DE10165113B3 - Method and device for producing a shaped body - Google Patents

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DE10165113B3 DE10165113.9A DE10165113A DE10165113B3 DE 10165113 B3 DE10165113 B3 DE 10165113B3 DE 10165113 A DE10165113 A DE 10165113A DE 10165113 B3 DE10165113 B3 DE 10165113B3
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Dr. Fockele Matthias
Dr. Schwarze Dieter
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (8), bei dem man ein pulverförmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem mittels einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung ablenkbaren oder führbaren Strahl (16) entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers (8) zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt oder verschmelzt, wobei die Steuerung der Strahlablenkeinrichtung auf der Basis von Geometriebeschreibungsdaten des herzustellenden Formkörpers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass man die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls (16) auf der Schicht (S) auftreffende Strahlungsenergie des Strahls oder die durch Bestrahlung zugeführte Energie an der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der Schicht durch Änderung vorbestimmter Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit davon variiert, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht (S) auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich (52) oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt, wobei die vorbestimmten Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von und in Zuordnung zu den jeweiligen Geometriebeschreibungsdaten für die zu bestrahlenden Stellen vor der Bestrahlung der betreffenden Stellen im Voraus festgelegt werden.Method for producing a shaped body (8), in which a powdery raw material in successively prepared layers is irradiated by irradiation with at least one beam (16) which can be deflected or guided by means of a controllable beam deflection device in accordance with a cross-sectional pattern of the shaped body (8) assigned to the respective layer Solidified or merged areas, wherein the control of the beam deflector on the basis of Geometriebeschreibungsdaten of the molded article to be produced, characterized in that the per unit of time and area unit at the respective impingement of the beam (16) on the layer (S) incident radiation energy of the beam or the irradiation supplied energy at the respectively irradiated point of the layer by changing predetermined irradiation parameters depending on whether the currently irradiated area of the layer (S) on a zusamm in the solidified region (52) or unconsolidated raw material of the preceding layer, wherein the predetermined irradiation parameters are set in advance depending on and in association with the respective geometry description data for the sites to be irradiated prior to the irradiation of the respective sites.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers oder Gegenstandes nach der Methode des selektiven Pulverschmelzens oder einer anderen Prototypen-Herstellungsmethode, bei der man ein pulverförmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem, insbesondere gesteuert ablenkbaren Strahl, vorzugsweise Laserstrahl, entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt bzw. verschmelzt.The invention relates to a method for producing a shaped article or article by the method of selective powder melting or other prototyping method in which a powdered raw material in successively prepared layers by irradiation with at least one, in particular controlled deflectable beam, preferably laser beam, accordingly one of the respective layer associated cross-sectional pattern of the molding solidified or merged into contiguous areas.

Unter den Begriffen Stereolithographie, selektives Pulverschmelzen, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern u. dgl., sind in jüngerer Zeit leistungsfähige Methoden zur Herstellung von Formkörpern auch komplizierter Geometrien bekannt geworden, wobei diese häufig unter dem Begriff „rapid prototyping“ oder „rapid tooling“ oder „rapid manufacturing“ zusammengefassten Methoden im Wesentlichen auf folgendem Prinzip basieren: Der Formkörper, also irgendein herzustellender Gegenstand, wird nach Maßgabe von CAD-Daten bzw. von davon abgeleiteten geometrischen Beschreibungsdaten schichtweise aus einem zunächst flüssigen Rohmaterial oder feinkörnigen bzw. pulvrigen Rohmaterial aufgebaut, indem das Rohmaterial entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers durch selektives Bestrahlen verfestigt bzw. verschmolzen wird. Üblicherweise erfolgt das Bestrahlen mittels wenigstens