Método para fabricar un componente mediante fusión selectiva por láser.

Método para fabricar un componente (43) mediante fusión selectiva por láser que comprende:

- construir un dispositivo

(42) de tratamiento térmico adaptado para proporcionar un tratamiento térmico al componente (43) como parte de la propia fusión selectiva por láser para fabricar el componente (43); y

- proporcionar un tratamiento térmico al componente (43) mediante el dispositivo (42) de tratamiento térmico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/062457.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: GRAICHEN,Andreas.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/08 (Dispositivos que tiene un movimiento relativo entre el haz de rayos y la pieza)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS > TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS... > Fabricación de piezas a partir de polvos metálicos,... > B22F3/105 (utilizando una corriente eléctrica, radiación láser o plasma (B22F 3/11 tiene prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/34 (Soldadura láser con otros fines que no sean los de unión)

PDF original: ES-2480294_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método para fabricar un componente mediante fusión selectiva por láser.

La presente invención se refiere a un método para fabricar un componente mediante un proceso de fusión selectiva por láser (SLM), particularmente a la fabricación y al tratamiento térmico posterior del componente.

La fusión selectiva por láser (SLM) es una técnica de fabricación que usa un láser para fundir polvos metálicos o no metálicos creando finalmente un objeto tridimensional. El láser funde selectivamente material en polvo realizando un barrido por secciones transversales generadas a partir de una descripción digital tridimensional del componente (por ejemplo a partir de un archivo informático programado) sobre la superficie de un lecho de polvo. Después de haber realizado un barrido por cada sección transversal, el lecho de polvo se baja un grosor de capa, se aplica una nueva capa de material encima y se repite el proceso hasta que el componente se ha fabricado completamente.

Con la tecnología SLM, actualmente bien documentada, pueden repararse dispositivos o productos o puede añadirse material a la superficie de un dispositivo o producto. La SLM se produce habitualmente en una cámara de proceso SLM con atmósfera controlada y con o sin temperatura de trabajo elevada. Dado que la SLM es un proceso de fusión localizado, no puede evitarse la introducción de calor en un componente o producto al añadir material a la superficie de un dispositivo o producto, aunque puede controlarse y limitarse.

En el proceso SLM, puede ocurrir que determinados materiales o una determinada combinación de materiales que pasaron a formar parte del componente durante la SLM tengan propiedades de material más o menos deseables. Para evitar cualquier tipo de propiedades de material indeseables, en ocasiones los componentes requieren tratamiento térmico o se beneficiarían de un tratamiento térmico consecutivo posterior al proceso. Por otro lado, en el caso de una reparación de dispositivos o productos existentes, puede haber múltiples elementos dentro de estos dispositivos o productos que sean muy sensibles a las altas temperaturas. Estos componentes se ven afectados negativamente por la introducción de calor y especialmente por un tratamiento térmico, posterior al proceso, del componente construido sobre los mismos. A menudo, el componente producido por SLM se trata térmicamente en una configuración o disposición separada o usando un horno en un entorno de temperatura controlada.

El documento WO-A1-1/81 31 da a conocer la fusión selectiva por láser y menciona la utilización del haz para recalentar áreas que se han enfriado y que el lecho, formado por el polvo metálico, puede calentarse por separado.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un método eficaz y económico de proporcionar tratamiento térmico local en un proceso SLM.

Dicho objeto se consigue proporcionando un método para fabricar un componente mediante fusión selectiva por láser según la reivindicación 1.

La idea subyacente es construir un dispositivo de tratamiento térmico, que está adaptado en gran medida a un componente y que se usa para proporcionar tratamiento térmico al componente que se fabrica mediante SLM como parte del propio proceso SLM para fabricar dicho componente. La ventaja se encuentra en tener la posibilidad de proporcionar tratamiento térmico, una vez fabricado el componente mediante el proceso SLM con ayuda de un dispositivo de tratamiento térmico específicamente adaptado usado sólo para el componente en cuestión. El método evita cualquier dispositivo separado para proporcionar el tratamiento térmico, haciendo así que el proceso sea rentable y rápido al reducir el tiempo de fabricación.

La SLM es un proceso capa a capa. La construcción del dispositivo de tratamiento térmico durante el propio proceso de fusión selectiva por láser del componente usando el mismo material en polvo fusible por láser usado para fabricar el componente hace que el método esté más adaptado al componente. Por ejemplo, el dispositivo de tratamiento térmico que se construye puede tener un perfil muy similar a la forma del componente que está fabricándose, haciendo de este modo que el tratamiento térmico sea eficaz, cuando se activa el dispositivo de tratamiento térmico. En dicho método, la construcción del dispositivo de tratamiento térmico también acabará cuando se termine el componente.

En una realización preferida, el dispositivo de tratamiento térmico se sitúa espacialmente con respecto al componente de tal manera que dicho dispositivo de tratamiento térmico está adaptado para proporcionar el tratamiento térmico al componente. El componente y el dispositivo de tratamiento térmico se sitúan relativamente en proximidad de modo que haya una transferencia térmica entre ellos, permitiendo el suministro del tratamiento térmico requerido cuando se activa el dispositivo de tratamiento térmico. El tratamiento térmico puede ser o bien por radiación o bien por inducción.

