DE102020131032A1 - Process for displacing a continuous energy beam and manufacturing device - Google Patents
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Abstract
In einem Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls (5) entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen (17) ausgebildeten Bestrahlungspfads (101) ist der Bestrahlungspfads (101) dazu vorgesehen, in einem Arbeitsbereich (9) einer Fertigungseinrichtung (1) ein Pulvermaterial (2) in einer Pulverschicht zu verfestigen. Im Verfahren erfolgt ein Einstrahlen des kontinuierlichen Energiestrahls (5) auf das Pulvermaterial (2), um im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens eine Schicht eines Bauteils (4) zu formen. Ferner erfolgt ein Verlagern des Energiestrahls (5) innerhalb des Arbeitsbereichs (9) durch ein Überlagern einer optischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Ablenkeinrichtung (13) und einer mechanischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Scannereinrichtung (7). Die mechanische Ablenkung ist dazu ausgebildet, den Energiestrahl (5) an einer Mehrzahl von im Arbeitsbereich (9) angeordneten Bestrahlungspositionen (11) zu positionieren, wobei die Bestrahlungspositionen (11) den Arbeitsbereich (9) im Wesentlichen aufspannen. Die optische Ablenkung ist dazu ausgebildet, den Energiestrahl (5) um jede der Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) abzulenken. Die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung werden zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert, um die Abfolge von Strahlpositionen (17) mit dem Energiestrahl (5) abzutasten.In a method for displacing a continuous energy beam (5) along an irradiation path (101) formed by a sequence of beam positions (17), the irradiation path (101) is provided to apply a powder material (2nd ) to solidify in a powder layer. In the process, the continuous energy beam (5) is radiated onto the powder material (2) in order to form a layer of a component (4) as part of an additive manufacturing process. Furthermore, the energy beam (5) is shifted within the working area (9) by superimposing an optical deflection of the energy beam (5) with a deflection device (13) and a mechanical deflection of the energy beam (5) with a scanner device (7). The mechanical deflection is designed to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11) arranged in the working area (9), the irradiation positions (11) essentially spanning the working area (9). The optical deflection is designed to deflect the energy beam (5) around each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17). The optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to scan the sequence of beam positions (17) with the energy beam (5).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen ausgebildeten Bestrahlungspfads. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial.The present invention relates to methods for displacing a continuous beam of energy along a radiation path formed by a sequence of beam positions. Furthermore, the invention relates to a device for the additive manufacturing of components from a powder material.
Die laserbasierte additive (auch generative) Fertigung von, insbesondere metallischen oder keramischen, Bauteilen basiert auf einem Verfestigen eines in Pulverform vorliegenden Ausgangsmaterials durch die Bestrahlung mit Laserlicht. Beim additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial wird typischerweise ein Energiestrahl wie ein Laserstrahl an vorbestimmte Bestrahlungspositionen eines Arbeitsbereichs - insbesondere entlang eines vorbestimmten Bestrahlungspfads - verlagert, um in dem Arbeitsbereich angeordnetes Pulvermaterial lokal zu verfestigen. Dies wird insbesondere schichtweise in aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten wiederholt, um schließlich ein dreidimensionales Bauteil aus verfestigtem Pulvermaterial zu erhalten.The laser-based additive (also generative) manufacturing of, in particular metallic or ceramic, components is based on solidifying a starting material in powder form by irradiating it with laser light. When additively manufacturing components from a powder material, an energy beam such as a laser beam is typically displaced to predetermined irradiation positions of a work area—in particular along a predetermined irradiation path—in order to locally solidify powder material arranged in the work area. In particular, this is repeated layer by layer in powder material layers arranged one after the other in the working area, in order finally to obtain a three-dimensional component made of solidified powder material.
Additive Fertigungsverfahren sind auch bekannt als Pulverbett-basierte Verfahren zum Herstellen von Bauteilen in einem Pulverbett, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), direktes Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die hierin offenbarten Fertigungseinrichtung sind demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven Fertigungsverfahren.Additive manufacturing processes are also known as powder bed-based processes for manufacturing components in a powder bed, selective laser melting, selective laser sintering, laser metal fusion (laser metal fusion - LMF), direct metal laser melting (direct metal laser melting - DMLM). ), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), and Laser Engineered Net Shaping (LENS). The manufacturing device disclosed herein is accordingly set up in particular for carrying out at least one of the aforementioned additive manufacturing methods.
Die hierin offenbarten Konzepte können unter anderem in Maschinen für den (metallischen) 3D-Druck eingesetzt. Eine beispielhafte Maschine zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten ist in der
In die Wechselwirkung des Energiestrahls mit dem Pulvermaterial gehen seitens des Energiestrahls Parameter wie Intensität/Energie, Strahldurchmesser, Abtastgeschwindigkeit, Verweildauer an einem Ort sowie seitens des Pulvermaterialtyps Parameter wie Korngrößenverteilung und chemische Zusammensetzung ein. Ferner gehen hinsichtlich des Energieeintrags thermische Parameter ein, die sich unter anderem aus der Umgebung der Wechselwirkungszone ergeben. So leiten bereits verfestigte Bereiche bereits erzeugter Schichten des Bauteils sowie bereits verfestigte, an die Wechselwirkungszone angrenzende Bereiche der gleichen Schicht die eingebrachte Wärme besser ab, als nicht (oder noch nicht) verschmolzenes Pulvermaterial, das sich unter eine Struktur des Bauteils oder in der gleichen Schicht befinden kann. Überhitzt aufgeschmolzenes Pulvermaterial, können sich Tropfen aus der Schmelze lösen/aufspritzen, wodurch sie allgemein die Produktqualität und den Herstellungsprozess nachteilig beeinflussen können.In the interaction of the energy beam with the powder material, parameters such as intensity/energy, beam diameter, scanning speed, dwell time at one location and, on the part of the powder material type, parameters such as grain size distribution and chemical composition enter into the energy beam. Furthermore, with regard to the energy input, thermal parameters that result from the environment of the interaction zone, among other things, also have an impact. Thus, already solidified areas of already created layers of the component as well as already solidified areas of the same layer adjoining the interaction zone dissipate the introduced heat better than unfused (or not yet) powder material that is under a structure of the component or in the same layer can be located. If powder material is overheated, droplets can detach/splash from the melt, which can adversely affect product quality and the manufacturing process in general.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Bestrahlungskonzepte und insbesondere Bestrahlungspfade zu ermöglichen, die über die Einschränkungen einer konventionellen Scannereinrichtung hinausgehen. Insbesondere soll ein Überhitzen des aufgeschmolzenen Pulvers unabhängig vom Verlauf des Bestrahlungspfades vermieden werden, wobei dies möglichst auch beim Einbringen hoher Energien gewährleistet sein soll. Ferner liegt eine Aufgabe darin, Verfahren zum flexibel einstellbaren Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls entlang eines Bestrahlungspfad sowie eine Vorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial zur Umsetzung derartiger Verfahren anzugeben.One aspect of this disclosure is based on the task of enabling irradiation concepts and in particular irradiation paths that go beyond the limitations of a conventional scanner device. In particular, overheating of the melted powder should be avoided, regardless of the course of the irradiation path, and this should also be ensured as far as possible when high energies are introduced. Furthermore, an object is to specify a method for the flexibly adjustable displacement of a continuous energy beam along a radiation path and a device for the additive manufacturing of components from a powder material for the implementation of such methods.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Fertigungseinrichtung nach Anspruch 21. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.At least one of these objects is achieved by a method according to claim 1 and by a production device according to
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen ausgebildeten Bestrahlungspfads, der dazu vorgesehen ist, in einem Arbeitsbereich einer Fertigungseinrichtung ein Pulvermaterial in einer Pulverschicht zu verfestigen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Einstrahlen des kontinuierlichen Energiestrahls auf das Pulvermaterial, um im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens eine Schicht eines Bauteils zu formen; und
- - Verlagern des Energiestrahls innerhalb des Arbeitsbereichs durch ein Überlagern einer optischen Ablenkung des Energiestrahls mit einer Ablenkeinrichtung und einer mechanischen Ablenkung des Energiestrahls mit einer Scannereinrichtung, wobei
- - die mechanische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl an einer Mehrzahl von im Arbeitsbereich angeordneten Bestrahlungspositionen zu positionieren, wobei die Bestrahlungspositionen den Arbeitsbereich im Wesentlichen aufspannen, und
- - die optische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl um jede der Bestrahlungspositionen innerhalb eines Strahlbereichs auf mindestens eine Strahlposition
der Abfolge von Strahlpositionen abzulenken.One aspect relates to a method for displacing a continuous energy beam along an irradiation path formed by a sequence of beam positions, which is intended to solidify a powder material in a powder layer in a work area of a production facility. The procedure includes the steps:
- - irradiating the continuous energy beam onto the powder material in order to form a layer of a component as part of an additive manufacturing process; and
- - Relocating the energy beam within the work area by superimposing an optical deflection of the energy beam with a deflection device and a mechanical deflection of the energy beam with a scanner device, wherein
- - the mechanical deflection is designed to position the energy beam at a plurality of irradiation positions arranged in the work area, the irradiation positions essentially spanning the work area, and
- - The optical deflection is designed to the energy beam to each of the Bereisungspo positions within a beam area to at least one beam position
the sequence of beam positions.