einem gesteuert ablenkbaren Laserstrahl. Dabei erfolgt die Steuerung einer den Strahl ablenkenden Strahlablenkeinrichtung mittels einer Steuereinrichtung auf der Basis geometrischer Beschreibungsdaten des herzustellenden Formkörpers, welche üblicherweise von einem Mikrocomputer nach Maßgabe eines entsprechenden Programms aus CAD-Daten abgeleitet und bereitgestellt werden. Der Laserstrahl zeichnet auf der zuletzt präparierten Rohmaterialschicht das dieser Schicht zugeordnete Querschnittsmuster des Formkörpers, um das Rohmaterial dem Querschnittsmuster entsprechend selektiv zu verfestigen bzw. zu verschmelzen. Nach einem solchen Bestrahlungsschritt erfolgt dann die Präparation der nächsten Rohmaterialschicht auf der zuletzt durch Bestrahlen selektiv und bereichsweise verfestigten bzw. verschmolzenen Schicht. Nach Ausbildung einer an ihrer Oberfläche hinreichend glatten Rohmaterialschicht erfolgt dann wieder ein Belichtungsschritt in der vorstehend erläuterten Weise. Der Formkörper entsteht somit Schicht für Schicht, wobei die aufeinander folgend hergestellten Querschnitts-Schichten des Formkörpers aneinander haften.Under the terms stereolithography, selective powder melting, selective laser melting, selective laser sintering, and the like. Like., More recently, powerful methods for the production of moldings, including complicated geometries have become known, these methods are often based on the following principle summarized under the term "rapid prototyping" or "rapid tooling" or "rapid manufacturing": The molding , that is, any object to be manufactured, is built up layer by layer from a first liquid raw material or fine powdery raw material according to CAD data or geometric description data derived therefrom by solidifying the raw material by selective irradiation according to a cross sectional pattern of the molded article associated with the respective layer or merged. Usually, the irradiation takes place by means of at least one controlled deflectable laser beam. The control of a beam deflecting the beam deflection device by means of a control device based on geometric description data of the molded body to be produced, which are usually derived from a microcomputer in accordance with a corresponding program from CAD data and provided. The laser beam records on the last prepared raw material layer the cross-sectional pattern of the shaped body assigned to this layer in order to selectively solidify or fuse the raw material according to the cross-sectional pattern. After such an irradiation step, the preparation of the next raw material layer then takes place on the layer which has been finally or selectively solidified or blended by irradiation. After the formation of a raw material layer which is sufficiently smooth on its surface, an exposure step is then carried out again in the manner explained above. The shaped body thus arises layer by layer, wherein the successively produced cross-sectional layers of the shaped body adhere to one another.

Beim selektiven Verschmelzen von Metallpulvern, wie es beispielsweise in der WO 98/24574 A1 beschrieben ist, erfolgt das Präparieren der Schichten normalerweise durch Hinzugabe von Pulvermaterial auf der zuletzt verfestigten Schicht nach jedem Bestrahlungsschritt. Nach Glättung der Pulverschicht und Einstellen des Schichtniveaus relativ zur Strahlungsquelle bzw. zur Strahlablenkeinrichtung erfolgt dann der nächste Bestrahlungsschritt in der oben beschriebenen Weise. Die jeweilige Einstellung des Schichtniveaus erfolgt normalerweise durch entsprechendes Absenken einer Plattform, auf der der Formkörper schichtweise aufgebaut wird.In the selective fusion of metal powders, as for example in the WO 98/24574 A1 The preparation of the layers is normally done by adding powder material on the last solidified layer after each irradiation step. After smoothing the powder layer and adjusting the layer level relative to the radiation source or to the beam deflecting device, the next irradiation step then takes place in the manner described above. The respective adjustment of the layer level is normally carried out by appropriately lowering a platform on which the shaped body is built up in layers.

In entsprechender Weise erfolgt der Aufbau eines Formkörpers bei Methoden nach dem Prinzip des selektiven Lasersinterns (selective laser sintering), wobei insbesondere Metallpulver mit niedrigschmelzenden Bindemitteln eingesetzt werden.In a corresponding manner, the structure of a shaped body is carried out in methods according to the principle of selective laser sintering (selective laser sintering), in particular metal powder are used with low melting point binders.

