PL B1. Sposób i urządzenie do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru danej części składowej. MTU Aero Engines AG, Monachium, DE

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. B22F 3/105 ( ) B33Y 10/00 ( ) B29C 64/141 ( ) (54) Sposób i urządzenie do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru danej części składowej (30) Pierwszeństwo: , DE, (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/17 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/18 (73) Uprawniony z patentu: MTU Aero Engines AG, Monachium, DE (72) Twórca(y) wynalazku: CHRISTIAN LIEBL, Bockhorn, DE STEFFEN SCHLOTHAUER, Erdweg, DE ALEXANDER LADEWIG, Bad Wiessee, DE LAURA BÜRGER, Dachau, DE JOHANNES CASPER, Monachium, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jan Dobrzański PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru danej części składowej. Znanych jest wiele sposobów i urządzeń do wytwarzania pojedynczych obszarów elementów konstrukcyjnych lub kompletnych elementów konstrukcyjnych. W szczególności znane są addytywne bądź generatywne sposoby wytwarzania (tzw. sposób Rapid Manufacturing bądź Rapid Prototyping), w których część składowa, w przypadku którego może chodzić na przykład o maszynę przepływową bądź silnik lotniczy, są zbudowane warstwowo. Głównie metaliczne elementy konstrukcyjne można na przykład wytwarzać za pomocą sposobu topienia laserowego lub wiązką elektronów. Najpierw warstwowo nanosi się przy tym przynajmniej jeden sproszkowany materiał części składowej w obszarze strefy montażu i łączenia, aby utworzyć warstwę proszku. Następnie materiał części składowej zestala się lokalnie w ten sposób, że do materiału części składowej w obszarze strefy montażu i łączenia doprowadza się energię za pomocą co najmniej jednej wiązki wysokoenergetycznej, przez co materiał części składowej topi się i tworzy warstwę części składowej. Wiązka wysokoenergetyczna jest przy tym regulowana w zależności od informacji o warstwie każdorazowo wytwarzanej warstwy części składowej. Informacje o warstwie są zwykle generowane na podstawie korpusu 3D-CAD części składowej i dzielone na poszczególne warstwy części składowej. Po zestaleniu stopionego materiału części składowej platforma budowlana jest obniżana warstwowo o z góry określoną grubość warstwy. Potem wymienione etapy są powtarzane aż do ostatecznego ukończenia pożądanego obszaru części składowej lub całej części składowej. Obszar części składowej bądź część składowa może być przy tym zasadniczo wytworzona na platformie budowlanej lub na już wytworzonym fragmencie części składowej lub obszaru części składowej. Zalety tego wytwarzania addytywnego polegają zwłaszcza na możliwości wytwarzania bardzo złożonych geometrii części składowej z wnękami, podcięciami i tym podobnymi w ramach pojedynczego procesu. W przypadku tego rodzaju wytwarzania addytywnego często jednak cząstki proszku oblepiają lub zapiekają się na powierzchni wytwarzanej części składowej, zwłaszcza w obszarze konturu części składowej. Prowadzi to do powstania bardzo chropowatej powierzchni, która z kolei mogłaby negatywnie wpływać na wytrzymałość wytwarzanej części składowej bądź obszarów części składowej. Przez optymalizację parametrów metody próbuje się uzyskać wygładzenie powierzchni. Dla różnych zastosowań nie jest to jednak wystarczające, zwłaszcza w przypadku elementów konstrukcyjnych wykorzystywanych w lotnictwie i astronautyce. Dlatego wytwarzane części bądź obszary części składowej często muszą być poddawane późniejszej obróbce mechanicznej lub chemicznej, co łączy się z wysokimi nakładami czasu i kosztów. Dodatkowo, zwłaszcza powierzchnie zlokalizowane wewnątrz są częściowo trudno dostępne lub niedostępne dla konwencjonalnego sposobu wygładzania. Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie rodzajowego sposobu i rodzajowego urządzenia, które umożliwia addytywne wytwarzanie obszarów części składowej lub całych części składowych o poprawionej jakości powierzchni. Kolejny cel wynalazku polega na zapewnieniu addytywnie wyprodukowanej części składowej o poprawionej jakości powierzchni. Cele wynalazku osiągnięto zgodnie z wynalazkiem za pomocą sposobu o cechach z zastrzeżenia patentowego 1, urządzenia o cechach z zastrzeżenia patentowego 10 oraz części składowej według zastrzeżenia patentowego 15. Korzystne warianty wykonania z celowymi rozwinięciami wynalazku podano w odpowiednich zastrzeżeniach zależnych, przy czym korzystne warianty wykonania każdego aspektu wynalazku należy rozpatrywać jako korzystne warianty wykonania każdorazowo innych aspektów wynalazku. Pierwszy aspekt wynalazku dotyczy sposobu wytwarzania addytywnego co najmniej jednego obszaru części składowej, zwłaszcza części składowej maszyny przepływowej, w