[0001] Die Erfindung betrifft ein generatives Verfahren insbesondere zur Herstellung eines
Überzugs, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen Überzug. Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Bauteilfertigungsverfahren sowie ein Bauteil.
[0002] Ein Rotor einer Strömungsmaschine, so zum Beispiel ein Rotor einer Gasturbine oder
Dampfturbine, verfügt über einen Rotorgrundkörper sowie mehrere am Rotorgrundkörper
montierte Schaufeln. Jede Schaufel verfügt über einen Schaufelfuß sowie ein Schaufelblatt
und einer Spitze und ist mit dem Schaufelfuß in einer entsprechenden Ausnehmung des
Rotorgrundkörpers montiert. Aufgrund der hohen Temperaturen in einer Gasturbine ist
die Kühlung jedoch oftmals gerade an der Schaufelspitze nicht ausreichend. Besonders
an der Schaufelspitze ist ein Temperaturunterschied in etwa von 100° Celsius vorhanden.
Daher tritt im Bereich der Schaufelspitze durch die thermische sowie mechanische Beanspruchung,
hier insbesondere durch ein Einlaufen in sogenannte Gegendichtflächen, häufig ein
Verschleiß auf. Rissbildung an der Schaufelspitze ist die Folge. Bisher wurde die
verschlissene und/oder mit Rissen behaftete Region im Bereich der Schaufelspitze mechanisch
lokal abgetragen und durch ein Auftragsschweißen mit einem Zusatzwerkstoff wieder
hergestellt. Dies ist jedoch sehr kosten- und zeitintensiv. Eine längere Lebensdauer
einer Schaufel bzw. Schaufelspitze ist daher wünschenswert.
[0003] Aus der
DE 103 19 494 A1 ist ein Verfahren zum Reparieren einer Leitschaufel einer Gasturbine bekannt, bei
welchem ein beschädigter Abschnitt aus der zu reparierenden Leitschaufel herausgetrennt
und ein Ersatzteil für den herausgetrennten Abschnitt mit Hilfe eines Rapid Manufacturing
Prozesses hergestellt wird. Das durch den Rapid Manufacturing Prozess hergestellte
Ersatzteil wird in die zu reparierende Leitschaufel durch Schweißen oder Löten integriert.
[0004] Eine erste Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe eines generativen Verfahrens,
mit welchem das oben genannte Problem vermindert oder gar vermieden werden kann. Eine
zweite Aufgabe die Angabe einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Eine
dritte Aufgabe ist die Angabe eines Überzugs, welcher das oben genannte Problem löst.
Eine vierte und eine fünfte Aufgabe liegen in der Angabe eines Bauteilfertigungsverfahrens
sowie eines Bauteils, welches das oben genannte Problem löst.
[0005] Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe durch die Angabe eines generativen Verfahrens
mit den folgenden Schritten gelöst:
- Auftragen einer ersten Schicht eines ersten Pulverwerkstoffgemisches und Verfestigen
dieser ersten Schicht zu einem ersten Überzugsabschnitt;
- Auftragen einer zweiten Schicht eines zweiten Pulverwerkstoffgemisches auf den hergestellten
ersten Überzugsabschnitt und Verfestigen dieser zweiten Schicht zu einem neuen Überzugsabschnitt;
- sukzessives Auftragen von weiteren Schichten aus Pulverwerkstoffgemischen auf den
jeweils hergestellten neuen Überzugsabschnitt und sukzessives Verfestigen dieser weiteren
Schichten zu einem jeweils neuen Überzugsabschnitt, bis zu einer vorbestimmten letzten
Schicht mit einem letzten Pulverwerkstoffgemisch sowie Verfestigen der letzten Schicht
zu einem Überzug, wobei das Verfestigen durch ein Strahlschmelzverfahren, vorzugsweise
als ein Laser- oder Elektronenstrahlsinterverfahren, vorgesehen ist;
- wobei das Pulverwerkstoffgemisch zumindest ein erstes Pulver und ein zweites Pulver
umfasst, wobei der Anteil des zweiten Pulvers von der ersten Schicht bis zur letzten
Schicht kontinuierlich zunimmt;
- und wobei das zweite Pulver in Bezug auf hohe Temperaturen geeignete Eigenschaften,
insbesondere Verschleißbeständigkeit und/oder Oxidationsbeständigkeit und/oder einen
geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Bezug auf hohe Temperaturen aufweist.