Aus der US 5 427 733 A ist ein System zum selektiven Lasersintern bekannt, bei dem ein pulverförmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit einem gesteuert ablenkbaren Laserstrahl, entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers zu zusammenhängenden Bereichen durch Sintern verfestigt wird. Da unterschiedliches Wärmeleitverhalten des pulverförmigen Rohmaterials einerseits und der bereits durch Sintern verfestigten Bereiche des entstehenden Formkörpers andererseits zu lokal unterschiedlichen Aufheizeffekten des Pulvers an der jeweils bestrahlten Stelle der aktuell bearbeiteten obersten Schicht führen kann, je nachdem, ob die bestrahlte Stelle auf Rohmaterialpulver oder auf einem verfestigten Bereich der vorausgehend bearbeiteten Schicht liegt, wird in der US 5 427 733 A vorgeschlagen, die Sintertemperatur auf einen konstanten Temperaturwert zu regeln, indem durch Erfassung der von der aktuell bestrahlten Stelle ausgehenden Wärmestrahlung die Temperatur gemessen und abhängig von dem Messwert die Laserstrahlleistung so gesteuert wird, dass die Sintertemperatur stets auf einem konstanten Wert unabhängig von der Materialkonsistenz in der Umgebung der aktuell bestrahlten Stelle gehalten wird.From the US 5,427,733 A For example, there is known a selective laser sintering system in which a powdery raw material in successively prepared layers is solidified into contiguous regions by sintering with a controllably deflectable laser beam corresponding to a cross-sectional pattern of the molded article associated with each layer. On the other hand, since different thermal conduction behavior of the powdery raw material on the one hand and the already solidified by sintering areas of the resulting molded body to locally different heating effects of the powder at the respective irradiated point of the currently processed top layer, depending on whether the irradiated spot on raw material powder or on a solidified Area of the previously processed layer is in the US 5,427,733 A proposed to regulate the sintering temperature to a constant temperature value by measuring the temperature by detecting the heat radiation emanating from the currently irradiated point and the laser beam power is controlled depending on the measured value so that the sintering temperature always at a constant value regardless of the material consistency in the Environment of the currently irradiated site.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren der eingangs genannten Art eine vereinfachte Vorgehensweise zur Vermeidung des ungleichmäßigen lokalen Aufheizens bei der Bestrahlung jeweiliger Rohmaterialschichten vorzuschlagen.The present invention has for its object to propose a simplified procedure for avoiding the uneven local heating in the irradiation of respective raw material layers for a method of the type mentioned.

Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einer Methode der schnellen Prototypen-Herstellung, insbesondere selektiven Laserschmelzmethode, bei der man ein pulverförmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem, mittels einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung gesteuert ablenkbaren Strahl, vorzugsweise Laserstrahl, entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmusters des Formkörpers zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt bzw. verschmelzt, wobei die Steuerung der Strahlablenkeinrichtung auf der Basis von Geometriebeschreibungsdaten des herzustellenden Formkörpers erfolgt, wobei man die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls auf der Schicht auftreffende Strahlungsenergie des Strahls bzw. die durch Bestrahlung zugeführte Energie an der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der betreffenden Schicht durch Änderung vorbestimmter Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit davon variiert, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehend bestrahlten Schicht liegt, wobei die vorbestimmten Bestrahlungsparameter Abhängigkeit von und in Zuordnung zu den jeweiligen Geometriebeschreibungsdaten für die zu bestrahlenden Stellen vor der Bestrahlung der jeweiligen Stellen im Voraus festgelegt werden.This object is achieved according to claim 1 according to the invention by a method for producing a shaped article by a method of rapid prototyping, in particular selective laser melting method, in which one controlled a powdered raw material in successively prepared layers by irradiation with at least one, by means of a controllable beam deflecting device deflectable beam, preferably Laser beam, solidified or merged according to a respective layer associated cross-sectional pattern of the shaped body to contiguous areas, wherein the control of the beam deflector based on Geometriebeschreibungsdaten of the shaped body to be produced, wherein the per unit time and unit area incident on the respective location of the beam on the layer Radiation energy of the beam or the energy supplied by irradiation at the respectively irradiated point of the respective layer varies by changing predetermined irradiation parameters depending on whether the currently irradiated area of the layer is on a coherently solidified area or unconsolidated raw material of the previously irradiated layer wherein the predetermined irradiation parameters depend on and in association with the respective geometry description data for the sites to be irradiated before de Irradiation of the respective bodies can be determined in advance.