Die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung werden zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert, um die Abfolge von Strahlpositionen mit dem Energiestrahl abzutasten.The optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially to scan the sequence of beam positions with the energy beam.
In einem weiteren Aspekt weist eine Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, das in einem Arbeitsbereich bereitgestellt wird, auf:
- - eine Strahlerzeugungseinrichtung, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines kontinuierlichen Energiestrahls zum Bestrahlen des Pulvermaterials,
- - eine Scannereinrichtung, die für eine mechanische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl an einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu positionieren, wobei die Bestrahlungspositionen den Arbeitsbereich im Wesentlichen aufspannen,
- - eine Ablenkeinrichtung, die für eine optische Ablenkung eingerichtet ist, den Energiestrahl um jede der Bestrahlungspositionen innerhalb eines Strahlbereichs auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen abzulenken, und
- - eine Steuereinrichtung, die mit der Scannereinrichtung und der Ablenkeinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart anzusteuern, dass die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert werden, um mit dem kontinuierlichen Energiestrahl einen durch eine Abfolge der Strahlpositionen ausgebildeten Bestrahlungspfad, der dazu vorgesehen ist, im Arbeitsbereich das Pulvermaterial in einer Pulverschicht zu verfestigen, abzutasten.
- - a beam generating device that is set up to generate a continuous energy beam for irradiating the powder material,
- - a scanner device which is set up for mechanical deflection in order to position the energy beam at a plurality of irradiation positions, the irradiation positions essentially spanning the working area,
- - a deflection device, which is set up for an optical deflection, to deflect the energy beam around each of the irradiation positions within a beam area to at least one beam position of the sequence of beam positions, and
- - a control device, which is operatively connected to the scanner device and the deflection device and is set up to control the deflection device and the scanner device in such a way that the optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to use the continuous energy beam to create a sequence of beam positions trained irradiation path, which is intended to solidify the powder material in a powder layer in the work area to scan.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass das Verändern der optischen Ablenkung und das Verändern der mechanischen Ablenkung zeitgleich derart erfolgen, dass die Abfolge von Strahlpositionen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit oder in einem Soll-Geschwindigkeitsbereich um die vorgegebene Geschwindigkeit abgetastet wird. Insbesondere kann eine Scangeschwindigkeit der mechanischen Ablenkung, die optional in einer Einstellbarkeit durch einen Massenträgheitsparameter einer bewegten Komponente der Scannereinrichtung (z.B. ein Umlenkspiegel eines Galvoscanners) limitiert sein kann, beim Verändern der optischen Ablenkung und beim Verändern der mechanischen Ablenkung berücksichtigt werden.In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the changing of the optical deflection and the changing of the mechanical deflection take place at the same time in such a way that the sequence of beam positions is carried out at a specified speed or in a target speed range around the specified speed is scanned. In particular, a scanning speed of the mechanical deflection, which can optionally be limited in terms of adjustability by a mass inertia parameter of a moving component of the scanner device (e.g. a deflection mirror of a galvo scanner), can be taken into account when changing the optical deflection and when changing the mechanical deflection.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in einer Richtung quer zum Bestrahlungspfad zumindest teilweise kompensiert, sodass der Bestrahlungspfad von einer Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspositionen abweicht. Optional kann die optische Ablenkung des Energiestrahls eine Komponente in Richtung des Bestrahlungspfads aufweisen, sodass insbesondere eine Geschwindigkeit, mit der die Abfolge von Strahlpositionen in einem Segment des Bestrahlungspfads abgetastet wird, konstant ist oder in einem Soll-Geschwindigkeitsbereich um eine vorgegebene Geschwindigkeit bleibt.In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that a change in the optical deflection of the energy beam at least partially compensates for a change in the mechanical deflection of the energy beam in a direction transverse to the irradiation path, so that the irradiation path changes from a sequence of with the scanner device set irradiation positions. Optionally, the optical deflection of the energy beam can have a component in the direction of the radiation path, so that in particular a speed at which the sequence of beam positions in a segment of the radiation path is scanned is constant or remains in a target speed range around a predefined speed.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und die Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in mindestens einer ersten Richtung zumindest teilweise kompensieren. Zusätzlich oder alternativ können sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in mindestens einer zweiten Richtung addieren.In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam in at least a first direction at least partially compensate each other. Additionally or alternatively, a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can add up in at least a second direction.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad ein Krümmungssegment umfassen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass der Energiestrahl kontinuierlich entlang des Krümmungssegments verlagert wird. Insbesondere kann das Verändern der mechanischen Ablenkung kontinuierlich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspositionen bewirken, die auf einem gekrümmten Scanpfad angeordnet ist, wobei eine Krümmung des Scanpfads geringer ist als eine Krümmung des Krümmungssegments.In some developments of the method, the irradiation path can include a curved segment. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is continuously displaced along the curved segment. In particular, the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed. Additionally or alternatively, the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scan path, with a curvature of the scan path being less than a curvature of the curved segment.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad zwei, insbesondere lineare, und gemeinsam eine Bestrahlungspfadecke ausbildende Bestrahlungspfadsegmente umfassen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass der Energiestrahl kontinuierlich entlang eines jeden der Bestrahlungspfadsegmente verlagert wird. Insbesondere kann der Energiestrahl entlang mindestens eines der zwei Bestrahlungspfadsegmente in Richtung der Bestrahlungspfadecke verlagert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Verändern der mechanischen Ablenkung kontinuierlich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, erfolgen. Weiter zusätzlich oder alternativ kann die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspositionen bewirken, die auf einem gekrümmten Scanpfad angeordnet ist.In some developments of the method, the radiation path can include two, in particular linear, radiation path segments that together form a radiation path corner. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is continuously displaced along each of the irradiation path segments. In particular, the energy beam along at least one of the two Irradiation paths ments are shifted in the direction of the radiation path corner. Additionally or alternatively, the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed. Furthermore, additionally or alternatively, the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scanning path.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad zwei, insbesondere lineare, und gemeinsam eine Bestrahlungspfadecke ausbildende Bestrahlungspfadsegmente umfassen, die jeweils eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfassen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass der Energiestrahl abwechselnd auf mindestens eine Strahlposition der Unterabfolge einer ersten der Bestrahlungspfadsegmente und mindestens eine Strahlposition der Unterabfolge einer zweiten der Bestrahlungspfadsegmente verlagert wird. Insbesondere kann das Verändern der mechanischen Ablenkung kontinuierlich, optional mit variierender Scangeschwindigkeit, erfolgen und/oder die mechanische Ablenkung kann eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspositionen bewirken, die auf einem gekrümmten Scanpfad angeordnet ist. Alternativ oder Zusätzlich kann das Verlagern mit der optischen Ablenkung zwischen den Unterabfolgen sprunghaft erfolgen.In some developments of the method, the radiation path can include two, in particular linear, radiation path segments that together form a radiation path corner, each of which includes a subsequence of beam positions. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is shifted alternately to at least one beam position of the subsequence of a first of the radiation path segments and at least one beam position of the subsequence of a second of the radiation path segments. In particular, the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scan speed, and/or the mechanical deflection can cause a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scan path. Alternatively or additionally, the shifting with the optical deflection between the sub-sequences can take place abruptly.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann die Scannereinrichtung eine Abfolge von Bestrahlungspositionen mit gleichbleibender, optional mit einer variierender, Scangeschwindigkeit abfahren.In some developments of the method, the scanner device can scan a sequence of irradiation positions with a constant, optionally with a varying, scanning speed.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfassen, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer Bestrahlungsposition fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines zugehörigen Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung liegen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass die Unterabfolge nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet wird.In some developments of the method, the irradiation path can comprise a subsequence of beam positions, the positions of which lie within an associated beam region of the deflection device when the mechanical deflection is fixed at an irradiation position in the working area. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the sub-sequence is scanned only by changing the optical deflection while the mechanical deflection is fixed.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann die Unterabfolge von Strahlpositionen eine Aufreihung von parallel verlaufenden, insbesondere linearen, Scanvektoren ausbilden und eine Länge eines jeden der Scanvektoren kann kleiner oder gleich einem Ausmaß des Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung in Richtung des jeweiligen Scanvektors sein.In some developments of the method, the sub-sequence of beam positions can form a series of parallel, in particular linear, scan vectors, and a length of each of the scan vectors can be less than or equal to an extent of the beam area of the deflection device in the direction of the respective scan vector.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Strahlpositionen umfassen, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer jeweils zu einer Unterabfolge gehörenden Bestrahlungsposition fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung liegen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass
- - jede der Mehrzahl von Unterabfolgen nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet wird und
- - zwischen dem Abtasten von zwei Unterabfolgen der Mehrzahl von Unterabfolgen die mechanische Ablenkung von einer Bestrahlungsposition zu einer anderen Bestrahlungsposition verändert wird.
