材可以是铁基合金，即基本上是钢、锰合金或镍基合金。这种材料呈粉末形式，可有利地利用激光器照射而熔化，并且在适当的增材制造方法中产生高质量的微观结构。此外，此类材料还存在经过测试且可靠的增材制造方法，例如选择性激光熔化。
[0012]此外，可以针对多个材料层重复执行要求保护的方法，特别是第一步和第二步。这使得不仅可以在材料层的一个平面内，而且可以在垂直于其平面的多个材料层上实现硬化剂的浓度梯度。硬化剂的分布因此可以在机器部件中进行三维调整。由于硬化剂的分布对应于成品机器部件中的硬度分布，这确保了机器部件的高度结构自由度。
[0013]此外，在要求保护的方法中，激光的强度可以是可调整的，因此可以指定引入到材料层中的热能。激光强度在材料层被照射的第二步期间可以这样确定，即至少启动硬化剂扩散到基材中。这使得可以在增材制造期间调整机器部件的硬度，并且在某些情况下缩短或消除对后续扩散步骤的需要。因此进一步提高了使用要求保护的方法实现的关于硬度分布的结构自由度。
[0014]在要求保护的方法的另一实施例中，材料层可以包括第一材料和第二材料，二者
可以以可调整的局部分布形成材料层。这使得例如可以由简单的第一材料制造基本上布置在机器部件内部的部分，其中第一材料仅具有降低的硬化适用性。相比之下，需要硬化的朝向部件外部布置的部分例如可以由非常适合硬化的第二材料制成。总之，这提高了材料利用率，同时提高了成本效益。
[0015]本专利技术解决的问题也通过根据本专利技术的计算机程序产品来解决。计算机程序产品配置为在控制单元的存储器和处理器中执行并且可存储在非易失性存储器中。计算机程序配置为接收用于机器部件的增材制造的构建数据，构建数据还包括关于机器部件的局部期望硬度的信息。计算机程序产品还配置为用于确定可以向硬化剂分配装置和激光器发出的命令。分配装置和激光器属于增材制造的制造装置，例如选择性激光熔化的单元。该计算机程序产品配置为执行上述方法中的至少一个。计算机程序产品可以配置为软件或者可以是硬连线的或者可以是两者的组合。硬连线在这里应理解为例如芯片、集成电路或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机器部件的增材制造方法(100)，包括以下步骤：a)提供至少一个材料层(12)；b)利用激光器(20)照射所述材料层(12)以实现所述材料层(12)的局部熔化；其特征在于，在步骤a)中，以局部可调整的方式把硬化剂(42)添加到所述材料层(12)的基材(30)，并且在步骤b)中，所述硬化剂(42)通过利用所述激光器(20)的所述照射而被至少埋入在所述基材(30)中。2.如权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，在步骤b)中，所述硬化剂(42)至少部分地溶解在所述基材(30)中。3.如权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，所述硬化剂(42)的分配量是局部可指定的。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其特征在于，在进一步的步骤c)中，执行所述机器部件(10)的硬化以实现所述硬化剂(42)在所述基材(30)中的扩散(48)。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述硬化剂(42)为碳粉或碳液的形式。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述基材(30)是铁基合金、锰合金或镍基合金。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法(100)，其特征在于，对于多个材料层(12)，至少步骤a)和b)被重复执行。8.如权利要求2至7中任一项所述的方法(100)，其特征在于，用于启动所述硬化剂(42)...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：弗兰德有限公司，
类型：发明
国别省市：