Es geht somit erfindungsgemäß darum, den durch Bestrahlung bewirkten Energieeintrag in den umzuschmelzenden Bereichen abhängig von den Wärmeleitungsbedingungen in der jeweiligen Umgebung des Strahlauftreffpunkts auf der betreffenden Schicht so zu variieren, dass das pulvrige Rohmaterial an sämtlichen Stellen des zu verfestigenden Querschnittsmusters bei einer Temperatur aus einem relativ kleinen Temperaturbereich verschmolzen wird. Es soll verhindert werden, dass aufgrund lokal unterschiedlicher thermischer Bedingungen (Umschmelztemperaturen) Materialspannungen bzw. Materialverzug oder sonstige nicht erwünschte Verformungen des Formkörpers entstehen.It is therefore according to the invention to vary the irradiation caused by the energy input in the areas to be reflowed depending on the heat conduction conditions in the respective environment of Strahlauftreffpunkts on the relevant layer so that the powdery raw material at all points of the cross-sectional pattern to be solidified at a temperature of a relative small temperature range is merged. It is to be prevented that, due to locally different thermal conditions (remelting temperatures), material stresses or material distortion or other undesirable deformations of the shaped body arise.

Da die Geometrie des herzustellenden Formkörpers durch die CAD-Daten bzw. durch die daraus abgeleiteten Geometriebeschreibungsdaten für die Prozesssteuerung determiniert ist und auch die den Energieeintrag in das Rohmaterial bestimmenden Parameter, wie Absorptionsvermögen des Rohmaterials für das Licht des Laserstrahls, Wärmeleiteigenschaften des Rohmaterials, Wärmeleiteigenschaften des verfestigten Materials, (ggf. geregelte) Basistemperatur des Materials, Laserstrahlintensität etc. bestimmbar sind, kann gemäß der vorliegenden Erfindung prinzipiell für jeden zu verfestigenden Punkt des Formkörpers eine im Voraus getroffene Festlegung der Bestrahlungsbedingungen erfolgen. Gemäß einer Variante dieses Aspekts der Erfindung werden somit prozessvorbereitend Datensätze mit Daten der betreffenden Bestrahlungsparameter, wie Strahlungsleistung, Bestrahlungsdauer etc. in Zuordnung zu den CAD-Daten bzw. Geometriebeschreibungsdaten des Formkörpers erzeugt. Die Datenvorbereitung wird somit so getroffen, dass nicht nur die Geometriebeschreibungsdaten als Grundlage für die Steuerung des Herstellungsprozesses im Vorfeld ermittelt werden, sondern auch die „Energieeintragparameter“ oder Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von und in Zuordnung zu den Geometriebeschreibungsdaten.Since the geometry of the shaped article to be produced is determined by the CAD data and the process control data derived therefrom, and also the parameters determining the energy input into the raw material, such as the absorption power of the raw material for the light of the laser beam, heat conduction properties of the raw material, heat conduction properties of the raw material solidified material, (optionally regulated) base temperature of the material, laser beam intensity, etc. can be determined according to the present invention can be made in principle for each point to be solidified point of the molding in advance made fixing the irradiation conditions. In accordance with a variant of this aspect of the invention, data sets with data of the relevant irradiation parameters, such as radiation power, irradiation duration, etc., are thus generated in preparation in association with the CAD data or geometry description data of the molded body. The data preparation is thus made so that not only the geometry description data are determined as a basis for the control of the manufacturing process in advance, but also the "energy input parameters" or irradiation parameters depending on and in association with the Geometriebeschreibungsdaten.