- - each of the plurality of subsequences is scanned only by a variation of the optical deflection with the mechanical deflection fixed, and
- - between the scanning of two subsequences of the plurality of subsequences, the mechanical deflection is changed from one irradiation position to another irradiation position.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad ferner eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfassen, die durch eine Veränderung der mechanischen Ablenkung bei fixierter oder variierender optischer Ablenkung eingenommen werden.In some developments of the method, the irradiation path can also include a sub-sequence of beam positions that are assumed by changing the mechanical deflection with a fixed or varying optical deflection.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass eine Geschwindigkeit, mit der eine Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen abgetastet wird, unabhängig davon ist, ob eine der Strahlpositionen der Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen durch das Verändern der optischen Ablenkung und/oder das Verändern der mechanischen Ablenkung eingenommen werden.In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the speed at which a sequence of spatially adjacent beam positions is scanned is independent of whether one of the beam positions in the sequence of spatially adjacent beam positions is changed by changing the optical deflection and/or changing the mechanical deflection.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann die Ablenkeinrichtung in einem für den Energiestrahl vorgesehenen Durchtrittsbereichs ein optisches, insbesondere transparentes, Material wie einen Kristall umfassen, das optische Eigenschaften aufweist, die zum Bewirken der optischen Ablenkung eingestellt werden können.In some developments of the method, the deflection device can comprise an optical, in particular transparent, material such as a crystal in a passage region provided for the energy beam, which material has optical properties that can be set to bring about the optical deflection.
In einigen Weiterbildungen kann das Verfahren ferner umfassen:
- - Anregen einer akustischen Welle mit einer akustischen Wellenlänge im optischen Material zur Ausbildung eines akusto-optischen Beugungsgitters,
- - Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich,
- - Beugen des Energiestrahls am akusto-optischen Beugungsgitter zu einem großen Teil, insbesondere zu mindestens 80 % und bevorzugt zu mindestens 90 %, unter einem Beugungswinkel in eine erste Beugungsordnung,
- - Führen des gebeugten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen (17), und
- - Verändern der optischen Ablenkung des Energiestrahls durch Ändern der akustischen Wellenlänge. Dabei kann das Ändern der akustischen Wellenlänge den Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung derart ändern, dass der gebeugte Energiestrahls an eine zweite der Strahlpositionen geführt wird. Insbesondere kann die akustische Wellenlänge schrittweise um eine
- - Excitation of an acoustic wave with an acoustic wavelength in the optical material to form an acousto-optical diffraction grating,
- - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- - Bending the energy beam at the acousto-optic diffraction grating to a large extent, in particular at least 80% and before pulls at least 90%, under a diffraction angle in a first diffraction order,
- - guiding the diffracted energy beam to a first of the beam positions (17), and
- - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the acoustic wavelength. In this case, changing the acoustic wavelength can change the diffraction angle of the first diffraction order in such a way that the diffracted energy beam is guided to a second of the beam positions. In particular, the acoustic wavelength step by step by one
Wellenlängenänderung verändert werden, sodass der Energiestrahl Energie in Strahlpositionen des Bestrahlungspfads nacheinander einbringt, wobei in einer Übergangszeit, in der im Durchtrittsbereich zwei akustische Wellenlängen vorliegen, Energie in zwei Strahlpositionen gleichzeitig eingebracht wird. Ferner kann dabei die Wellenlängenänderung eine Änderung im Beugungswinkel derart bewirken, dass räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen des Bestrahlungspfads oder räumlich beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Strahlpositionen zeitlich aufeinanderfolgend vom Energiestrahl abgetastet werden.Wavelength change are changed, so that the energy beam successively introduces energy in beam positions of the irradiation path, wherein in a transitional period in which there are two acoustic wavelengths in the passage region, energy is introduced simultaneously in two beam positions. Furthermore, the wavelength change can bring about a change in the diffraction angle such that spatially adjacent beam positions of the irradiation path or spatially spaced, in particular thermally decoupled, beam positions are scanned sequentially in time by the energy beam.
In einigen Weiterbildungen kann die Ablenkeinrichtung derart angesteuert werden, dass mindestens eine Strahlposition beim Abtasten der Abfolge von Strahlpositionen übersprungen wird, wobei die übersprungene Strahlposition zu einem nachfolgenden Zeitpunkt abgetastet wird.In some developments, the deflection device can be controlled in such a way that at least one beam position is skipped when scanning the sequence of beam positions, with the skipped beam position being scanned at a subsequent point in time.
In einigen Weiterbildungen kann das Verfahren ferner umfassen:
- - Anlegen einer Spannung am optischen Material zum Einstellen eines Brechungsindex oder eines Brechungsindexgradienten,
- - Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich,
- - Ablenken des Energiestrahls basierend auf dem eingestellten Brechungsindex oder Brechungsindexgradienten,
- - Führen des abgelenkten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen, und
- - Verändern der optischen Ablenkung des Energiestrahls durch Ändern der angelegten Spannung.
- - applying a voltage to the optical material to adjust a refractive index or a refractive index gradient,
- - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- - deflection of the energy beam based on the adjusted refractive index or refractive index gradient,
- - directing the deflected energy beam to a first one of the beam positions, and
- - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the applied voltage.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Ablenkeinrichtung dazu eingerichtet sein, den Energiestrahl sprunghaft an eine Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen zu verlagern.In some developments of the production device, the deflection device can be set up to suddenly shift the energy beam to a plurality of discrete beam positions.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Scannereinrichtung und die Ablenkeinrichtung gemäß den hierin offenbarten Verfahren anzusteuern. Die Scannereinrichtung kann mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezo-Scanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf aufweisen.In some developments of the production device, the control device can be set up to control the scanner device and the deflection device according to the methods disclosed herein. The scanner device can have at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head that can be displaced relative to the work area.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Ablenkeinrichtung mindestens einen elektro-optischen Deflektor und/oder akusto-optischen Deflektor, vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte elektro-optische oder akusto-optische Deflektoren, aufweist. Die Ablenkeinrichtung kann mindestens einen akusto-optischen Deflektor mit einem optischen Material, wie einem Kristall, und einem Anreger zum Erzeugen akustischer Wellen im optischen Material aufweist.In some developments of the production device, the deflection device can have at least one electro-optical deflector and/or acousto-optical deflector, preferably two electro-optical or acousto-optical deflectors that are not oriented parallel, in particular perpendicular to one another. The deflection device can have at least one acousto-optical deflector with an optical material, such as a crystal, and an exciter for generating acoustic waves in the optical material.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Strahlerzeugungseinrichtung als Dauerstrich-Laser ausgebildet sein.In some developments of the manufacturing device, the beam generating device can be designed as a continuous wave laser.