którym przeprowadza się przynajmniej etapy: a) warstwowe naniesienie co najmniej jednej warstwy proszku ze sproszkowanego materiału części składowej na platformę budowlaną w obszarze strefy montażu i łączenia; b) lokalne zestalanie warstwy proszku przez selektywne naświetlanie za pomocą co najmniej jednej wiązki wysokoenergetycznej w obszarze strefy montażu i łączenia z utworzeniem warstwy części składowej; c) przynajmniej częściowe odprowadzenie niezestalonego materiału części składowej przynajmniej w obszarze warstwy części składowej utworzonej w etapie b) przez co najmniej jeden otwór utworzony w platformie budowlanej; d) ponowne topienie i/lub ogrzewanie do temperatury wyższej niż temperatura solidusu materiału części składowej i zestalenie co najmniej jednego konturu krawędzi co najmniej jednej warstwy części składowej za pomocą wiązki wysokoenergetycznej oraz e)

3 PL B1 3 powtórzenie etapu a) do d) do ukończenia obszaru części składowej lub części składowej. Poprawioną jakość powierzchni uzyskuje się przy tym według wynalazku dzięki temu, że niezestalone, tzn. niestopione z konturem lub powierzchnią części składowej cząstki proszku materiału części składowej zostają odprowadzone przez otwór (otwory) w platformie budowlanej. Tym samym pozostają odtąd tylko cząstki sproszkowanego materiału na konturze bądź powierzchni utworzonej warstwy części składowej bądź utworzonego części składowej. Dzięki ponownemu stopieniu i/lub ponownemu ogrzaniu do temperatury wyższej niż temperatura solidusu materiału części składowej i zestaleniu tego obszaru, zwłaszcza konturu krawędzi warstwy części składowej bądź części składowej, za pomocą wiązki wysokoenergetycznej, po ochłodzeniu tego obszaru powstaje gładka powierzchnia. Nie mogą powstawać żadne dodatkowe chropowate powierzchnie utworzone przez nadmiarowe cząstki proszku. Pod pojęciem temperatury solidusu rozumie się też zakresy temperatury solidusu materiałów części składowej takie, jak te, występujące w szczególności w stopach metali. W ten sposób gładkie powierzchnie uzyskuje się już podczas addytywnego sposobu wytwarzania, dzięki czemu można korzystnie zrezygnować z dodatkowej, późniejszej obróbki. Bezpośrednio dostępne są również przy tym powierzchnie wewnętrzne bądź zamknięte. Kolejne zalety polegają na tym, że można wykluczyć każde zanieczyszczenie spowodowane chemicznymi substancjami pomocniczymi lub pozostałymi materiałami obcymi oraz nie ma ryzyka niepożądanego niszczenia materiału (stabilność wymiarowa). Wytrzymałość uzyskiwanej części składowej zostaje przy tym korzystnie zwiększona. Co więcej, sposób według wynalazku upraszcza posługiwanie się proszkiem w odpowiednim urządzeniu, ponieważ istnieje możliwość odprowadzenia z układu niewbudowanego sproszkowanego materiału na końcu sposobu. Niewbudowany sproszkowany materiał może zostać przy tym odzyskany i wykorzystany w następnym sposobie wytwarzania addytywnego. Co więcej, istnieje możliwość tworzenia obwodowego obiegu proszku podczas sposobu wytwarzania addytywnego. W korzystnych wariantach wykonania sposobu według wynalazku przewidziano, że odprowadzenie niezestalonego materiału części składowej według etapu c) przeprowadza się po utworzeniu jednej lub większej liczby warstw części składowej według etapu b). Odprowadzenie niezestalonego materiału części składowej według etapu c) przeprowadza się przy tym w regularnych lub nieregularnych interwałach. Sposób według wynalazku można tym samym korzystnie dopasować do złożoności wytwarzanego części składowej. Odprowadzenie niezestalonego materiału części składowej można przeprowadzić dopiero po utworzeniu kilku warstw części składowej, na przykład w przypadku mniej złożonych elementów konstrukcyjnych. Dzięki temu znacznie zwiększa się prędkość metody. W kolejnych korzystnych wariantach wykonania sposobu według wynalazku następuje warstwowe nanoszenie warstwy proszku według etapu a) za pomocą powlekarki, przy czym otwór (otwory) w platformie budowlanej jest/są zamknięty/e przynajmniej podczas nanoszenia pierwszej warstwy proszku, przynajmniej w obszarze tworzonej części składowej. Dzięki temu powstaje możliwość wykorzystania sposobu według wynalazku w konwencjonalnych urządzeniach do addytywnego wytwarzania części składowych. Możliwe jest jednak też, że warstwowe nanoszenie warstwy proszku według etapu a) następuje przez przenoszenie materiału części składowej ze zbiornika materiału umieszczonego poniżej platformy budowlanej przez otwór (otwory) na platformę budowlaną przynajmniej w obszarze strefy montażu i łączenia. Przenoszenia materiału części składowej może przy tym następować za pomocą urządzenia do podnoszenia i opuszczania, umieszczonego w obrębie zbiornika materiału. Dzięki przenoszeniu materiału części