Auf diese Weise kann man die unterschiedliche Wärmetransportfähigkeit von pulvrigem Rohmaterial einerseits und bereits zusammenhängend verschmolzenem Rohmaterial andererseits berücksichtigen, um zu gewährleisten, dass der Strahl an sämtlichen belichteten Stellen eines Querschnittsmusters das Material mit im Wesentlichen der gleichen Temperatur verschmilzt. An Stellen, an denen die aktuell bestrahlte Schicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich liegt, wird die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls auf der Schicht auftreffende Strahlungsenergie größer gewählt, als in Schichtbereichen, in denen die Schicht auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt. Allgemein kann bei der Bestrahlung berücksichtigt werden, ob in beliebigen Richtungen gut wärmeleitende Pfade durch bereits verfestigtes Material des Formkörpers in der Umgebung des Strahlauftreffpunktes existieren.In this way, one can take into account the differential heat transfer capability of powdery raw material on the one hand and already fused raw material on the other to ensure that the beam fuses the material at substantially the same temperature at all exposed locations of a cross-sectional pattern. At locations where the currently irradiated layer is on a contiguously solidified area, the radiation energy incident on the layer per unit time and unit area at the point of impact of the beam is made larger than in layer areas where the layer is on unconsolidated raw material of the preceding layer. In general, it can be taken into account in the irradiation whether paths of good heat conduction exist in any direction through already solidified material of the shaped body in the vicinity of the beam impingement point.

Dem Gesichtspunkt der Berechnung oder Festlegung von Bestrahlungsparametern in Abhängigkeit von Wärmeleitungsbedingungen in der jeweiligen Umgebung der zu bestrahlenden Stellen und die geometrische Zuordnung dieser Bestrahlungsparameter zu den die zu bestrahlenden Stellen geometrisch determinierenden Geometriebeschreibungsdaten des herzustellenden Formkörpers kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbständige und besondere Bedeutung zu.The aspect of the calculation or definition of irradiation parameters as a function of heat conduction conditions in the respective surroundings of the sites to be irradiated and the geometrical assignment of these irradiation parameters to the geometrically determining geometric description data of the shaped body to be irradiated are independent and of particular importance in the context of the present invention.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung ein Verschmelzen des Rohmaterials mit vergleichsweise einheitlicher Schmelzzonentemperatur unabhängig vom jeweiligen Schmelzzonenort, also auch unabhängig davon, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich oder auf nicht verfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt.Overall, the invention makes it possible to fuse the raw material with a comparatively uniform melt zone temperature irrespective of the particular melting zone location, ie also irrespective of whether the region of the layer currently irradiated lies on a coherently solidified region or on unconsolidated raw material of the preceding layer.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3 ist in Anspruch 4 angegeben und wird des Weiteren noch unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert.An apparatus for performing the method according to any one of claims 1-3 is given in claim 4 and is further still with reference to the 1 explained in more detail.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers nach der Methode des selektiven Laserschmelzens von pulvrigem Rohmaterial, beispielsweise Stahlpulver, wobei ein Rohmaterialbehälter in einer Schnittdarstellung gezeigt ist.
The invention will be explained in more detail below with reference to the figures.
  • 1 shows in a highly schematic view of an apparatus for producing a shaped article by the method of selective laser melting of powdery raw material, such as steel powder, wherein a raw material container is shown in a sectional view.