Hierin wird unter einer optischen Ablenkung eine mit einer Ablenkeinrichtung optisch induzierte Ablenkung verstanden. Ein Beispiel für eine optische Ablenkung ist eine Variation eines optischen Parameters eines optischen Mediums im Strahlengang, die eine Änderung des Strahlengangs bewirkt. Die optische Ablenkung unterscheidet sich von einer mechanischen Ablenkung, die als eine mit einer Scannereinrichtung mechanisch induzierte Ablenkung verstanden wird. Ein Beispiel für eine mechanische Ablenkung ist eine mechanisch-kontrollierte reflektive Ablenkung eines Laserstrahls.Here, an optical deflection is understood to mean a deflection optically induced with a deflection device. An example of an optical deflection is a variation of an optical parameter of an optical medium in the beam path, which causes a change in the beam path. The optical deflection differs from a mechanical deflection, which is understood as a deflection mechanically induced with a scanner device. An example of a mechanical deflection is a mechanically-controlled reflective deflection of a laser beam.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
-
1 eine schematische räumliche Darstellung einer Fertigungseinrichtung zur generativen Fertigung, -
2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Strahlengangs der Fertigungseinrichtung , -
3A -3C Skizzen zur Erläuterung einer akusto-optischen Ablenkung bei der generativen Fertigung, -
4 eine Skizze zur Erläuterung einer elektro-optischen Ablenkung bei der generativen Fertigung, -
5A -5C Skizzen zu linearen Abtastvorgängen basierend auf optischen Ablenkungen, -
6 eine Skizze zur Verdeutlichung der gleichzeitigen Belichtung von Scanvektoren in Bestrahlungszonen, -
7A -8 Skizzen zur Verdeutlichung von auf mechanischer Ablenkung und optischer Ablenkung basierenden Bestrahlungspfaden, -
9A und9B Skizzen von Bestrahlungspfaden, die mit einer lateralen optischen Ablenkung eine Verbreiterung eines „mechanischen“ Scanvektors nutzen, und -
10A -10D Skizzen zur additiven Fertigung von filigranen Strukturen.
-
1 a schematic spatial representation of a manufacturing facility for additive manufacturing, -
2 a schematic representation of an exemplary beam path of the production facility, -
3A -3C Sketches to explain an acousto-optical deflection in additive manufacturing, -
4 a sketch to explain an electro-optical deflection in additive manufacturing, -
5A -5C Sketches for linear scanning processes based on optical deflections, -
6 a sketch to clarify the simultaneous exposure of scan vectors in irradiation zones, -
7A -8th Sketches to clarify radiation paths based on mechanical deflection and optical deflection, -
9A and9B Sketches of radiation paths that use a broadening of a "mechanical" scan vector with a lateral optical deflection, and -
10A -10D Sketches for additive manufacturing of filigree structures.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine Positionierung des Energiestrahls auf einem Pulverbett einer additiven Fertigungseinrichtung aufgeteilt werden kann in
- a) eine mechanische Ablenkung mittels einer oder mehrerer trägen Achsen, die eine niedrige Beschleunigung mit einer üblicherweise großen Bewegungsreichweite aufweisen, und
- b) eine optische Ablenkung mittels einer oder mehrerer dynamischen Achsen, die eine höhere Beschleunigung mit einer üblicherweise kleineren Bewegungsreichweite aufweisen.
- a) mechanical deflection by means of one or more inertial axes exhibiting low acceleration with a usually large range of motion, and
- b) an optical deflection using one or more dynamic axes that have a higher acceleration with a usually smaller range of motion.
Eine Ablenkung um träge Achsen erfolgt bei der additiven Fertigung üblicherweise durch Positionieren von Spiegeln in einer Scannereinrichtung und wird hierin als mechanische Ablenkung bezeichnet. Scannereinrichtungen werden z.B. mit Scangeschwindigkeiten im Prozess von einigen Hundert Millimeter pro Sekunde betrieben, mit maximalen Scangeschwindigkeit in der Größenordnung von m/s (beispielsweise bis zu 30 m/s). So weisen Galvoscanner Scangeschwindigkeiten von z.B. 1 m/s bis zu 30 m/s auf.Deflection about inertial axes is typically accomplished in additive manufacturing by positioning mirrors in a scanner device and is referred to herein as mechanical deflection. Scanner devices are operated, for example, with in-process scanning speeds of a few hundred millimeters per second, with maximum scanning speeds of the order of m/s (e.g. up to 30 m/s). Galvo scanners have scanning speeds of e.g. 1 m/s up to 30 m/s.
Eine Ablenkung um dynamische schnelle Achsen kann durch Einflussnahme auf optische Eigenschaften von optischen Elementen/Materialien im Strahlengang des Energiestrahls in der Fertigungseinrichtung erfolgen. Dies wird hierin als optische Ablenkung bezeichnet. Sie kann z.B. durch akusto-optische oder elektro-optische Effekte in einem optischen Kristall bewirkt werden. Der optische Kristall wechselwirkt mit dem Energiestrahl und beeinflusst den Strahlengang sehr schnell, dass Wechselzeiten zwischen Strahlpositionen in der Größenordnung von 1 µs und entsprechende Wechselgeschwindigkeiten je nach Sprungweite bis zu einigen 1.000 m/s (z.B. 10.000 m/s und mehr möglich) werden. Ein Ablenkungswinkel des Energiestrahls z.B. mit einem akusto-optischen Deflektor (AOD) oder einem elektro-optischen Deflektor (EOD) - als Beispiele für einen optischen Festkörper-Deflektor („optical solid state deflector“) - kann durch ein Variieren der akustischen Anregungsfrequenz oder einer angelegten Spannung in einem Ablenkungsbereich um einen zentralen Wert eingestellt werden. Maximale Scannerbeschleunigungen bei AODs und EODs können bei 160.000 rad/s2 liegen. Je nach Dimensionierung der additiven Fertigungseinrichtung ergeben sich so Scannerbeschleunigungen von z.B. 80.000 m/s2 (in Abhängigkeit des jeweiligen Arbeitsabstands vom AOD/EOD).A deflection about dynamic, fast axes can take place by influencing the optical properties of optical elements/materials in the beam path of the energy beam in the production facility. This is referred to herein as optical deflection. It can be brought about, for example, by acousto-optical or electro-optical effects in an optical crystal. The optical crystal interacts with the energy beam and influences the beam path very quickly so that switching times between beam positions are of the order of 1 µs and corresponding switching speeds of up to several 1,000 m/s (e.g. 10,000 m/s and more) depending on the jump distance. A deflection angle of the energy beam, e.g. with an acousto-optical deflector (AOD) or an electro-optical deflector (EOD) - as examples for an optical solid state deflector - can be adjusted by varying the acoustic excitation frequency or a applied voltage can be adjusted in a deflection range around a central value. Maximum scanner accelerations at AODs and EODs to 160,000 rad / s 2 are. Depending on the dimensioning of the additive manufacturing device, this results in scanner accelerations of, for example, 80,000 m/s 2 (depending on the respective working distance from the AOD/EOD).
Die hierin vorgeschlagene Aufteilung bei der Ablenkung eines Energiestrahls kann Bestrahlungskonzepte ermöglichen, mit denen Nachteile vermieden werden, die u.a. bei Bewegungen mit starken Richtungsänderungen mittels einer rein mechanischen Ablenkung auftreten können. Siehe unter anderem die beispielhaften Erläuterungen eines eckigen Bestrahlungspfads in Zusammenhang mit den
Ferner haben die Erfinder erkannt, dass die dynamische (schnelle) Achse ferner dazu verwendet werden kann, die Position des Energiestrahls sprunghaft zu verlagern. Dadurch wird es z.B. möglich, dass bei der Fertigung von sich verjüngenden Strukturen Segmente des Bestrahlungspfads immer in Richtung der Verjüngung abgetastet werden können. Siehe unter anderem die beispielhaften Erläuterungen eines eckigen Bestrahlungspfads in Zusammenhang mit
Ferner haben die Erfinder erkannt, dass die Möglichkeit einer instantanen sprunghaften optischen Ablenkung es allgemein erlauben kann, einen Energieeintrag mit dem Energiestrahl (z.B. einen Leistungswert eines Laserstrahls) zu verwenden, der über einem Grenzwert liegt, wie er üblicherweise für ein Pulvermaterialtyp (bestimmt durch u.a. eine Korngrößenverteilung und eine chemische Zusammensetzung des Pulvermaterials) bei einer kontinuierlichen Abtastung mit einem Strahldurchmesser bei vorgegebener Abtastgeschwindigkeit und zu erzeugender Bauteilgeometrie gegeben ist.Furthermore, the inventors have recognized that the possibility of an instantaneous, abrupt optical deflection can generally make it possible to use an energy input with the energy beam (e.g. a power value of a laser beam) that is above a limit value, as is usually the case for a powder material type (determined by, among other things, a grain size distribution and a chemical composition of the powder material) in the case of continuous scanning with a beam diameter at a predetermined scanning speed and the component geometry to be produced is given.