składowej ze zbiornika materiału na platformę budowlaną powstaje możliwość nanoszenia warstwy proszku na platformę budowlaną oszczędzając przestrzeń montażową. W celu jednorodnego rozprowadzenia materiału części składowej na platformie budowlanej, przed lokalnym zestaleniem odpowiednio utworzonej warstwy proszku według etapu b) zostaje ona przy tym wygładzona za pomocą mechanicznego urządzenia wygładzającego i/lub wibracji platformy budowlanej i/lub wibracji warstwy proszku. W przypadku mechanicznego urządzenia wygładzającego może przy tym chodzić o powlekarkę lub rakiel. Wibracje platformy budowlanej i/lub warstwy proszku mogą być generowane za pomocą urządzenia ultradźwiękowego. Przenoszenie materiału części składowej ze zbiornika materiału umieszczonego poniżej platformy budowlanej na platformę budowlaną można traktować jako niezależny wynalazek niezależnie od pierwszego aspektu wynalazku i jako wykazujące odpowiednio niezależne treści wynalazcze. Odpowiedni sposób addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru części składowej, zwłaszcza części składowej maszyny przepływowej może obejmować następujące etapy: a) warstwowe nanoszenie co najmniej jednej warstwy proszku ze sproszkowanego materiału części składowej na platformę budowlaną przez przenoszenie materiału części składowej ze zbiornika materiału umieszczonego

4 4 PL B1 poniżej platformy budowlanej poprzez co najmniej jeden otwór utworzony w platformie budowlanej przynajmniej w obszarze strefy montażu i łączenia; b) lokalne zestalanie warstwy proszku przez selektywne naświetlanie za pomocą co najmniej jednej wiązki wysokoenergetycznej w obszarze strefy montażu i łączenia z utworzeniem warstwy proszku oraz c) powtarzanie etapów a) i b) aż do wykończenia obszaru części składowej lub części składowej. Ponadto istnieje możliwość, że w dodatkowym etapie pośrednim następuje przynajmniej częściowe odprowadzanie przez otwór niezestalonego materiału części składowej przynajmniej w obszarze warstwy części składowej utworzonej w etapie b). Odprowadzanie niezestalonego materiału części składowej może zostać przeprowadzone po utworzeniu jednej lub większej liczby warstw części składowej według etapu b). Co więcej, odprowadzanie niezestalonego materiału części składowej przeprowadza się w regularnych lub nieregularnych interwałach. Istnieje wreszcie możliwość ponownego stopienia i/lub ogrzania materiału części składowej do temperatury wyższej niż temperatura solidusu i zestalenia co najmniej jednego konturu krawędzi co najmniej jednej warstwy części składowej za pomocą wiązki wysokoenergetycznej. Przenoszenie materiału części składowej może następować za pomocą urządzenia do podnoszenia i opuszczania, umieszczonego w obrębie zbiornika materiału. Co więcej, istnieje możliwość, że przenoszenie materiału części składowej na platformę budowlaną będzie wspomagane lub realizowane w całości przez nadmuchiwanie, zwłaszcza gazem obojętnym. Strumień gazu płuczącego zostaje przy tym ustawiony tak, że skierowany jest do zbiornika materiału i przezeń w kierunku otworu (otworów) platformy budowlanej. Dzięki przenoszeniu materiału części składowej ze zbiornika materiału na platformę budowlaną powstaje możliwość nanoszenia warstwy proszku na platformę budowlaną z oszczędzeniem przestrzeni montażowej. W celu jednorodnego rozprowadzenia materiału części składowej na platformie budowlanej przed lokalnym zestaleniem odpowiednio utworzonej warstwy proszku według etapu b) zostaje ona przy tym wygładzona za pomocą mechanicznego urządzenia wygładzającego i/lub wibracji platformy budowlanej i/lub wibracji warstwy proszku. W przypadku mechanicznego urządzenia wygładzającego może przy tym chodzić o powlekarkę lub rakiel. Wibracje platformy budowlanej i/lub warstwy proszku mogą być generowane za pomocą urządzenia ultradźwiękowego. Kolejne cechy i zalety wynikają z opisu pierwszego aspektu wynalazku. W kolejnych korzystnych wariantach wykonania sposobu według wynalazku podczas odprowadzania niezestalonego materiału części składowej według etapu c) materiał części składowej pobudza się do drgania i/lub kieruje się na materiał części składowej gaz płuczący, zwłaszcza gaz obojętny. Dzięki temu zapewniono bezpieczne i całkowite odprowadzenie niewbudowanego materiału części składowej przez otwór (otwory) w platformie budowlanej. Co więcej istnieje możliwość, że po jednym z etapów b), c) i/lub d) nastąpi obniżenie platformy budowlanej o z góry określoną grubość warstwy. Tego rodzaju obniżenie zapewnia równomierne naniesienie warstwy sproszkowanego materiału. Dalsze korzyści uzyskuje się, gdy jako wiązkę wysokoenergetyczną wykorzystuje się wiązkę elektronów i/lub wiązkę laserową. Dzięki temu można wytworzyć obszary części składowej lub części