[0006] Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Bauteile, welche direkt Heißgas ausgesetzt sind,
Bereiche aufweisen, welche während der Betriebsbeanspruchung einen hohen Temperaturunterschied
aufweisen. Daher ergeben sich verschiedene Anforderung an den Grundwerkstoff dieser
Bauteile, gerade in diesen Bereichen. Erfindungsgemäß lassen sich mit diesem Verfahren
Überzüge herstellen, welche durch die Zunahme des zweiten Pulvers bis zur letzten
Schicht diesen thermischen Anforderungen gerecht werden. So kann das zweite Pulver
sich lokal durch eine große Verschleißbeständigkeit und/oder Oxidationsbeständigkeit
und/oder einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Bezug auf hohe Temperaturen
auszeichnen. Da der Anteil des zweiten Pulvers am Pulverwerkstoffgemisch mit zunehmender
Anzahl der Schicht kontinuierlich vergrößert wurde, bedeutet dies, dass sich auch
die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften mit zunehmender Schicht kontinuierlich
ändern. Dies bedeutet zudem, dass die Wärmeausdehnung aufgrund der höheren Temperatur
in beispielsweise der letzten Schicht genauso groß wie an der ersten Schicht ist,
obwohl diese Schicht direkt dem Heißgas bzw. den höheren Temperaturen ausgesetzt ist.
Im optimalen Fall bedeutet das eine vollständige Kompensation der thermomechanischen
Spannungen in dem Überzug.
[0007] Bevorzugt beträgt der Anteil des zweiten Pulvers bei der ersten Schicht 0%. In bevorzugter
Ausgestaltung beträgt der Anteil des ersten Pulvers bei der letzten Schicht 0%. Somit
werden die geeigneten Eigenschaften des zweiten Pulvers in Bezug auf hohe Temperaturen
maximiert.
[0008] Erfindungsgemäß wird die zweite Aufgabe mit der Angabe einer Vorrichtung zur Durchführung
des obigen Verfahrens gelöst, wobei:
- zumindest ein erster Pulverförderer mit einem verfestigbaren Pulver vorgesehen ist,
- zumindest ein zweiter Pulverförderer mit einem verfestigbaren Pulver vorgesehen ist,
- wobei sich die zumindest zwei Pulverförderer separat ansteuern lassen, so dass sich
die zumindest beiden, verfestigbaren Pulver in einem beliebigen Verhältnis mischen
lassen.
[0009] Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich das oben beschriebene Verfahren
sehr einfach und problemlos durchführen.
[0010] Erfindungsgemäß wird die dritte Aufgabe mit der Angabe eines Überzugs zur Herstellung
oder Reparatur eines Bauteils, insbesondere das einer Strömungskraftmaschine, umfassend
zumindest eine erste Schicht mit einem ersten verfestigbaren Pulverwerkstoffgemisch
und einer letzten Schicht mit einem letzten verfestigbaren Pulverwerkstoffgemisch,
wobei zwischen der ersten und der letzten Schicht eine definierte Anzahl von weiteren
Schichten von verfestigbaren Pulverwerkstoffgemischen vorgesehen ist, gelöst. Dabei
besteht das verfestigbare Pulverwerkstoffgemisch aus zumindest einem ersten Pulver
und einem zweiten Pulver, wobei der Anteil des zweiten Pulvers von der ersten Schicht
bis zur letzten Schicht kontinuierlich zunimmt und wobei das zweite Pulver in Bezug
auf hohe Temperaturen geeignete Eigenschaften, insbesondere Verschleißbeständigkeit
und/oder Oxidationsbeständigkeit und/oder einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten
in Bezug auf hohe Temperaturen, aufweist.
[0011] Erfindungsgemäß wird somit ein Überzug geschaffen, der durch die verschiedene Pulverzusammensetzung
in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Durch eine
kontinuierliche Zunahme des zweiten Pulvers, änderen sich die Eigenschaften auch nicht
abrupt, sondern gehen langsam ineinander über bzw. ändern sich kontinuierlich. In
der Kraftwerkstechnik, insbesondere bei dem Einsatz in einer Gasturbine wird somit
der Überzug beispielsweise an die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
bzw. an die zu erwartenden Temperaturgradienten angepasst. Dies bedeutet, dass die
Wärmeausdehnung aufgrund der höheren Temperatur in beispielsweise der letzten Schicht
genauso groß wie an der ersten Schicht ist, obwohl diese Schicht direkt dem Heißgas
bzw. den höheren Temperaturen ausgesetzt ist. Im optimalen Fall bedeutet das eine
vollständige Kompensation der thermomechanischen Spannungen. Durch die Eigenschaften
wie z.B. Verschleißbeständigkeit und/oder Oxidationsbeständigkeit ist ein solcher
Überzug daher insbesondere für den Einsatz in Kraftwerken geeignet.