Hierzu kann mit der durch die optische Ablenkung bereitgestellten dynamischen (schnellen) Achse eine Belichtung „räumlich lokal“ in einer Art Pulsbetrieb vorgenommen werden. Auf diese Weise können insbesondere filigrane Bauteile und Abschnitte mit schlechter Wärmeableitung (beispielsweise im Bereich von Überhängen oder spitzen Strukturen) mit dem „räumlich lokal gepulsten“ Energiestrahl belichtet werden, wodurch eine bessere Bauteilqualität erreicht werden kann. Eine derartig „räumlich lokal gepulste“ Bestrahlung mit einem kontinuierlichen Energiestrahl (z.B. einem cw-Laserstrahl) kann die Produktivität des additiven Fertigungsprozesses insbesondere im Vergleich zu einer Fertigung mit einem gepulsten Laserstrahl erhöhen.For this purpose, the dynamic (fast) axis provided by the optical deflection can be used for “spatially local” exposure in a kind of pulse mode. In this way, delicate components and sections with poor heat dissipation (e.g. in the area of overhangs or pointed structures) can be exposed to the "spatially locally pulsed" energy beam, which means that better component quality can be achieved. Such a "spatially locally pulsed" irradiation with a continuous energy beam (e.g. a cw laser beam) can increase the productivity of the additive manufacturing process, especially in comparison to a production with a pulsed laser beam.
Mit einer „räumlich lokal gepulsten“ Bestrahlung können z.B. zwei oder mehr gepulst zu bearbeitende Abschnitte bearbeitet werden, die innerhalb der (kleinen) Bewegungsreichweite der optischen Ablenkung (z.B. bei einem akusto-optischen Deflektor bis zu einigen Millimetern oder sogar Zentimetern je nach Position desselben im Strahlengang) liegen. Z.B. kann ein Punkt in einem ersten Abschnitt belichtet werden; dann kann ein Sprung in einen zweiten (anderen) Abschnitt durchgeführt werden und dort ein Punkt belichtet werden; anschließend kann wieder nach einem Sprung zurück in den (ursprünglichen) ersten Abschnitt ein weiterer Punkt, angrenzend oder beabstandet an den ersten Punkt, belichtet werden. Mit anderen Worten werden räumlich nicht-aneinander angrenzende Strahlpositionen eines Bestrahlungspfads zeitlich aufeinanderfolgend eingenommen.With a "spatially locally pulsed" irradiation, two or more sections to be processed in a pulsed manner can be processed, for example, which are within the (small) movement range of the optical deflection (e.g. with an acousto-optical deflector up to a few millimeters or even centimeters depending on the position of the same in the Beam path) lie. For example, a spot can be exposed in a first section; then a jump can be made to a second (different) section and a point exposed there; subsequently, after a jump back into the (original) first section, another point, adjacent to or at a distance from the first point, can be exposed. In other words, beam positions of an irradiation path that are not spatially adjacent to one another are assumed in a temporal succession.
Siehe hierzu unter anderem die beispielhaften Erläuterungen zum Springen entlang eines Bestrahlungspfads (erläutert in Zusammenhang mit
Ferner kann bei Verwendung der optischen Ablenkung eine Verbreiterung des mechanisch abgescannten Bereichs bewirkt werden. Hierzu kann die optische Ablenkung lateral bezüglich einer Hauptabtastrichtung des Energiestrahls auf dem Pulverbett erfolgen, wobei die Hauptabtastrichtung durch die mechanische Ablenkung gegeben ist. Optional kann die laterale Ablenkung auch hierbei thermische Aspekte der Überhitzung berücksichtigen, wie sie in Zusammenhang mit den
Schließlich können die hierin offenbarten Konzepte bei der additiven Fertigung einer filigranen Struktur eines Bauteils verwendet werden, die beispielsweise in der Größenordnung des durch die optische Ablenkung bereitgestellten Strahlbereichs liegen. Dabei kann die mechanische Ablenkung optional ergänzt um die optische Ablenkung für gröbere, größere, insbesondere flächige Strukturen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können filigrane Strukturen, insbesondere abgeschlossene Strukturabschnitte, allein durch Ansteuerung der Ablenkeinrichtung und Erzeugen eines lokalen Strahlprofils - gebildet mittels einer nahezu gleichzeitigen Beleuchtung mehrere Strahlpositionen im Strahlbereich der optischen Ablenkung - an einer festgehaltenen Bestrahlungsposition erzeugt werden, ohne dass die Scannereinrichtung angesteuert wird, insbesondere in dem durch geeignete Ansteuerung der Ablenkeinrichtung ein Strahlprofil in der Form des auszubildenden Strukturabschnitts erzeugt wird. Das Abscannen filigraner Strukturen mit einem Energiestrahl wird in Zusammenhang mit den
Für die Umsetzung der vorausgehend angesprochenen und nachfolgend beispielhaft in Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Konzepte kann zusätzlich zu einer konventionellen Scannereinrichtung ein optischer Deflektor im Strahlengang des Energiestrahls eingebaut werden. Eine Strahlablenkung mit dem optischen Deflektor kann in die Maschinensteuerung der Fertigungseinrichtung als weiterer Parameter für die additive Fertigung integriert werden. Mit einer solchen Kombination einer mechanischen Ablenkung (z.B. Galvoscanner) für eine Positionierung/Verfahren/Verlagern des Energiestrahls über große Wegstrecken und einer optische Ablenkung (z.B. akusto-optischer Deflektor) für eine sehr schnelle Positionierung ohne Zeitverlust innerhalb eines lokal begrenzten Bereiches (Strahlbereichs der optischen Ablenkung) kann eine flexible Steuerung des räumlichen und zeitlichen Energieeintrags ohne Zeitverlust zwischen mehreren Wechselwirkungszonen realisiert werden. Insbesondere für einen kontinuierlichen Energiestrahl/cw-Laserstrahl ermöglicht das Schalten von Strahlpositionen mit einer optischen Ablenkeinrichtung (AOD/EOD), dass eine höhere Energie des Energiestrahls/Leistung des cw-Laserstrahls in das Pulvermaterial eingebracht werden kann.In addition to a conventional scanner device, an optical deflector can be installed in the beam path of the energy beam for the implementation of the concepts discussed above and explained below by way of example in connection with the figures. A beam deflection with the optical deflector can be integrated into the machine control of the manufacturing facility as a further parameter for additive manufacturing. With such a combination of a mechanical deflection (e.g. galvo scanner) for positioning/moving/displacing the energy beam over large distances and an optical deflection (e.g. acousto-optical deflector) for very fast positioning without loss of time within a locally limited area (beam area of the optical deflection) a flexible control of the spatial and temporal energy input can be realized without loss of time between several interaction zones. In particular, for a continuous energy beam/cw laser beam, switching beam positions with an optical deflector (AOD/EOD) enables a higher energy of the energy beam/power of the cw laser beam to be introduced into the powder material.
- -
eine Strahlerzeugungseinrichtung 3, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls 5, - -
eine Scannereinrichtung 7, die eingerichtet ist, umden Energiestrahl 5 innerhalb eines Arbeitsbereichs 9, üblicherweise gegeben durch die Ausmaße eines Pulverbetts der Fertigungseinrichtung, an eineMehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 zu verlagern (mechanische Ablenkung), um mittels des Energiestrahls 5ein Bauteil 4 aus dem indem Arbeitsbereich 9angeordneten Pulvermaterial 2 herzustellen, - -
eine Ablenkeinrichtung 13, die eingerichtet ist, umden Energiestrahl 5 ausgehend von einerBestrahlungsposition 11 derMehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 innerhalb eines Strahlbereichs 15 - insbesondere sprunghaft - an eineMehrzahl von Strahlpositionen 17im Strahlbereich 15 zu verlagern (optische Ablenkung), und - -
eine Steuereinrichtung 19, diemit der Ablenkeinrichtung 13, sowieoptional der Strahlerzeugungseinrichtung 3 und derScannereinrichtung 7, wirkverbunden und eingerichtet ist, um dieAblenkeinrichtung 13 anzusteuern, um die für die Herstellung des Bauteils 4 benötigten Strahlpositionen des Strahlbereichs 15 (mit dem Energiestrahl 5) einzunehmen.
- - a
beam generating device 3, which is set up to generate anenergy beam 5, - - A
scanner device 7, which is set up to move theenergy beam 5 within a workingarea 9, usually given by the dimensions of a powder bed of the production device, to a plurality of irradiation positions 11 (mechanical deflection) in order to use theenergy beam 5 to cut acomponent 4 to produce thepowder material 2 arranged in the workingarea 9, - - a
deflection device 13, which is set up to shift theenergy beam 5 starting from oneirradiation position 11 of the plurality of irradiation positions 11 within a beam region 15 - in particular abruptly - to a plurality ofbeam positions 17 in the beam region 15 (optical deflection), and - - a
control device 19, which is operatively connected to thedeflection device 13, and optionally to thebeam generating device 3 and thescanner device 7, and is set up to control thedeflection device 13 in order to determine the beam positions of thebeam area 15 required for the production of the component 4 (with the energy beam 5 ) to take.