składowe, których właściwości mechaniczne odpowiadają, przynajmniej zasadniczo, właściwościom materiału części składowej. Do generowania wiązki laserowej mogą być na przykład przewidziane laser CO2, laser Nd:YAG, laser włóknowy Yb, laser diodowy lub tym podobne. Może również zostać przewidziane wykorzystanie dwóch lub większej liczby wiązek elektronowych bądź laserowych, aby zmniejszyć czas obróbki i/lub móc produkować warstwy części składowej o szczególnie dużej powierzchni. Drugi aspekt wynalazku dotyczy urządzenia do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru danej części składowej, a zwłaszcza części składowej maszyny przepływowej, przy czym urządzenie posiada co najmniej jedno źródło promieniowania do wytwarzania co najmniej jednej wiązki wysokoenergetycznej, za pomocą której można zestalić co najmniej jedną warstwę proszku materiału części składowej w obszarze strefy montażu i łączenia platformy budowlanej lokalnie do co najmniej jednej warstwy części składowej. Platforma budowlana ma przy tym przynajmniej jeden otwór utworzony z możliwością zamknięcia lub bez możliwości zamknięcia do przynajmniej częściowego odprowadzania niezestalonego materiału części składowej, przynajmniej w obszarze utworzonej warstwy części składowej. Co więcej, urządzenie według wynalazku posiada urządzenie sterujące skonstruowane tak, aby źródło promieniowania kontrolować w ten sposób, żeby zostało przeprowadzone ponowne topienie i/lub ogrzewanie do temperatury wyższej niż temperatura solidusu materiału części składowej i zestalenie co najmniej jednego konturu krawędzi co najmniej jednej warstwy części składowej za pomocą wiązki wysokoenergetycznej. Poprawienie jakości powierzchni wytwarzanego ob-

5 PL B1 5 szaru części składowej lub części składowej jest według wynalazku możliwe dzięki temu, że niezestalone, to znaczy niestopione z konturem lub powierzchnią części składowej cząstki proszku materiału części składowej, zostają odprowadzone przez otwór (otwory) w platformie budowlanej. Nie przeszkadzają one podczas następującego ponownego topienia i/lub ponownego ogrzewania do temperatury wyższej niż temperatura solidusu materiału części składowej i zestalania przynajmniej konturu krawędzi co najmniej jednej warstwy części składowej za pomocą wygładzania przeprowadzanego wiązką wysokoenergetyczną bądź przeróbki. Nie mogą powstawać żadne dodatkowe chropowate powierzchnie wynikające z obecności nadmiarowych cząstek proszku. Pod pojęciem skonstruowane do lub ukształtowane dla w ramach niniejszego wynalazku należy rozumieć nie tylko urządzenie sterujące, które posiada podstawowe właściwości do przeprowadzania wymienionych etapów, ale również takie, które jest zaprojektowane i wyposażone specjalnie do tego, aby faktycznie zrealizować wymienione etapy. Dzięki dodatkowym etapom według wynalazku podczas metody nadbudowywania można znacznie zredukować chropowatość powierzchni danej warstwy (warstw) części składowej, a dzięki temu całej części składowej. Pod pojęciem temperatury solidusu rozumie się też zakresy temperatury solidusu materiałów części składowej takie, jak te występujące w szczególności w stopach metali. Urządzenie może zasadniczo posiadać sterowane i/lub regulowane źródło promieniowania lub kilka sterowanych i/lub regulowanych źródeł promieniowania do generowania wymaganych wiązek wysokoenergetycznych. Szczególne korzyści powstają, gdy urządzenie utworzone jest do tego, żeby realizować sposób według pierwszego aspektu wynalazku. Cechy i ich zalety będące jego skutkiem wynikają z opisu pierwszego aspektu wynalazku, przy czym korzystne warianty wykonania pierwszego aspektu wynalazku należy uważać za korzystne warianty wykonania drugiego aspektu wynalazku i odwrotnie. W korzystnych wariantach wykonania urządzenie według wynalazku posiada zbiornik materiału na materiał części składowej umieszczony i utworzony poniżej platformy budowlanej. Urządzenie może przy tym zawierać urządzenie do podnoszenia i opuszczania umieszczone w zbiorniku materiału. Dzięki zbiornikowi materiału zapewniono, że niezestalony materiał części składowej jest zbierany i dostępny do ponownego użycia. Dzięki urządzeniu do podnoszenia i opuszczania z jednej strony istnieje możliwość przekazywania niewbudowanego sproszkowanego materiału z określoną prędkością z obszaru platformy budowlanej do zbiornika materiału. Co więcej, materiał części składowej może być wprowadzony ze zbiornika materiału przez otwór (otwory) na platformę budowlaną przynajmniej w obszarze strefy montażu i łączenia. W tym przypadku można zrezygnować z dodatkowej powlekarki do nanoszenia warstwy proszku na platformę budowlaną. Zasadniczo istnieje też możliwość, aby urządzenie posiadało powlekarkę do warstwowego nanoszenia warstwy