En una realización alternativa, el componente está hecho de un material eléctrica y térmicamente conductor. Esto permite crear una corriente inducida en el componente y generar de este modo calor para el tratamiento térmico del componente cuando se activa el dispositivo de tratamiento térmico.

En una realización alternativa, el dispositivo de tratamiento térmico tiene forma helicoidal y rodea circunferencialmente el componente. La disposición es tal que si pudiera definirse un eje alrededor del cual se construye el dispositivo de tratamiento térmico en espiral, entonces dicho eje pasa a través del componente que se fabrica. Esta disposición ayuda a producir un campo electromagnético dentro del componente lo que facilita los fenómenos de inducción electromagnética, cuando se pasa una corriente alterna a través del dispositivo de tratamiento térmico.

En una realización alternativa, el componente se fabrica sobre un dispositivo, para reparar dicho dispositivo. Esto permite la aplicación de dicho método en la reparación de dispositivos, por ejemplo en aplicaciones como la

reparación de palas de turbina o quemadores de turbina de gas dañados.

En otra realización alternativa, el método comprende además proporcionar enfriamiento al dispositivo mediante una disposición de enfriamiento. Si se usan materiales que van a añadirse a o a reparar un dispositivo o producto, surge el problema de que determinados volúmenes del dispositivo o producto deben calentarse y otras áreas enfriarse

para evitar efectos negativos del calor sobre el dispositivo o producto. La disposición de enfriamiento ayuda a

proporcionar el enfriamiento requerido a la región requerida en el dispositivo. Los medios de enfriamiento pueden ser un intercambiador de calor.

En otra realización alternativa, la disposición de enfriamiento comprende además un soporte para soportar el componente y que tiene un canal de enfriamiento integrado a través del cual fluye un medio de enfriamiento. El soporte forma parte básicamente de la disposición de enfriamiento. El medio de enfriamiento que fluye a través del canal de enfriamiento integrado básicamente enfría el soporte. El soporte además absorbe e irradia el calor conductor transferido al dispositivo durante el proceso SLM y el tratamiento térmico.

En otra realización alternativa, el soporte está hecho de un material eléctrica y magnéticamente aislante. Esto permite que el soporte no pase en absoluto la corriente eléctrica al dispositivo que va a repararse o fabricarse, lo que podría dañar los elementos sensibles en el dispositivo o impedir una corriente inducida en el soporte.

En otra realización alternativa se proporciona enfriamiento al dispositivo durante la SLM del componente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.

Método para fabricar un componente (43) mediante fusión selectiva por láser que comprende:

- construir un dispositivo (42) de tratamiento térmico adaptado para proporcionar un tratamiento térmico al componente (43) como parte de la propia fusión selectiva por láser para fabricar el componente (43); y

2.

- proporcionar un tratamiento térmico al componente (43) mediante el dispositivo (42) de tratamiento térmico.

Método según la reivindicación 1, en el que el dispositivo (42) de tratamiento térmico se sitúa espacialmente con respecto al componente (43) de tal manera que dicho dispositivo (42) de tratamiento térmico está adaptado para proporcionar el tratamiento térmico al componente (43).

3.

Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el componente (43) está hecho de un material eléctrica y térmicamente conductor.

4.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo (42) de tratamiento térmico tiene forma helicoidal.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el dispositivo (42) de tratamiento térmico en forma helicoidal rodea circunferencialmente el componente (43).

6.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el componente (43) se fabrica sobre un dispositivo (1), para reparar dicho dispositivo (1).

7.

Método según la reivindicación 6, que comprende además proporcionar enfriamiento al dispositivo mediante una disposición de enfriamiento.

8.

Método según la reivindicación 7, en el que la disposición de enfriamiento comprende además un soporte (23) para soportar el componente y que tiene un canal (28) de enfriamiento integrado a través del cual fluye un medio de enfriamiento.

9.

Método según la reivindicación 8, en el que el soporte (23) está hecho de un material eléctrica y magnéticamente aislante.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que se proporciona enfriamiento al dispositivo (1) durante la SLM del componente (43) y el tratamiento térmico del componente (43).

11.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, en el que el tratamiento térmico se proporciona al componente (43) después de la fusión selectiva por láser del componente (43).

12.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la construcción del dispositivo (42) de tratamiento térmico comprende apoyar una base (36) de dicho dispositivo de tratamiento térmico en el

soporte (23).

13.

Método según la reivindicación 12, en el que el apoyo de dicho dispositivo de tratamiento térmico en el soporte comprende apoyar dicho dispositivo de tratamiento térmico por su base (36) en una región (27) extendida del soporte (23), teniendo dicha región (27) extendida una altura específica y una superficie plana

con recubrimiento (29) de superficie metálico que rodea el componente (43).

14.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el tratamiento térmico se realiza en una cámara (5) de fusión selectiva por láser.

15.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el tratamiento térmico es un tratamiento térmico inductivo.