Die Fertigungseinrichtung 1 ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern und/oder zum selektiven Laserschmelzen im Rahmen der additiven Fertigung von Bauteilen. In
Die Fertigungseinrichtung 1 stellt üblicherweise in einem abgeschlossenen Gehäuse (nicht gezeigt) eine Arbeitsfläche bereit, die den Arbeitsbereich 9 sowie optional einen Pulvervorratsbereich umfasst. Für einen (schichtweisen) Aufbau des Bauteils 4 mit dem Energiestrahl 5 wird im Arbeitsbereich 9 das Pulvermaterial 2 sequentiell/schichtweise aufgetragen. Um das Pulvermaterial 2 lokal zu verfestigen, wird das Pulvermaterial 2 in dem Arbeitsbereich 9 mit dem Energiestrahl 5 lokal beaufschlagt, um - Schicht für Schicht - das Bauteil 4 herzustellen. Insbesondere wird eine Schicht des Bauteils 4 geformt, indem der (kontinuierliche) Energiestrahl 5 entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen 17 ausgebildeten Bestrahlungspfads 101 verlagert wird. Der Bestrahlungspfad 101 ist derart ausgelegt, dass im Arbeitsbereich 9 der Fertigungseinrichtung 1 das Pulvermaterial 2 einer Pulverschicht gemäß der Geometrie des Bauteils 4 verfestigt wird.The production device 1 usually provides a work surface in a closed housing (not shown), which includes the
Die Lage einer Strahlposition 17, an der der Energiestrahl 5 auf den Arbeitsbereich 9 trifft, ergibt sich aus den vorgenommenen Einstellungen der mechanischen Ablenkung und der optischen Ablenkung. Man kann der mechanischen Ablenkung eine Bestrahlungsposition 11 zuordnen, von der aus die optische Ablenkung betrachtet werden kann. Üblicherweise spannen die Bestrahlungspositionen 11 den Arbeitsbereich 9 (im Wesentlichen) auf. Ausgehend von einer vorgegebenen Bestrahlungsposition 11 spannen die sich ergebenden möglichen Strahlpositionen 17 den Strahlbereich 15 auf. D.h., der Energiestrahl 5 kann um jede der Bestrahlungspositionen 11 innerhalb eines entsprechenden Strahlbereichs 15 verlagert werden, wobei Bestrahlungspositionen 11 als Ausgangspunkte für entsprechende Strahlbereiche 15 üblicherweise im gesamten Arbeitsbereich 9 eingestellt werden können. Der Strahlbereich 15 weist eine flächenmäßige Ausdehnung auf, die größer ist als ein auf den Arbeitsbereich 9 projizierter Querschnitt des Energiestrahls 5. Der Strahlbereich 15 ist sehr viel kleiner als der Arbeitsbereich 9. Insbesondere weist der Strahlbereich 15 bevorzugt eine Längenskala im Bereich von wenigen (das heißt, kleiner zehn) Millimetern bis zu wenigen Zentimetern auf, sowie bevorzugt eine flächige Ausdehnung im Bereich von wenigen Quadratmillimetern bis zu wenigen Quadratzentimetern. Der Arbeitsbereich 9 kann dagegen eine Längenskala im Bereich von wenigen Dezimetern bis zu wenigen Metern aufweisen, sowie vorzugsweise eine flächige Ausdehnung im Bereich von wenigen Quadratdezimetern bis zu wenigen Quadratmetern.The location of a
Mit anderen Worten wird unter einer Bestrahlungsposition 11 insbesondere ein Ort innerhalb des Arbeitsbereichs 9 verstanden, an dem lokal mittels des Energiestrahls 5 Energie in den Arbeitsbereich 9, insbesondere in das dort angeordnete Pulvermaterial 2, deponiert werden kann. Der Energieeintrag bestimmt die jeweilige Wechselwirkungszone und damit einen Aufschmelzbereich des Pulvermaterials 2. Die Scannereinrichtung 7 ist dazu eingerichtet, den Energiestrahl 5 innerhalb des Arbeitsbereichs 9 - angenommen eine Überlagerung einer optischen Ablenkung liegt nicht vor - entlang eines „mechanischen“ Scanpfads 103 zu verlagern, wobei der mechanische Scanpfad 103 aus einer zeitlichen Abfolge nacheinander mit dem Energiestrahl 5 überstrichener Bestrahlungspositionen 11 besteht. Die einzelnen Bestrahlungspositionen 11 können dabei zueinander beabstandet angeordnet sein, aber auch miteinander überlappen und ineinander übergehen.In other words, an
Wird die mechanische Ablenkung mit einer optischen Ablenkung überlagert, ergibt sich der Bestrahlungspfad 101, der von der Abfolge von den mit der Scannereinrichtung 7 und der optischen Ablenkeinrichtung 13 eingestellten Strahlpositionen 17 ausgebildet wird. Der sich ergebende Bestrahlungspfad 101 kann ein Pfad sein, der kontinuierlich mit dem Energiestrahl 5 abgetastet wird. Ferner kann der sich ergebende Bestrahlungspfad 101 Pfadsegmente aufweisen, die jeweils mindestens eine Strahlposition 17 umfassen. Das Abtasten der Pfadsegmente mit dem Energiestrahl 5 kann Sprünge zwischen räumlich beabstandeten Pfadsegmenten umfassen, wobei die Sprünge mit der optischen Ablenkeinrichtung 13 angesteuert werden.If the mechanical deflection is superimposed with an optical deflection, the result is the
Die Strahlerzeugungseinrichtung 3 - beispielsweise als Dauerstrich-(cw-)Laser ausgebildet - liefert den Energiestrahl 5 für die Pulververschmelzung. Unter einem Energiestrahl wird allgemein gerichtete Strahlung verstanden, die Energie transportieren kann. Hierbei kann es sich allgemein um Teilchenstrahlung oder Wellenstrahlung handeln. Insbesondere propagiert der Energiestrahl entlang einer Propagationsrichtung durch den physikalischen Raum und transportiert dabei Energie entlang seiner Propagationsrichtung. Insbesondere ist es mittels des Energiestrahls möglich, Energie lokal in dem Arbeitsbereich 9 in das Pulvermaterial 2 zu deponieren.The
Der Energiestrahl 5 ist hierin allgemein ein optischer Arbeitsstrahl, der somit mittels der optischen Ablenkeinrichtung 13 umlenkbar ist. Unter einem optischen Arbeitsstrahl ist insbesondere gerichtete elektromagnetische Strahlung, kontinuierlich oder gepulst, zu verstehen, die im Hinblick auf ihre Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich geeignet ist zum additiven (generativen) Fertigen des Bauteils 4 aus dem Pulvermaterial 2, insbesondere zum Sintern oder Schmelzen des Pulvermaterials 2. Insbesondere wird unter einem optischen Arbeitsstrahl ein Laserstrahl verstanden, der - bevorzugt kontinuierlich - auf den Arbeitsbereich 9 eingestrahlt wird. Der optische Arbeitsstrahl weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum oder im infraroten elektromagnetischen Spektrum oder im Überlappungsbereich zwischen dem infraroten Bereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf.Here, the
Zusammenfassend umfasst ein Strahlführungssystem der Fertigungseinrichtung 1 zur Führung des Energiestrahls 5 zum Pulverbett somit für eine mechanisch-induzierte Ablenkung des Energiestrahls 5 die Scannereinrichtung 7. Bei der Scannereinrichtung 7 kann z.B. über eine Drehung von Spiegeln (mittels zum Beispiel einem Galvoscanner) eine Ablenkung des Energiestrahls 5 (hier z.B. des Laserstrahls) bewirkt werden. Die mechanische Ablenkung kann zum Abtasten eines Bestrahlungspfads 101 zur Belichtung einer Pulverschicht alleine (Scanpfad 103) oder in Kombination mit einer optischen Ablenkung eingesetzt werden.In summary, a beam guidance system of the production device 1 for guiding the
Die Scannereinrichtung 7 weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Derartige Scannereinrichtungen sind bekannt und in besonderer Weise dazu geeignet, den Energiestrahl 5 innerhalb des Arbeitsbereichs 9 zwischen einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 zu verlagern.The