[0012] Bevorzugt ist der Anteil des zweiten Pulvers bei der ersten Schicht 0%. Insbesondere
ist der Anteil des ersten Pulvers bei der letzten Schicht 0%. Somit werden die geeigneten
Eigenschaften des zweiten Pulvers in Bezug auf hohe Temperaturen maximiert.
[0013] Bevorzugt ist der Überzug mit dem oben genannten generativen Verfahren und/oder der
oben genannten Vorrichtung hergestellt. Dadurch kann der Überzug besonders einfach
hergestellt werden.
[0014] Erfindungsgemäß wird die dritte Aufgabe mit der Angabe eines Bauteilfertigungsverfahrens,
insbesondere zur Reparatur eines Bauteils, umfassend eines Basisbauteils und eines
oben genannten Überzugs gekennzeichnet durch folgende Schritte, gelöst:
- Zuschnitt des Überzugs auf das Basisbauteil,
- Verbinden des Überzugs und des Basisbauteils zu einem Endbauteil,
- Rekonturierung des Endbauteils durch Nachbearbeitung.
[0015] Durch das erfindungsgemäße Bauteilfertigungsverfahren ist nun eine Reparatur von
z.B. hochtemperaturbelasteten Bauteilen mit einem geeigneten Überzug möglich. Der
Überzug kann dabei separat gefertigt werden und an Ort und Stelle des zu reparierenden
Bauteils an/in dieses an/ein-gefügt werden. Auch ist selbstverständlich eine Anwendung
am Neuteil möglich; so kann beispielsweise eine Schaufel ohne eine Spitze gegossen
werden und die Spitze aus einem Überzug gefertigt werden. Dadurch kann eine besonders
temperaturbeständige Schaufel mit einer langen Lebensdauer gefertigt werden.
[0016] Bevorzugt erfolgt das Verbinden durch Fügen, insbesondere Reibschweißen. Es kann
aber auch jedes andere Schweiß-/Fügeverfahren herangezogen werden.
[0017] In bevorzugter Ausgestaltung entsteht durch das Verbinden durch Reibschweißen des
Überzugs und des Basisbauteils ein Abrieb. Die Rekonturierung des Endbauteils beinhaltet
die Nachbearbeitung des Abriebs durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch
Drehen oder Fräsen. Dies lässt sich besonders einfach bewerkstelligen.
[0018] In bevorzugter Ausgestaltung wird der Überzug vor dem Verbinden mit dem Basisbauteil
wärmebehandelt. Dies kann beispielsweise ein heißisostatisches Pressen (HIP-Prozess)
sein, um die optimalen mechanischen Eigenschaften einzustellen und gegebenenfalls
um Heißrisse zu beseitigen. Bevorzugt wird auch das Endbauteil wärmebehandelt, damit
das Gefüge die optimalen Eigenschaften bekommt.
[0019] Erfindungsgemäß wird die vierte Aufgabe mit der Angabe eines Bauteils gelöst, welches
gemäß dem obigen Bauteilfertigungsverfahren repariert oder hergestellt ist.
[0020] Dies kann insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine sein, z.B. eine Schaufel. Dabei
weist die Schaufel an ihrer Spitze, welche durch die letzte Schicht gebildet wird,
einen großen Anteil an dem zweiten Pulver auf, welches z.B. ein thermisch hoch belastbarer
Werkstoff ist. So kann z.B. der Wärmeausdehnungskoeffizient an der Spitze des Bauteils
bzw. des Überzugs an die zu erwartenden Temperaturgradienten angepasst werden. Selbstverständlich
kann das zweite Pulver auch andere oder zusätzliche Eigenschaften aufweisen.