1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Einrichtung zum selektiven Laserschmelzen oder zum selektiven Lasersintern von pulvrigem Rohmaterial 4, beispielsweise Stahlpulver oder Keramikpulver etc. Der Steuerrechner 10 steuert den Vertikalverschiebungsantrieb 12 des Trägerbehälters 2, den Laser 18, das Strahlablenksystem 20, die Fokussieroptik 21 und den verfahrbaren Glättungsschieber 22, dem eine Schleifwelle zugeordnet sein kann. Die Schleifwelle dient dazu, etwaige auf erschmolzenen und erstarrten Bereichen der zuletzt bestrahlten Schicht nach oben hin abstehende und haftende Unebenheiten zumindest teilweise abzuschleifen. Die Steuerung des Strahlablenksystems 20 erfolgt nach Maßgabe von geometrischen Beschreibungsdaten, die beispielsweise von CAD-Konstruktionsdaten des herzustellenden Formkörpers 8 abgeleitet worden sind. Der Trägerbehälter 2 befindet sich in einer Prozesskammer (nicht gezeigt), welche mit Schutzgas bespülbar oder durchspülbar ist. Ferner kann eine Pulverabsaugeinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mittels welcher bedafsweise das Pulver aus der Prozesskammer abgesaugt und einem Vorratsbehälter ggf. nach Reinigung oder Filterung des Pulvers zugeführt werden kann, beispielsweise bevor die Prozesskammer von einer Bedienungsperson geöffnet wird, um einen fertiggestellten Formkörper herauszuholen. Die Bedienungsperson wird so vor Pulverstaub geschützt. 1 shows in a highly schematic representation of a device for selective laser melting or for selective laser sintering of powdery raw material 4 , For example, steel powder or ceramic powder, etc. The control computer 10 controls the vertical displacement drive 12 of the carrier container 2 , the laser 18 , the beam deflection system 20 , the focusing optics 21 and the movable smoothing slider 22 to which a grinding shaft can be assigned. The grinding shaft serves to at least partially abrade any protruding and adhering unevenness which projects upwards and downwards on molten and solidified areas of the last layer irradiated. The control of the beam deflecting system 20 is done in accordance with geometric description data, for example, CAD design data of the molded article to be produced 8th have been derived. The carrier container 2 is located in a process chamber (not shown) which can be flushed or purged with inert gas. Furthermore, a powder suction device (not shown) may be provided, by means of which the powder can be sucked out of the process chamber and fed to a storage container, if necessary, after cleaning or filtering the powder, for example before the process chamber is opened by an operator in order to extract a finished molded article , The operator is thus protected from powder dust.

Bei dem Beispiel gemäß 1 steuert der Steuerrechner 10 den Laser 18 oder/und das Strahlablenksystem 20 oder/und die Fokussieroptik 21 ferner in der Weise, dass die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls 16 auf der Schicht S auftreffende Strahlungsenergie des Strahls in Abhängigkeit davon variiert wird, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht S auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial 4 der vorausgehenden Schicht liegt. Der Steuerrechner 10 verfügt über die geometrischen Daten der Schichten und kann daher rechnerisch bzw. durch Vergleichsoperationen die vorstehend genannten Situationen unterscheiden, um die Strahlungsenergievariationen entsprechend zu kontrollieren. In 1 liegt der von dem Laserstrahl 16 momentan belichtete Bereich 50 der Schicht S nicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich auf, sondern auf nichtverfestigtem Rohmaterial 4 der vorausgehenden Schicht. Der herzustellende Formkörper 8 hat in diesem Bereich einen Überhang bzw. eine Stufe. Da der Wärmetransport in dem pulvrigen Rohmaterial 4 weniger effizient ist als in zusammenghängend verfestigtem Material, wie beispielsweise in dem Bereich 52, ist die jeweils durch Laserbestrahlung erzeugte Temperaturerhöhung in solchen Bereichen 50 und 52 normalerweise unterschiedlich. Bei gleichen Bestrahlungsbedingungen könnte dies bedeuten, dass die momentan bestrahlte Schicht S in dem Bereich 50 am Auftreffort des Strahls 16 jeweils bis weit über den Schmelzpunkt des Rohmaterials 4 erhitzt wird, wohingegen die Bestrahlung der Schicht S in dem Bereich 52 zu einer gewünschten Temperaturerhöhung bis knapp über dem Schmelzpunkt des Materials 4 geführt hat. Erfolgt nun das Verschmelzen eines zusammenhängenden Querschnittsbereichs