proszku. W kolejnych korzystnych wariantach wykonania urządzenia według wynalazku ma ono co najmniej jedno mechaniczne urządzenie wygładzające i/lub co najmniej jedno urządzenie wibracyjne i/lub co najmniej jedno doprowadzenie gazu płuczącego i/lub połączenie prowadzące proszek przebiegające między zbiornikiem materiału a powlekarką lub kolejnym zbiornikiem materiału. Mechaniczne urządzenie wygładzające oraz urządzenie wibracyjne służą do równomiernego nanoszenia i wygładzania odpowiedniej warstwy proszku materiału części składowej nanoszonej na platformę budowlaną. W przypadku mechanicznego urządzenia wygładzającego może przy tym chodzić o powlekarkę lub rakiel. Jako urządzenie wibracyjne może przy tym zostać przewidziane urządzenie ultradźwiękowe. To i kolejne urządzenie wibracyjne mogą też być wykorzystywane do wprawiania materiału części składowej w drgania. Ułatwia to odprowadzanie niezestalonego materiału części składowej przez otwory w platformie budowlanej. W tym celu można zastosować też gaz płuczący, zwłaszcza gaz obojętny, który zostaje skierowany za pomocą co najmniej jednego doprowadzenia gazu płuczącego na materiał części składowej. Dzięki prowadzącemu proszek połączeniu przebiegającemu między zbiornikiem materiału a powlekarką istnieje możliwość utworzenia tak zwanego obiegu proszku w urządzeniu. Dzięki temu niezestalony, to znaczy niewbudowany, sproszkowany materiał można wykorzystać do tworzenia kolejnych warstw proszku. Co więcej, urządzenie do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru danej części składowej, a zwłaszcza części składowej w maszynie przepływowej, zawierające co najmniej jedno źródło promieniowania do wytwarzania co najmniej jednej wiązki wysokoenergetycznej, za pomocą której można zestalać co najmniej jedną warstwę proszku części składowej w obszarze strefy montażu i łączenia platformy budowlanej lokalnie do co najmniej jednej warstwy części składowej, może być postrzegane jako odrębny wynalazek, niezależnie od drugiego aspektu wynalazku, i wykazuje odpowiednio niezależną treść wynalazczą. Urządzenie ma przy tym co najmniej jeden zbiornik materiału

6 6 PL B1 umieszczony poniżej platformy budowlanej i co najmniej jedno urządzenie do podnoszenia i opuszczania umieszczone w zbiorniku materiału, przy czym sproszkowany materiał części składowej można przenosić przez co najmniej jeden otwór w platformie budowlanej utworzony z możliwością zamknięcia lub bez możliwości zamknięcia, ze zbiornika materiału na platformę budowlaną co najmniej w jednym obszarze strefy montażu i łączenia. Co więcej, istnieje możliwość, że przenoszenie materiału części składowej na platformę budowlaną jest wspomagane lub realizowane w całości przez nadmuchiwanie, zwłaszcza gazem obojętnym. Strumień gazu płuczącego zostaje przy tym ustawiony tak, że jest skierowany do zbiornika materiału i przezeń w kierunku otworu (otworów) platformy budowlanej. Przez co najmniej jeden otwór w platformie budowlanej może też przebiegać przynajmniej częściowe odprowadzanie niezestalonego materiału części składowej przynajmniej w obszarze utworzonej warstwy części składowej. Tak niezestalony materiał części składowej może być gromadzony w zbiorniku materiału i udostępniany do ponownego użytku. Dzięki urządzeniu do podnoszenia i opuszczania istnieje możliwość przekazywania niewbudowanego sproszkowanego materiału z określoną prędkością z obszaru platformy budowlanej do zbiornika materiału lub odwrotnie na platformę budowlaną. Urządzenie może przy tym zawierać co najmniej jedno mechaniczne urządzenie wygładzające i/lub co najmniej jedno urządzenie wibracyjne i/lub co najmniej jedno doprowadzenie gazu płuczącego i/lub połączenie prowadzące proszek przebiegające między zbiornikiem materiału a powlekarką lub kolejnym zbiornikiem materiału. Mechaniczne urządzenie wygładzające oraz urządzenie wibracyjne służą do równomiernego nanoszenia i wygładzania odpowiedniej warstwy proszku materiału części składowej nanoszonej na platformę budowlaną. Jako urządzenie wibracyjne może przy tym zostać przewidziane urządzenie ultradźwiękowe. To i kolejne urządzenie wibracyjne mogą też być wykorzystywane do wprawiania materiału części składowej w drgania. Ułatwia to odprowadzanie niezestalonego materiału części składowej przez otwory w platformie budowlanej. W tym celu można zastosować też gaz płuczący, zwłaszcza gaz obojętny, który za pomocą co najmniej jednego doprowadzenia gazu płuczącego zostaje skierowany na materiał części składowej. Dzięki prowadzącemu proszek połączeniu przebiegającemu między zbiornikiem materiału a powlekarką istnieje możliwość utworzenia tak zwanego obiegu proszku w urządzeniu. Dzięki temu niezestalony, to znaczy niewbudowany, sproszkowany materiał można wykorzystać