Aufgrund der Massenträgheit eines mechanisch zu bewegenden optischen Elements (z.B. ein Umlenkspiegel) erfolgt eine räumliche Verteilung der Energieeinbringung, die nur mittels einer mechanischen Ablenkung angesteuert wird, träge. Dadurch können Bestrahlungspfade, die allein durch eine mechanische Ablenkung abgetastet werden sollen, z.B. der Scanpfad 103, den additiven Fertigungsprozess der Gefahr einer lokalen Überhitzung der Pulverschmelze aussetzen. Es sei angemerkt, dass eine lokale Überhitzung im Falle einer rein mechanischen Ablenkung mit einem Produktivitätsverlust durch Nebenzeiten (eingefügte Verzögerungen im Bestrahlungsprozess) vermeidbar ist. Die hierin vorgeschlagenen Konzepte können diesen Produktivitätsverlust verhindern oder zumindest reduzieren.Due to the mass inertia of an optical element to be moved mechanically (e.g. a deflection mirror), the spatial distribution of the energy input, which is only controlled by means of a mechanical deflection, takes place sluggishly. As a result, irradiation paths that are to be scanned solely by mechanical deflection, e.g. the
Erfindungsgemäß umfasst das Strahlführungssystem der Fertigungseinrichtung 1 zur Führung des Energiestrahls 5 zum Pulverbett ferner die Ablenkeinrichtung 13 für eine optischinduzierte Ablenkung. Die Ablenkeinrichtung 13 ist dazu eingerichtet, den Energiestrahl 5 - bei Annahme einer festgehaltenen Bestrahlungsposition 11 - innerhalb des Strahlbereichs 15 zu verlagern und so an der festgehaltenen Bestrahlungsposition 11 einen bestimmten Bereich - den Strahlbereich 15 - innerhalb des Arbeitsbereichs 9 mit dem Energiestrahl beaufschlagen zu können. Der Strahlbereich 15 ist größer als der auf den Arbeitsbereich 9 projizierte Querschnitt des Energiestrahls 5.According to the invention, the beam guidance system of the manufacturing device 1 for guiding the
Da die Scannereinrichtung 7 dazu eingerichtet ist, den Energiestrahl zwischen Bestrahlungspositionen 11 zu verlagern, ermöglicht sie es der Ablenkeinrichtung 13 einen neuen Strahlbereich 15 um eine andere Bestrahlungsposition, d.h., an einem anderen Ort des Arbeitsbereichs 9, mit dem Energiestrahl 5 zu überstreichen. Die Ablenkeinrichtung 13 dient also einer lokalen Ablenkung des Energiestrahls 5 ausgehend von einer Bestrahlungsposition 11, während die Scannereinrichtung 7 der globalen Verlagerung des Energiestrahls 5 auf dem Arbeitsbereich 9 dient.Since the
Die Ablenkeinrichtung 13 ist insbesondere eingerichtet, um den Energiestrahl 5 sprunghaft an die Mehrzahl von Strahlpositionen 17 im Strahlbereich 15 zu verlagern, wobei es sich bei den Strahlpositionen 17 um diskrete Strahlpositionen handeln kann. Insbesondere ist es möglich, dass aufeinanderfolgend bearbeitete Strahlpositionen 17 voneinander beabstandet angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass aufeinanderfolgend bearbeitete Strahlpositionen 17 zumindest bereichsweise miteinander überlappen und ineinander übergehen. Der Energiestrahl 5 wird durch die Ablenkeinrichtung 13 in einigen Ausführungsformen nicht kontinuierlich von Strahlposition zu Strahlposition verlagert, sondern in diskreten Schritten. Ohne Beschränkung und ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, kann für alle praktischen Anwendungszwecke angenommen werden, dass der Energiestrahl 5 bei einer sprunghaften oder diskreten Verlagerung von einer ersten Strahlposition zu einer zweiten Strahlposition quasi an der ersten Strahlposition verschwindet und an der zweiten Strahlposition erscheint, insbesondere ohne dazwischenliegende Bereiche zu überstreichen. Siehe die Erläuterungen zu den
Beispiele und Erläuterungen zu optischen Deflektoren für eine optisch induzierte Ablenkung eines Laserstrahls werden unter anderem in „Electro-optic and acousto-optic laser beam scanners“; Römer G.R.B.E. et al., Physics Procedia 56 (2014) 29 - 39 offenbart.Examples and explanations of optical deflectors for an optically induced deflection of a laser beam are given in "Electro-optic and acousto-optic laser beam scanners"; Romans G.R.B.E. et al., Physics Procedia 56 (2014) 29-39.
Optische Deflektoren umfassen akusto-optische Deflektoren (AOD), die auf der Erzeugung einer periodischen Änderung im Brechungsindex bei der Ausbreitung von Schallwellen in einem optisch transparenten Material des AOD (üblicherweise ein optisch transparenter Kristall) basieren. Eine optische Ablenkung mit einem schematisch dargestellten AOD 111 sowie ein Wechsel in der akustischen Anregung wird in den
Der Laserstrahl 119A erster Ordnung würde in der Anordnung der
Wird die Wellenlänge der anregenden Schallwelle kontinuierlich oder diskret variiert, ändert sich der Winkel der ersten Beugungsordnung und damit die Position des Laserstrahls 119A. Durch Variieren der Wellenlänge der angeregten Schallwelle kann eine ansteuerbare Ablenkung des gebeugten Strahls vorgenommen werden; d.h., eine angestrebte Ziel-Position des Energieeintrags kann auf dem Pulverbett eingestellt werden.If the wavelength of the exciting sound wave is varied continuously or discretely, the angle of the first diffraction order changes and thus the position of the
Mit anderen Worten führt eine Umstellung der akustischen Wellenlänge zu einem Ersetzen der ersten akustischen Welle mit einer zweiten akustischen Welle im AOD. Schallgeschwindigkeiten in Festkörpern liegen z.B. in der Größenordnung von 1000 m/s oder einigen 1000 m/s (abhängig u.a. von der Härte des Kristalls). Soll eine erste akustische Welle (mit einer ersten Wellenlänge) in z.B. einem Kristall des AOD vollständig durch eine zweite akustische Welle (mit einer zweiten Wellenlänge) ersetzt werden, muss die erste akustische Welle zuvor vollständig aus dem Kristall herauslaufen, sodass sie (möglichst zeitgleich) durch die zweite akustische Welle ersetzt werden kann. Angenommen der Kristall wirkt auf einen Energiestrahl mit einem Durchmesser von ca. 1 cm, so durchläuft die akustische Welle diese Strecke in wenigen Mikrosekunden, z.B. ca. 3 µs. Nach dieser Zeitdauer erfolgt die Wechselwirkung mit der zweiten akustischen Welle. Allgemein wird diese Zeit umso größer, je größer und weicher der Kristall ist und umso kleiner, je kleiner und härter das Material des AOD ist. Während des Wechsels von der ersten akustischen Welle zur zweiten akustischen Welle kann vorübergehend an beiden sich ergebenden gitterartigen Struktur in die entsprechenden ersten Ordnungen Energie (der Laserstrahl) gebeugt werden. Ein Umschalten zwischen akustischen Wellen und damit eine Ablenkung des Energiestrahls an unterschiedliche Orte (d.h., ein Umschalten der Ablenkung von einem ersten in einen zweiten Winkel) kann allgemein im Megahertz-Zeitskalenbereich erfolgen.In other words, changing the acoustic wavelength results in replacing the first acoustic wave with a second acoustic wave in the AOD. Velocities of sound in solids are, for example, of the order of 1000 m/s or several 1000 m/s (depending on the hardness of the crystal, among other things). If a first acoustic wave (with a first wavelength) in e.g. a crystal of the AOD is to be completely replaced by a second acoustic wave (with a second wavelength), the first acoustic wave must first run out of the crystal so that it (if possible at the same time) can be replaced by the second acoustic wave. Assuming the crystal acts on a beam of energy with a diameter of about 1 cm, the acoustic wave travels this distance in a few microseconds, e.g. about 3 µs. After this period of time, the interaction with the second acoustic wave takes place. In general, this time increases the larger and softer the crystal is and the smaller the smaller and harder the material of the AOD. During the change from the first acoustic wave to the second acoustic wave, energy (the laser beam) can be temporarily diffracted at both resulting grating-like structures into the corresponding first orders. Switching between acoustic waves and thereby deflecting the energy beam to different locations (i.e. switching the deflection from a first to a second angle) can generally occur on the megahertz time scale.