in der Schicht S zonenweise mit deutlich unterschiedlichen Temperaturen, so besteht die Gefahr, dass Materialspannungen erzeugt werden, Verzug in dem verfestigten Bereich entsteht und eine relativ große Konturenrauigkeit auftritt. Um dies zu verhindern, wird an den Stellen, an denen die aktuell bestrahlte Schicht S auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich 52 liegt, die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls 16 auf der Schicht S auftreffende Strahlungsenergie größer gewählt als in Schichtbereichen 50, in denen die Schicht S auf nichtverfestigtem Rohmaterial 4 der vorausgehenden Schicht liegt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass innerhalb einer belichteten Querschnittsschicht S keine signifikanten Temperaturunterschiede beim Verschmelzen aufgetreten sind. Der Strahl 16 sollte somit an jeder Stelle des zusammenhängend zu verfestigenden Bereichs das Material mit im Wesentlichen der gleichen Temperatur aufschmelzen. Die Beeinflussung der pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls auftreffenden Strahlungsenergie kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls durch entsprechende Steuerung des Strahlablenksystems 20 variiert wird oder/ und dass der „Lichtfleck“ durch Änderung der Fokussierung und somit durch Steuerung des Fokussiersystems 21 variiert wird oder/und dass die Leistung des Lasers 18 unmittelbar variiert wird. Gegebenenfalls können auch Strahlungsblenden zur Beeinflussung der Laserstrahlintensität herangezogen werden.In the example according to 1 controls the control computer 10 the laser 18 and / or the beam deflector system 20 and / or the focusing optics 21 Further, in such a way that the per unit time and area unit at the respective impact location of the beam 16 on the shift S incident radiation energy of the beam is varied depending on whether the currently irradiated area of the respective layer S on a coherently consolidated area or on unconsolidated raw material 4 the preceding layer lies. The control computer 10 has the geometric data of the layers and therefore can computationally or by comparison operations distinguish the above situations to control the radiation energy variations accordingly. In 1 is that of the laser beam 16 currently exposed area 50 the layer S not on a contiguous solidified area, but on unconsolidated raw material 4 the previous layer. The molded body to be produced 8th has an overhang or a step in this area. As the heat transfer in the powdery raw material 4 less efficient than in cohesively consolidated material, such as in the field 52 , is the temperature increase generated in each case by laser irradiation in such areas 50 and 52 usually different. Under the same irradiation conditions, this could mean that the currently irradiated layer S in that area 50 at the point of impact of the beam 16 each far above the melting point of the raw material 4 is heated, whereas the irradiation of the layer S in that area 52 to a desired temperature increase to just above the melting point of the material 4 has led. Now, the merging of a contiguous cross-sectional area in the layer occurs S zone by zone with distinctly different temperatures, there is a risk that material tensions are generated, distortion occurs in the solidified area and a relatively large contour roughness occurs. To prevent this, is at the points where the currently irradiated layer S on a coherently solidified area 52 lies, per unit time and area unit at the point of impact of the beam 16 on the shift S incident radiant energy chosen larger than in layer areas 50 in which the layer S on unconsolidated raw material 4 the preceding layer lies. In this way it can be ensured that within an exposed cross-sectional layer S no significant temperature differences have occurred during fusion. The beam 16 Thus, at each point of the contiguous area to be consolidated, the material should melt at substantially the same temperature. The influencing of the radiation energy incident on the point of impact of the beam per unit of time and unit area can be achieved, for example, by adjusting the scanning speed of the laser beam by appropriate control of the beam deflection system 20 is varied and / or that the "light spot" by changing the focus and thus by controlling the focusing system 21 is varied or / and that the power of the laser 18 is varied immediately. Optionally, radiation apertures can also be used to influence the laser beam intensity.