do tworzenia kolejnych warstw proszku. Co więcej, platforma budowlana, tak jak opisano ją bardziej szczegółowo w drugim aspekcie wynalazku jako część urządzenia, może być rozpatrywana jako pojedynczy element o niezależnej treści wynalazczej i jako niezależny wynalazek. Trzeci aspekt wynalazku dotyczy części składowej do maszyny przepływowej, zwłaszcza części składowej sprężarki lub turbiny, przy czym wysoką jakość powierzchni części składowej według wynalazku zapewniono dzięki temu, że otrzymano go co najmniej w poszczególnych obszarach lub całkowicie sposobem według pierwszego aspektu wynalazku i/lub za pomocą urządzenia według drugiego aspektu wynalazku. Cechy i ich zalety będące jego skutkiem wynikają z opisu pierwszego i drugiego aspektu wynalazku, przy czym korzystne warianty wykonania pierwszego i drugiego aspektu wynalazku należy uważać za korzystne warianty wykonania trzeciego aspektu wynalazku i odwrotnie. Kolejne cechy wynalazku wynikają z zastrzeżeń, figur i opisu figur. Cechy wymienione powyżej w opisie i kombinacje cech, jak też cechy wymienione następnie w opisie figur i/lub pokazane na samych figurach można stosować każdorazowo nie tylko w podanych kombinacjach, ale też w innych kombinacjach bez przekraczania zakresu wynalazku. Dlatego można tym samym uważać za objęte i ujawnione te warianty wykonania wynalazku, które nie są jasno ukazane i objaśnione na figurach, ale jednak wynikają z oddzielnych kombinacji cech objaśnionych wariantów wykonania i można je wytworzyć. Jako ujawnione warianty wykonania i kombinacje cech należy uważać też te, które tym samym nie zawierają wszystkich cech początkowo sformułowanego zastrzeżenia niezależnego. Przedstawiają one: Fig. 1 widok schematyczny na platformę budowlaną urządzenia według wynalazku; Fig. 2 schematyczny widok przekroju urządzenia według wynalazku w pierwszej pozycji roboczej; Fig. 3 schematyczny widok przekroju urządzenia według wynalazku w drugiej pozycji roboczej; i Fig. 4 schematyczny widok przekroju urządzenia według wynalazku w trzeciej pozycji roboczej. Na fig. 1 pokazano widok schematyczny na platformę budowlaną 12 urządzenia 10 do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru części składowej 26. Można zauważyć, że platforma budowlana 12 zawiera wiele otworów 18. W przedstawionym przykładzie wykonania otwory 18 utworzone są jako okrągłe. Możliwe jest też jednak, aby otwory przyjmowały inne kształty geometryczne. Przykładowo możliwe są półkoliste, owalne, elipsoidalne, prostokątne, szczelinowe i inne

7 PL B1 7 kształty geometryczne otworów 18. Istnieje przy tym możliwość, że otwory 18 są przynajmniej częściowo zamykane za pomocą mechanizmu zamykającego (nie przedstawiono). Może to nastąpić na przykład za pomocą drugiego elementu płyty (nie przedstawiono), który jest na przykład umieszczony ruchomo na spodzie, tzn. na stronie platformy budowlanej 12 przeciwległej do części składowej 26. Do zamykania otworów 18 ten drugi element płyty umieszcza się w układzie ze spodem platformy budowlanej 12 i tak zamyka się otwory 18. Co więcej, istnieje możliwość, że elementy zamykające w rodzaju żaluzji zamykają i otwierają na przykład otwory boczne 18. Możliwych jest wiele innych mechanizmów zamykających. Rozmiar lub średnica otworów 18 to zwykle pięćdziesięciokrotność do pięćsetkrotności, zwłaszcza pięćdziesięciokrotność do stupięćdziesięciokrotności przeciętnej średnicy ziarna nanoszonego sproszkowanego materiału części składowej. Możliwe są też inne rozmiary i średnice. Na fig. 2 pokazano schematyczny widok przekroju urządzenia 10 w pierwszej pozycji roboczej. Można zauważyć, że urządzenie 10 ma źródło promieniowania 32 do generowania wiązki wysokoenergetycznej 34, w przypadku pokazanego przykładu wykonania promień lasera, za pomocą którego warstwa 40 proszku materiału 22, 38 części składowej jest topiona lub spiekana w obszarze strefy montażu i łączenia 46 platformy budowlanej 12 lokalnie do przynajmniej jednej warstwy 24 części składowej części składowej 26. W przypadku części składowej 26 może chodzić na przykład o część składową maszyny przepływowej. Można zauważyć, że w obrębie platformy budowlanej 12 utworzone są przelotowe otwory 18, przez które może być przemieszczany materiał 22, 38 części składowej. Strzałki 28 wskazują przy tym, że z jednej strony materiał 22 części składowej składowany w zbiorniku 48 materiału może być transportowany przez otwory 18 na platformę budowlaną 12 w obszarze strefy montażu i łączenia 46 do budowy warstw 40 proszku. W przeciwnym kierunku ruchu istnieje możliwość odprowadzenia niezestalonego materiału 38 części składowej przez otwory 18 w zbiorniku 48 materiału. Aby móc zrealizować te przemieszczenia materiału, w obrębie zbiornika 48 materiału umieszczono