[发明专利]用于加成式制造方法的具有用于粉末腔的加热装置的设施

说明书

本发明涉及一种用于加成式制造方法的设施，其具有处理室，在处理室中设有用于容纳粉末床的设备。所述设备需要提供向上敞开的粉末腔，由此能够借助能量束，例如激光束或者电子束使粉末床中的粉末层式地熔融，以形成待制造的构件。据此粉末腔设计为槽状并且由底部结构和侧边界组成。此外，设置用于粉末腔的加热装置，通过所述加热装置能够调节粉末床和在粉末床中形成的、也就是待制造的构件的温度。

本文开头所述类型的设施在EP 1 355 760 B1中被描述。在此其指的是用于选择性激光熔融的设施，其中，将粉末床在可以被加热的结构板上涂层。所述结构板同时用作待制造构件的衬垫，所述构件同样通过结构板加热。在此规定过程温度不超过500℃。

与制造中的构件相比，粉末床是较差的热导体。因此，粉末通过结构板的加热在构件的制造过程中变得越来越难，因为粉末床的相应新的层的粉末颗粒与结构板越来越远。因此对构件的温度调节也越来越难，其中，热量不仅由构件排放到不能充分加热的粉末床上，而且向上排放到处理室中。

按照DE 10 2012 206 122 A1建议，构件的温度调节也可以借助感应线圈实现，因此构件被感应加热。所使用的感应线圈在此相对于粉末床和形成中的构件运动，由此能够影响构件中的生热区域。

通过感应的热量引入与构件的几何形状有关。因此，只有在相对简单的构件几何形状和紧凑的构件构造方式时能够实现均匀的构件加热。对于较复杂的几何形状，例如横截面凸起或者侧凹，在形成中的构件内的涡流形成被干扰，由此产生不均匀的构件加热。

期望的是，能够尽可能在其整个体积上控制构件的温度调节并且尤其在整个构件中产生统一的时间上的温度特性。在此，尤其应有针对性地减慢熔池和刚产生的构件区域的迅速冷却。由此应抑制内应力的形成。此外，如果应实现某些组织状态，则构件中的冷却速度是重要的。例如在由镍基超合金构成的构件中，对于高温强度的设置重要的是，在组织中存在较大比例的γ’沉淀。然而，构件只有在约1150℃的γ’固相温度以下比约1℃/s更慢地冷却时，才形成γ’沉淀。因此在由镍基超合金制造构件时期望的是，将熔池附近的构件的冷却限制在冷却温度(至少低于γ’固相温度)。

本发明所要解决的技术问题在于，对本文开头所述类型的设施进行扩展设计，从而能够相对均匀地和/或较慢地冷却在设施中制造的构件。

该技术问题按本发明通过一种本文开头所述的设施由此解决，即用于容纳粉末床的设备具有包围粉末腔的热学的绝缘结构，所述绝缘结构(亦即绝热结构)在侧边界上并且在粉末腔下方包围粉末腔。按照本发明，热学的绝缘结构理解为相对于侧边界具有较低导热能力的固体，因此在待制造构件和粉末床中保存的热量经过侧边界被放慢。由此也降低了构件中的冷却速度并且可以借助加热装置对粉末床和制造中的构件进行有效的温度调节。尤其可行的是，粉末床在距离用于构件制造的衬垫(结构板，其可以通过底部结构提供或者固定在底部结构上)较远的层中也可以进行均匀的温度调节。由此尤其可行的是，控制制造中的构件的冷却速度，由此减少在构件中形成的应力。此外可以有利地实现某些组织状态，它们由于组织中的扩散过程只在冷却速度不过高时调节形成(例如在由镍基超合金构成的构件中形成γ’沉淀，其例如用于制造涡轮叶片)。

按照本发明还规定，所述绝缘结构设计为槽状，其中，所述设备用于将粉末床容纳在绝缘结构的槽状凹处中。这具有的优点是，绝缘结构不只在侧边界上而且也在底部结构下方形成绝缘。底部结构可以与绝缘结构固定相连或者布置在绝缘结构下方，使得底部结构可以独立于绝缘结构地运动。也就是底部结构优选轴向可沿竖直方向运动地设计，以使其可以在制造粉末层时分级地下降，以将粉末床表面的水平保持恒定。对于用于使底部结构运动的执行器，可以在绝缘结构中设置适当的凹处或者开口。

按照本发明的另一设计方案规定，所述绝缘结构和所述用于容纳粉末床的设备具有至少800℃的耐热性。由此确保了对于粉末床和待制造构件的温度调节，较高的温度也有利地是可行的。例如可以将由镍基超合金构成的粉末调节到1000℃，因此在达到γ’固相温度时与制造的构件的温度差只还有150℃。由此确保了1℃/s的冷却速度。

此外可以有利地规定，所述绝缘结构具有最高0.5W/mK的导热性。所述导热性有利地导致粉末床向外的有效热绝缘。绝缘结构可以由多孔的矿物材料构成。尤其可以将膨胀的珠光岩用作材料。其通过在800-1000℃的温度时对珠光岩原料进行退火获得并且同时具有较高的耐热性和较低的密度。通过膨胀的珠光岩能够实现0.04至0.07W/mK的导热性，因此有利地确保了绝缘结构的较高热绝缘能力。