[0021] Bevorzugt weist das erste Pulver ähnliche oder gleiche Materialeigenschaften wie
das Basisbauteil auf. Wird als Materialeigenschaft die Wärmeausdehnung gewählt, so
kann mittels dieser Kombination eingestellt werden, dass die Wärmeausdehnung aufgrund
der höheren Temperatur an der letzten Schicht (Spitze) des Überzugs gerade so groß
ist wie bei der ersten Schicht des Überzugs, obwohl zwischen der Spitze und der ersten
Schicht des Überzugs ein großer Temperaturgradient besteht. Dies bedeutet eine vollständige
Kompensation der thermomechanischen Spannungen.
[0022] Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
Darin zeigen schematisch:
- FIG 1:
- eine Turbinenschaufel mit Riss,
- FIG 2:
- einen erfindungsgemäßen Überzug und einen Basisflügel,
- FIG 3:
- Verbinden des erfindungsgemäßen Überzugs mit einem Basisflügel,
- FIG 4:
- zwei Pulverförderer mit Mischdüse.
[0023] FIG 1 zeigt eine Turbinenschaufel 1 mit einem Flügelprofil 3 nach dem Stand der Technik.
Diese weist einen Schaufelfuß 2 auf. Zudem umfasst die Schaufel 1 eine Spitze 4, welche
eine Krone 5 mit einem inneren Kronenboden 6 und einer äußeren Kronenkante 7 aufweist.
Die Turbinenschaufel 1 ist dafür konstruiert, innerhalb eines Gehäuses (nicht abgebildet)
zu rotieren. Es ist wichtig, dass die Schaufelspitze 4 präzise in das Gehäuse (nicht
gezeigt) passt, um ein außen Herumströmen der Verbrennungsgase an der Schaufelspitze
4 möglichst weitgehend zu verhindern, da die diesen Nebenweg nehmenden Gase keine
Energie auf das Flügelprofil 3 der Schaufel 1 übertragen.
[0024] Die Schaufel 1 kann an ihrer Spitze eine Wärmedämmschicht aufweisen. Trotzdem können
in der Krone 5 der Turbinenschaufel 1 ein oder mehrere Risse 10 entstehen, und zwar
wegen einer beim Betrieb der Turbine auftretenden und an der Schaufelspitze 4 wirksam
werdenden Materialermüdung bei niedriger Lastspielzahl. Wenn ein Riss 10 eine kritische
Länge überschreitet, muss die Turbinenschaufel 1 außer Betrieb genommen und/oder repariert
werden. Bisher wurden Risse 10, sofern sie nicht eine kritische Länge überschreiten
mit Laserstrahl-Auftragsschweißen z.B. mit dem Zusatzwerkstoff oder durch z.B. das
Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißverfahren) repariert.
[0025] Aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen dem Kronenboden 6 und der Kronenkante
7 während der Betriebsbeanspruchung ergeben sich für die Schaufelreparatur oder eine
Neuteileanfertigung verschiedene Anforderungen an den Werkstoff. Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass der Werkstoff am Kronenboden 6, das heißt am Übergang von dem Flügelprofil
3 zur Krone 5 etwa artgleich zu dem Werkstoff des Flügelprofils 3 sein sollte, damit
unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten nicht zu kritischen Belastungen
während der Aufheizphase oder Abkühlphase im Betrieb der Turbinenschaufel 1 führen.
An der Kronenkante 7 der Spitze 4 wird lokal eine große Verschleißbeständigkeit und
Oxidationsbeständigkeit gefordert, die sich mit der chemisch / metallurgischen Zusammensetzung
des Flügelprofils 3 nicht in Einklang bringen lässt.
[0026] FIG 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Überzug 35, welcher zur Reparatur der Schaufelspitze
4 verwendet werden kann. Dazu kann die Schaufelspitze 4 zunächst erst einmal ganz
entfernt werden, so dass ein Basisflügel 15, welcher identisch mit dem Flügelprofil
3 sein kann, übrig bleibt. Der Überzug 35 umfasst zumindest eine erste Schicht 21
mit einem ersten verfestigten Pulverwerkstoffgemisch und einer letzten Schicht 25
umfassend ein letztes verfestigtes Pulverwerkstoffgemisch, sowie zwischen der ersten
und der letzten Schicht 25 eine definierte Anzahl von weiteren Schichten 22-24, wobei
die Anzahl hier nicht auf drei festgelegt ist. Auch kann die Anzahl selbstverständlich
Null sein; d.h. es kann keine weitere Schicht vorgesehen sein.