urządzenie 20 do podnoszenia i opuszczania, które może wykonywać odpowiednie ruchy podnoszenia i opuszczania (patrz strzałka 30). Co więcej, można zauważyć, że urządzenie 10 posiada ściany boczne 14, 16, które z jednej strony otaczają platformę budowlaną 12, zbiornik 48 metalu i urządzenie 20 do podnoszenia i opuszczania. Ponadto, urządzenie 10 posiada mechaniczne urządzenie wygładzające 36 do rozprowadzania i równomiernego nanoszenia materiału 38 części składowej do utworzenia warstwy 40 proszku. W przedstawionym przykładzie wykonania w przypadku mechanicznego urządzenia wygładzającego 36 chodzi o rakiel. Możliwe jest jednak też wprawienie platformy budowlanej 12 w drgania, na przykład za pomocą generatora ultradźwiękowego, aby w ten sposób zapewnić równomierne nanoszenie warstwy 40 proszku. Na fig. 2 widać przy tym, że obszar części składowej 26 bądź część składowa 26 jest nanoszona warstwowo na warstwy 24 części składowej. Lokalne, warstwowe topienie poszczególnych warstw 40 proszku prowadzi, zwłaszcza w obszarze konturu części składowej 42, do powstania powierzchni 44, które z powodu topienia otaczających ziaren proszku materiału 38 części składowej są utworzone z bardzo dużą chropowatością na konturze części składowej 42 bądź na jej powierzchni 44. Na fig. 3, w drugiej pozycji roboczej w schematycznym widoku przekroju pokazanego urządzenia 10 można zauważyć, że po wytworzeniu jednej lub większej liczby warstw 24 części składowej niezestalony, to znaczy niewbudowany i stopiony proszek materiału 38 części składowej zostaje odprowadzony przez otwory 18 do zbiornika 48 materiału. Dzięki temu w korzystny sposób odsłonięte zostają kontury części składowej 42 i ich powierzchnie 44. Za pomocą odpowiedniej dodatkowej późniejszej obróbki laserowej za pomocą wiązki laserowej 34 można odtąd bez problemu wygładzić kontury części składowej 42 i ich powierzchnie 44. Nie ma już wtedy zakłócających, znajdujących się w obszarze konturu 42 ziaren proszku materiału 38 części składowej. Również na fig. 4 pokazano ten etap roboczy na schematycznym widoku przekroju urządzenia 10 w trzeciej pozycji roboczej. W przeciwieństwie do widoku na fig. 3, wiązki laserowe 34 padają na powierzchnie 44 konturów części składowej 42 dwóch warstw 24 części składowej. Zwłaszcza na fig. 4 widać wyraźnie, że powierzchnie części składowej 26, które później mogą nie być już dostępne, mogą zostać poddane obróbce. W ten sposób gładkie powierzchnie uzyskuje się już podczas addytywnego sposobu wytwarzania, dzięki czemu można korzystnie zrezygnować z dodatkowej, późniejszej obróbki. Bezpośrednio

8 8 PL B1 dostępne są przy tym również powierzchnie wewnętrzne bądź zamknięte. Kolejne zalety polegają na tym, że można wykluczyć każde zanieczyszczenie spowodowane chemicznymi substancjami pomocniczymi lub pozostałymi materiałami obcymi oraz nie ma ryzyka niepożądanego niszczenia materiału (stabilność wymiarowa). Wytrzymałość uzyskiwanej części składowej zostaje przy tym korzystnie zwiększona. Po obróbce powierzchni 44 konturów 42 części składowej 26 kolejna warstwa 40 proszku zostaje nałożona przez przeniesienie: materiału 22 części składowej ze zbiornika 48 materiału do obszaru strefy montażu i łączenia 46, a zwłaszcza nad utworzoną ostatnio warstwę 24 części składowej (patrz też fig. 2. Działania te są powtarzane tak długo, aż część składowa 26 zostanie ukończona. Wartości parametrów podane w dokumentach definiujące warunku pomiarowe i metodologiczne charakterystyki konkretnych właściwości przedmiotu wynalazku należy uważać za wchodzące w zakres wynalazku nawet w ramach odchyleń na przykład ze względu na błędy pomiarowe, błędy systemowe, tolerancje DIN i tym podobne. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru danej części składowej (26), zwłaszcza części składowej maszyny przepływowej, obejmujący co najmniej następujące etapy: a) warstwowe nanoszenie co najmniej jednej warstwy (40) proszku ze sproszkowanego materiału (22, 38) części składowej na platformę budowlaną (12) w obszarze strefy montażu i łączenia (46); b) lokalne zestalanie warstwy (40) proszku przez selektywne naświetlanie za pomocą co najmniej jednej wiązki wysokoenergetycznej (34) w obszarze strefy montażu i łączenia (46) z utworzeniem warstwy (24) części składowej; c) przynajmniej częściowe odprowadzanie niezestalonego materiału (38) części składowej, przynajmniej w obszarze warstwy (24) części składowej utworzonej w etapie b) przez co najmniej jeden otwór (18) utworzony w platformie budowlanej (12); d) ponowne topienie i/lub ogrzewanie materiału części składowej do temperatury wyższej niż temperatura solidusu i zestalenie co najmniej jednego konturu krawędzi (42) co najmniej jednej warstwy (24) części składowej za pomocą wiązki wysokoenergetycznej (34); oraz e) powtarzanie etapów a) do d) aż do ukończenia obszaru części składowej lub części składowej (26). 