Claims (4)

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (8), bei dem man ein pulverförmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem mittels einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung ablenkbaren oder führbaren Strahl (16) entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers (8) zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt oder verschmelzt, wobei die Steuerung der Strahlablenkeinrichtung auf der Basis von Geometriebeschreibungsdaten des herzustellenden Formkörpers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass man die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls (16) auf der Schicht (S) auftreffende Strahlungsenergie des Strahls oder die durch Bestrahlung zugeführte Energie an der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der Schicht durch Änderung vorbestimmter Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit davon variiert, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht (S) auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich (52) oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt, wobei die vorbestimmten Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von und in Zuordnung zu den jeweiligen Geometriebeschreibungsdaten für die zu bestrahlenden Stellen vor der Bestrahlung der betreffenden Stellen im Voraus festgelegt werden.Method for producing a shaped body (8), in which a powdery raw material in successively prepared layers is irradiated by irradiation with at least one beam (16) which can be deflected or guided by means of a controllable beam deflection device in accordance with a cross-sectional pattern of the shaped body (8) assigned to the respective layer Solidified or merged areas, wherein the control of the beam deflector on the basis of Geometriebeschreibungsdaten of the shaped body to be produced, characterized in that the per unit time and unit area at the respective impingement of the beam (16) on the layer (S) incident radiation energy of the beam or the energy supplied by irradiation at the respectively currently irradiated point of the layer varies as a function of this by changing predetermined irradiation parameters, depending on whether the area currently irradiated in each case the layer (S) is disposed on a contiguous solidified region (52) or unconsolidated raw material of the preceding layer, wherein the predetermined irradiation parameters are predetermined in advance depending on and in association with the respective geometry description data for the sites to be irradiated prior to the irradiation of the respective sites become. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man an Stellen, an denen die aktuell bestrahlte Schicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich liegt, die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls (16) auf der Schicht (S) auftreffende Strahlungsenergie größer wählt als in Schichtbereichen, in denen die Schicht auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt.Method according to Claim 1 , characterized in that one selects at locations where the currently irradiated layer on a coherently solidified area, the per unit time and unit area at the impingement of the beam (16) on the layer (S) incident radiation energy greater than in layer areas in which the layer lies on unconsolidated raw material of the preceding layer. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung mit Laserstrahlung erfolgt.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the irradiation is carried out with laser radiation. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, umfassend eine Trägervorrichtung für den zu erstellenden Formkörper (8), Mittel zur Präparierung einer jeweiligen nächstfolgend zumindest bereichsweise zu verfestigenden Rohmaterialschicht auf der Trägervorrichtung oder auf einer vorausgehend präparierten und bestrahlten Schicht, eine Strahlungsquelle zur Bereitstellung eines gebündelten Strahls zur Verfestigung oder Verschmelzung des Rohmaterials in einer betreffenden Schicht, eine Strahlablenkeinrichtung (20) zur gesteuerten Ablenkung des Strahls (16), Mittel zur Beeinflussung der auf einer betreffend präparierten Schicht (S) pro Zeiteinheit und Flächeneinheit auftreffenden Strahlungsenergie und eine programmierbare Steuereinrichtung zur Steuerung der Strahlablenkeinrichtung und der Mittel zur Beeinflussung der Strahlungsenergie, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Strahlablenkeinrichtung (20) oder/und die Mittel zur Beeinflussung der Strahlungsenergie auf der Basis von Geometriebeschreibungsdaten des herzustellenden Formkörpers und von bestimmten Bestrahlungsparametern, die in Abhängigkeit von und in Zuordnung zu den jeweiligen Geometriebeschreibungsdaten für die zu bestrahlenden Stellen im Voraus festgelegt wurden, in der Weise zu steuern, dass die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls (16) auf der Schicht (S) auftreffende Strahlungsenergie des Strahls (16) in Abhängigkeit davon variiert, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht (S) auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt.Apparatus for carrying out the method according to Claim 1 . 2 or 3 comprising a carrier device for the molded body (8) to be produced, means for preparing a respective next at least partially solidified raw material layer on the carrier device or on a previously prepared and irradiated layer, a radiation source for providing a collimated beam for solidification or fusion of the raw material in a respective layer, a beam deflection device (20) for controlled deflection of the beam (16), means for influencing the incident on a respective prepared layer (S) per unit time and area unit incident radiation energy and a programmable controller for controlling the beam deflection device and the means for influencing the Radiation energy, wherein the control device is adapted to the beam deflection device (20) and / or the means for influencing the radiant energy on the basis of Geometriebeschreibungsdaten the h to be formed and certain irradiation parameters which have been set in advance in dependence on and in association with the respective geometry description data for the locations to be irradiated in such a way that the per unit time and unit area at the respective impact location of the beam (16) on the Layer (S) incident radiation energy of the beam (16) depending on whether the currently irradiated area of the layer (S) is located on a contiguous consolidated area or on unconsolidated raw material of the preceding layer.
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