[0027] Dabei besteht das verfestigte Pulverwerkstoffgemisch aus zumindest einem ersten Pulver
100 und einem zweiten Pulver 200, wobei der Anteil des zweiten Pulvers 200 von der
ersten Schicht 21 bis zur letzten Schicht 25 zunimmt. Dies kann bei sehr feinen Schichten
21-25 eine kontinuierliche stetige Zunahme sein. Das Pulverwerkstoffgemisch kann selbstverständlich
auch aus mehreren Pulvern bestehen. Dabei besteht die erste Schicht 21, welche später
mit einem Basisbauteil hier einem Basisflügel 15 verbunden wird, zunächst nur aus
einem ersten Pulver 100. Dieses erste Pulver 100 wird später oder beim Auftragen zu
einem ersten, verfestigten Pulver 100. Das Pulver 100 bzw. das verfestigte Pulver
100 ist dabei ähnlich oder gleich dem Material und/oder besitzt ähnliche oder gleiche
Eigenschaften, wie der Basisflügel 15. Dabei ist als ähnliche oder gleiche Eigenschaft
vor allem der thermische Ausdehnungskoeffizient zu nennen. Das Pulver 100 wird beispielsweise
auf eine Form 50 (FIG 4) aufgetragen und anschließend zu einem ersten Überzugsabschnitt
31 verfestigt. Auch kann die Form 50 (FIG 4) selbstverständlich der Basisflügel 15
selbst sein.
[0028] Bei den nachfolgenden Schichten 22-24 wird dem ersten Pulver 100 zumindest ein zweites
Pulver 200 zu einem zweiten Pulverwerkstoffgemisch beigemischt. Durch das Auftragen
des zweiten Pulverwerkstoffgemisches auf den hergestellten ersten Überzugsabschnitt
31 wird eine zweite Schicht 22 generiert, welche sich anschließend mit dem ersten
Überzugsabschnitt 31 zu einem neuen Überzugsabschnitt 32 verfestigt. Die nachfolgenden
Schichten 23 und 24 werden sukzessive auf den dazu analog gefertigten Überzugsabschnitten
32 und 33 auftragen. Die letzte Schicht 25 wird daher auf einen Überzugsabschnitt
34 aufgetragen.
[0029] Dabei hat das Pulver 200 nun Eigenschaften, welche insbesondere für hohe Temperaturen
benötigt werden. Erfindungsgemäß wird der Anteil des Pulvers 200 am Pulverwerkstoffgemisch
mit zunehmender Anzahl der Schichten vergrößert. Die letzte Schicht 25, also diejenige
Schicht, welche der heißen Temperatur insbesondere durch Heißgas direkt ausgesetzt
ist, besteht im Wesentlichen nur noch aus dem Pulver 200, welches anschließend oder
beim Auftragen verfestigt wird. Dabei ist das verfestigte Pulver 200 später direkt
dem Heißgas bzw. den heißen Temperaturen ausgesetzt. Das verfestigte Pulver 200 der
letzten Schicht 25 stellt sozusagen dabei später die Kronenkante 7 dar. Dabei hat
das verfestigte Pulver 200 nun Eigenschaften, welche insbesondere für hohe Temperaturen
benötigt werden. Dies sind vor allem Verschleißbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit
und ein geringer Temperaturausdehnungskoeffizient. Da der Anteil des Pulvers 200 am
Pulverwerkstoffgemisch mit zunehmender Anzahl der Schicht kontinuierlich vergrößert
wurde, bedeutet dies, dass sich auch die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften
mit zunehmender Schicht kontinuierlich ändern. Die Schaufelspitze 4 wird daher graduiert
hergestellt.
[0030] Selbstverständlich können auch mehr als zwei Pulver 100 und 200 miteinander gemischt
werden. Die Mischung der zumindest zwei Pulver 100 und Pulver 200 kann durch zwei
separat ansteuerbare Pulverförderer 101 und 201 und eine koaxiale Mischungsdüse 70
erfolgen (FIG 4). Durch das separate Ansteuern der Pulverförderer 101 und 201 (FIG
4) lässt sich das Pulverwerkstoffgemisch in einem beliebigen Verhältnis mischen. Anschließend
wird das Gemisch auf eine Form 50 (FIG 4) aufgebracht und verfestigt.