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że odprowadzenie niezestalonego materiału (38) części składowej według etapu c) może zostać przeprowadzone po utworzeniu jednej lub większej liczby warstw (24) części składowej według etapu b). 3. Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że odprowadzanie niezestalonego materiału (38) części składowej według etapu c) przeprowadza się w regularnych lub nieregularnych interwałach. 4. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że warstwowe nanoszenie warstwy (40) proszku przebiega według etapu a) za pomocą powlekarki, przy czym otwór (18) w platformie budowlanej (12) jest zamknięty przynajmniej podczas nanoszenia pierwszej warstwy (40) proszku, przynajmniej w obszarze tworzonej części składowej (26). 5. Sposób według jednego z zastrzeżeń 1 do 4, znamienny tym, że warstwowe nanoszenie warstwy (40) proszku według etapu a) następuje przez przeniesienie materiału (22) części składowej ze zbiornika (48) materiału umieszczonego poniżej platformy budowlanej (12) przez otwór (18) na platformę budowlaną (12) przynajmniej w obszarze strefy montażu i łączenia (46). 6. Sposób według zastrzeżenia 5, znamienny tym, że nanoszenie materiału (22) części składowej następuje za pomocą urządzenia (20) do podnoszenia i opuszczania. 7. Sposób według zastrzeżenia 5 albo 6, znamienny tym, że przed lokalnym zestaleniem odpowiednio utworzonej warstwy (40) proszku według etapu b) zostaje ona wygładzona za pomocą mechanicznego urządzenia wygładzającego (36) i/lub wibracji platformy budowlanej (12) i/lub wibracji warstwy (40) proszku.

9 PL B Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że podczas odprowadzania niezestalonego materiału (38) części składowej według etapu c) materiał (38) części składowej pobudza się do drgania i/lub na materiał (38) części składowej kieruje się gaz płuczący, zwłaszcza gaz obojętny. 9. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że po jednym z etapów b), c) i/lub d) następuje obniżenie platformy budowlanej (12) o z góry określoną grubość warstwy. 10. Urządzenie do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru części składowej (26), a zwłaszcza części składowej maszyny przepływowej, zawierające co najmniej jedno źródło promieniowania (32) do wytwarzania co najmniej jednej wiązki wysokoenergetycznej (34), za pomocą której można zestalić co najmniej jedną warstwę (40) proszku materiału (22; 38) części składowej w obszarze strefy montażu i łączenia (46) platformy budowlanej (12) lokalnie do wytworzenia co najmniej jednej warstwy (24) części składowej, znamienne tym, że platforma budowlana (12) ma co najmniej jeden otwór (18) utworzony z możliwością zamknięcia lub bez możliwości zamknięcia do przynajmniej częściowego odprowadzania niezestalonego materiału (38) części składowej przynajmniej w obszarze utworzonej warstwy (24) części składowej i urządzenie (10) zawiera urządzenie sterujące, które jest skonstruowane tak, aby tak regulować źródło promieniowania (32), że przeprowadzone zostaje ponowne topienie i/lub ogrzewanie do temperatury wyższej niż temperatura solidusu materiału części składowej i zestalenie co najmniej jednego konturu krawędzi (42) przynajmniej jednej warstwy (24) części składowej za pomocą wiązki wysokoenergetycznej (34). 11. Urządzenie według zastrzeżenia 10, znamienne tym, że urządzenie (10) posiada zbiornik (48) materiały na materiał (22, 38) części składowej umieszczony i utworzony poniżej platformy budowlanej (12). 12. Urządzenie według zastrzeżenia 11, znamienne tym, że urządzenie (10) posiada urządzenie (20) do podnoszenia i opuszczania, umieszczone w zbiorniku (48) materiału. 13. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 10 do 12, znamienne tym, że urządzenie (10) posiada powlekarkę do warstwowego nanoszenia warstwy (40) proszku. 14. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 10 do 13, znamienne tym, że urządzenie (10) posiada co najmniej jedno mechaniczne urządzenie wygładzające (36) i/lub co najmniej jedno, urządzenie wibracyjne i/lub co najmniej jedno doprowadzenie gazu płuczącego i/lub połączenie prowadzące proszek przebiegające między zbiornikiem (48) materiału a powlekarką lub kolejnym zbiornikiem materiału. 15. Część składowa maszyny przepływowej, a zwłaszcza część składowa sprężarki lub turbiny, znamienna tym, że wytworzona jest przynajmniej w poszczególnych obszarach lub w całości sposobem według jednego z zastrzeżeń od 1 do 9 i/lub za pomocą urządzenia według jednego z zastrzeżeń od 10 do 14.

10 10 PL B1 Rysunki

11 PL B1 11

12 12 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)