[0031] Da die letzte Schicht 25 direkt dem Heißgas bzw. den heißen Temperaturen ausgesetzt
ist, benötigt das letzte verfestigte Pulver 200 auch einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
als die Schicht 21 des ersten verfestigten Pulvers 100 sowie dem Basisflügel 15 und
zwar so, dass die Wärmeausdehnung an der letzten Schicht 25 genauso groß ist, wie
an der ersten Schicht 21. Dies, und die kontinuierliche Änderung der mechanischen
und/oder thermischen Eigenschaften mit zunehmender Schicht führen idealerweise zu
einer nahezu vollständigen Kompensation der thermischen Spannungen im Betrieb der
Schaufel 1 und zu verminderter Rissbildung.
[0032] Das Verfestigen der Schicht kann beispielsweise durch Schweißen erfolgen. Dies kann
beispielsweise ein Auftragsschweißen oder Lasersintern / Laserschmelzen mittels einer
Wärmequelle 60 (FIG 4) oder ein anderes generatives Fertigungsverfahren sein. Die
Schichten 21-25 werden so miteinander stoffschlüssig verbunden und bilden dadurch
letztendlich den gewünschten Überzug 35 aus.
[0033] Anschließend wird der Überzug 35 passend zur Basisschaufel 15 zugeschnitten, z.B.
kann der Zuschnitt des Überzugs 35 als Ersatzschaufelspitze 30 (FIG 3) sein. Selbstverständlich
kann der Überzug 35 auch auf jedes andere Bauteil zugeschnitten werden, z.B. Hitzeschildsteine
oder andere Teile im Kraftwerk. Auch außerhalb der Kraftwerkstechnik ist ein Einsatz
denkbar. Nach dem Zuschnitt kann die Ersatzschaufelspitze 30 (FIG 3) wärmebehandelt
werden, z.B. durch heißisostatisches Pressen (HIP), um Fügefehler zu beseitigen und
um die optimalen mechanischen Eigenschaften herzustellen. Anschließend wird die Ersatzschaufelspitze
30 (FIG 3) an die Basisschaufel 15 (FIG 3) zu einer Ersatzschaufel 41 (FIG 3) gefügt
12. Dabei kann das Fügen 12 z.B. mittels Reibschweißen (FIG 3) oder andere bekannter
Fügeverfahren erfolgen.
[0034] Der durch das Fügen 12 entstehende Abrieb oder Grate oder Nähte, werden durch eine
Nachbearbeitung (Rekonturierung) mittels mechanischer Bearbeitung, z.B. Fräsen oder
Schleifen behoben. Anschließend kann die Ersatzschaufel 41 (FIG 3) nochmalig wärmebehandelt
werden.
[0035] Mittels der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich neue Schaufeln herzustellen.
Dazu kann die Basisschaufel 15 hergestellt werden und wie oben beschrieben fortgefahren
werden oder es wird die komplette Schaufel 1 (FIG 1) graduiert, wie oben beschrieben,
hergestellt. Selbstverständlich können auch andere Bauteile, wie Brenner, Hitzeschilde
etc. mit der Erfindung gefertigt oder repariert werden. Durch die Erfindung ist es
möglich, die thermomechanische Spannung im Betrieb bei hochtemperaturbelasten Bauteilen
zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Eine Rissbildung oder Degradation kann
somit vermieden werden. Die Bauteile weisen somit eine wesentlich längere Lebensdauer
auf.
1. Generatives Verfahren insbesondere zur Herstellung eines Überzugs (35) mit folgenden
Schritten:
- Auftragen einer ersten Schicht (21) eines ersten Pulverwerkstoffgemisches und Verfestigen
dieser ersten Schicht zu einem ersten Überzugsabschnitt (31);
- Auftragen einer zweiten Schicht (22) eines zweiten Pulverwerkstoffgemisches auf
dem hergestellten ersten Überzugsabschnitt (31) und Verfestigen dieser zweiten Schicht
(22) zu einem neuen Überzugsabschnitt (32);
- sukzessives Auftragen von weiteren Schichten (23-24) aus Pulverwerkstoffgemischen
auf den jeweils hergestellten neuen Überzugsabschnitt (32-33) und sukzessives Verfestigen
dieser weiteren Schichten (23-24) zu einem jeweils neuen Überzugsabschnitt (33-34),
bis zu einer vorbestimmten letzten Schicht (25) mit einem letzten Pulverwerkstoffgemisch
sowie Verfestigen der letzten Schicht (25) zu einem Überzug (35), wobei das Verfestigen
durch ein Strahlschmelzverfahren, vorzugsweise als ein Laser- oder Elektronenstrahlsinterverfahren,
vorgesehen ist;
- und wobei das Pulverwerkstoffgemisch zumindest ein erstes Pulver (100) und ein zweites
Pulver (200) umfasst, wobei der Anteil des zweiten Pulvers (200) von der ersten Schicht
(21) bis zur letzten Schicht (25) kontinuierlich zunimmt;
- und wobei das zweite Pulver (200) in Bezug auf hohe Temperaturen geeignete Eigenschaften,
insbesondere Verschleißbeständigkeit und/oder Oxidationsbeständigkeit und/oder einen
geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Bezug auf hohe Temperaturen aufweist.
2. Generatives Verfahren zur Herstellung eines Überzugs (35) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des zweiten Pulvers (200) bei der ersten Schicht (21) 0% beträgt.
3. Generatives Verfahren zur Herstellung eines Überzugs (35) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des ersten Pulvers (100) bei der letzten Schicht (25) 0% beträgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass
- zumindest ein erster Pulverförderer (101) mit einem verfestigbaren Pulver (100)
vorgesehen ist,
- zumindest ein zweiter Pulverförderer (201) mit einem verfestigbaren Pulver (200)
vorgesehen ist,
- wobei sich die zumindest zwei Pulverförderer (101,201) separat ansteuern lassen,
so dass sich die zumindest beiden verfestigbaren Pulver (100,200) in einem beliebigen
Verhältnis mischen lassen.
5. Überzug (35) zur Herstellung oder Reparatur eines Bauteils, insbesondere das einer
Strömungskraftmaschine umfassend zumindest einer ersten Schicht (21) mit einem ersten
verfestigbaren Pulverwerkstoffgemisch und einer letzten Schicht (25) mit einem letzten
verfestigbaren Pulverwerkstoffgemisch, wobei zwischen der ersten (21) und der letzten
Schicht (25) eine definierten Anzahl von weiteren Schichten (22-24) von verfestigbaren
Pulverwerkstoffgemischen vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das verfestigbare Pulverwerkstoffgemisch aus zumindest einem ersten Pulver (100)
und einem zweiten Pulver (200) besteht, wobei der Anteil des zweiten Pulvers (200)
von der ersten Schicht (21) bis zur letzten Schicht (25) kontinuierlich zunimmt und
wobei das zweite Pulver (200) in Bezug auf hohe Temperaturen geeignete Eigenschaften,
insbesondere Verschleißbeständigkeit und/oder Oxidationsbeständigkeit und/oder einen
geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Bezug auf hohe Temperaturen, aufweist.
6. Überzug (35) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des zweiten Pulvers (200) bei der ersten Schicht (21) 0% ist.
7. Überzug (35) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des ersten Pulvers (100) bei der letzten Schicht (25) 0% ist.
8. Überzug (35) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, welcher mit dem generativen Verfahren
nach Anspruch 1 und 3 und/oder der Vorrichtung nach Anspruch 4 hergestellt ist.
9. Bauteilfertigungsverfahren, insbesondere zur Reparatur eines Bauteils, umfassend ein
Basisbauteil (15) und einen Überzug (35) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
gekennzeichnet durch
folgende Schritte:
- Zuschnitt des Überzugs (35) auf das Basisbauteil (15),
- Verbinden des Überzugs (35) und des Basisbauteils (15) zu einem Endbauteil,
- Rekonturierung des Endbauteils durch Nachbearbeitung.
10. Bauteilfertigungsverfahren nach Anspruch 9, insbesondere zur Reparatur eines Bauteils,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden durch Fügen (12), insbesondere Reibschweißen erfolgt.
11. Bauteilfertigungsverfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass durch Verbinden des Überzug (35) und des Basisbauteils (15) durch Reibschweißen ein
Abrieb entsteht und die Rekonturierung des Endbauteils die Nachbearbeitung des Abriebs
durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Drehen oder Fräsen, beinhaltet.
12. Bauteilfertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug (35) vor dem Verbinden mit dem Basisbauteil (15) wärmebehandelt wird.
13. Bauteilfertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, d a s s das Endbauteil wärmebehandelt wird.
14. Bauteil, welches gemäß einem Bauteilfertigungsverfahren nach mindestens einem der
Ansprüche 9 bis 13, repariert oder hergestellt ist.
15. Bauteil nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pulver (100) ähnliche oder gleiche Materialeigenschaften wie das Basisbauteil
(15) aufweist.