Die
In
Hat sich, wie in
Man erkennt an den Intensitätsverteilung I(x) 121A bis 121C den Vorteil bei der Strahlverlagerung mit einem AOD; im Beispiel verwirklicht die Strahlverlagerung den bereits angesprochenen Fall, dass ein Bereich zwischen Anfangsposition (hier der Ort x1) und Endposition (hier der Ort x2) dem Laserstrahl nicht ausgesetzt wird, da die periodischen Änderungen im Brechungsindex im Wesentlichen ohne Ausbildung eines beugenden Übergangsverhaltens zeitlich ineinander übergehen. Entsprechend beschränkt sich der Energieeintrag auf die Anfangsposition und die Endposition; dies entspricht einem sprunghaften Wechsel in der optischen Ablenkung.The advantage of beam displacement with an AOD can be seen from the intensity distributions I(x) 121A to 121C; In the example, the beam displacement realizes the case already mentioned, that an area between the starting position (here the location x1) and the end position (here the location x2) is not exposed to the laser beam, since the periodic changes in the refractive index essentially overlap without the formation of a diffractive transition behavior pass over Accordingly, the energy input is limited to the starting position and the end position; this corresponds to a sudden change in the optical deflection.
Optische Deflektoren umfassen ferner elektro-optische Deflektoren (EOD), deren Ablenkung auf Brechung beim Durchgang eines optisch transparenten Materials basiert.
Sowohl AODs als auch EODs können die hierin als optische Ablenkung bezeichnete Ablenkung eines Laserstrahls bewirken, die schnell, d.h., bezüglich des Pulververschmelzungsprozesses in der additiven Fertigung quasi in Echtzeit, eingestellt werden kann.Both AODs and EODs can provide the deflection of a laser beam, referred to herein as optical deflection, which can be adjusted quickly, i.e., in near real-time relative to the powder fusion process in additive manufacturing.
Wieder bezugnehmend auf
Die Steuereinrichtung 19 ist dazu eingerichtet, die Bewegung des Auftreffpunkts des Energiestrahls 5 auf dem Pulverbett gemäß einer vorgegebenen Bestrahlungsstrategie umzusetzen. Die Steuereinrichtung 19 ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung 19 eine RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuellen erhältlichen Ausgestaltung.The
Die Steuereinrichtung 19 ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Scannereinrichtung 7 mit der Ablenkeinrichtung 13 mittels eines digitalen RF-Synthesizers zu synchronisieren. Dabei kann der RF-Synthesizer über ein programmierbares FPGA-Board der Steuereinrichtung 19 angesteuert werden. Zusätzlich erfolgt bevorzugt eine Aufteilung in die vergleichsweise langsame Bewegung der Scannereinrichtung 7 und die schnelle Bewegung der Ablenkeinrichtung 13 mittels einer Frequenzweiche. Bevorzugt werden Positionswerte und Vorgabewerte für die Bewegung des Auftreffpunkts errechnet, die dann in dem FPGA-Board in zeitlich synchrone Frequenzvorgaben für den RF-Synthesizer umgerechnet werden können. Dafür kann eine räumliche Zuweisung der optischen Ablenkung zu Bestrahlungspositionen 11 in der jeweiligen Pulvermaterialschicht vorgenommen werden. Letzteres kann bevorzugt schon in einem Buildprozessor bei der Erstellung der Bestrahlungsstrategie durchgeführt werden. Der Buildprozessor kann die entsprechenden Daten z.B. in eine Steuerungsdatei schreiben, die vorzugsweise von der Steuereinrichtung 19 eingelesen und umgesetzt werden kann.The
Insbesondere erlauben die Scannereinrichtung 7/die mechanische Ablenkung einerseits und die Ablenkeinrichtung 13/die optische Ablenkung andererseits eine Separation der für die Herstellung des entstehenden Bauteils 4 relevanten Zeit- und Längenskalen. Während die Scannereinrichtung 7 eingerichtet ist, den Energiestrahl auf einer im Vergleich zu der Ablenkeinrichtung 13 größeren Zeitskala entlang der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11, insbesondere entlang eines vorbestimmten Scanpfads 103, quasi global über den gesamten Arbeitsbereich 9 zu verlagern, ist die Ablenkeinrichtung 13 eingerichtet, um den Energiestrahl auf einer relativ zu der Zeitskala der Scannereinrichtung 7 kürzeren Zeitskala quasi lokal an einer durch die Scannereinrichtung 7 vorgegebenen, aufgrund der Zeitskalenseparation quasi festgehaltenen Bestrahlungsposition 11 an die Mehrzahl von Strahlpositionen 17 innerhalb des Strahlbereichs 15 zu verlagern.In particular, the
Aufgrund der Zeitskalenseparation kann in einigen Ausführungsformen an jeder Bestrahlungsposition 11 der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 quasistatisch eine lokale Abtastreihenfolge von Strahlpositionen 17 im jeweiligen Strahlbereich 15 ausgeführt werden und/oder ein bestimmtes Strahlprofil als geometrische Form und als Intensitätsprofil des Strahlbereichs 15 entstehen. Mit anderen Worten kann die Scannereinrichtung 7 das so erzeugte Strahlprofil und allgemein den Strahlbereich 15, d.h., die optisch ansteuerbaren Strahlpositionen 17, entlang der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11, insbesondere entlang des Scanpfads 103, verlagern. Durch Veränderung der Ansteuerung der Ablenkeinrichtung kann nun vorteilhaft das Strahlprofil des Strahlbereichs, insbesondere also die Form des Strahlbereichs und/oder das Intensitätsprofil in dem Strahlbereich, quasi beliebig verändert werden, bei Bedarf sogar von Bestrahlungsposition zu Bestrahlungsposition. Ferner kann eine Abtastreihenfolge bei der Verlagerung der Strahlpositionen 17 thermische Effekte berücksichtigen. In einigen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl benachbarter Bestrahlungspositionen 11, insbesondere jeweils ein zusammenhängender Abschnitt des Scanpfads 103, mit einem gleichen Strahlprofil und/oder einer gleichen Abtastreihenfolge überstrichen werden. Alternative können verschiedene Abschnitte des Scanpfads 103 mit verschiedenen Strahlprofilen und/oder verschiedenen Abtastreihenfolgen überstrichen werden.Due to the time scale separation, in some embodiments a local scanning sequence of
Das erzeugte Strahlprofil und/oder die Abtastreihenfolge kann in einigen Ausführungsformen als quasistatisch mit Blick auf den Schmelzprozess im Pulvermaterial 2 angesehen werden, wobei die Zeitskala für die Ablenkung des Energiestrahls 5 durch die optische Ablenkeinrichtung 13 deutlich kürzer ist als die charakteristische Wechselwirkungszeit des Energiestrahls 5 mit dem Pulvermaterial 2. Das dynamisch generierte Strahlprofil kann dann über die Zeit gemittelt mit dem Pulvermaterial wie ein statisch erzeugtes Profil wechselwirken. Gleiches gilt für das Abtasten der dynamisch generierten Abtastreihenfolge.In some embodiments, the generated beam profile and/or the scanning sequence can be viewed as quasi-static with regard to the melting process in the
Unter einem akusto-optischen Deflektor wird insbesondere ein Element verstanden, welches einen für den Energiestrahl transparenten Festkörper aufweist, der mit Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, beaufschlagt werden kann, wobei der Energiestrahl beim Durchtritt durch den transparenten Festkörper abhängig von der Frequenz der Schallwellen, mit denen der transparente Festkörper beaufschlagt ist, abgelenkt wird. Dabei wird in dem transparenten Festkörper durch die Schallwellen insbesondere ein optisches Gitter erzeugt. Solche akusto-optischen Deflektoren sind vorteilhaft in der Lage, den Energiestrahl sehr schnell um einen durch die Frequenz der in dem transparenten Festkörper erzeugten Schallwellen vorgegebenen Winkelbereich abzulenken. Dabei können insbesondere Schaltgeschwindigkeiten von bis zu 1 MHz erreicht werden. Insbesondere sind die Schaltzeiten für einen solchen akusto-optischen Deflektor deutlich schneller als typische Schaltzeiten für konventionelle Scannereinrichtungen, insbesondere Galvanometer-Scanner, die im Allgemeinen zur Verlagerung eines Energiestrahls innerhalb eines Arbeitsbereichs einer Fertigungseinrichtung der hier angesprochenen Art verwendet werden. Daher kann ein solcher akusto-optischer Deflektor in besonders geeigneter Weise zur Erzeugung eines quasistatischen Strahlprofils in dem Strahlbereich verwendet werden.An acousto-optical deflector is understood in particular to mean an element which has a solid body which is transparent to the energy beam and to which sound waves, in particular ultrasonic waves, can be applied, the energy beam passing through the transparent solid body depending on the frequency of the sound waves with which the transparent solid is applied, is deflected. In this case, in particular an optical lattice is generated in the transparent solid by the sound waves. Such acousto-optical deflectors are advantageously able to deflect the energy beam very quickly by an angular range predetermined by the frequency of the sound waves generated in the transparent solid. In particular, switching speeds of up to 1 MHz can be achieved. In particular, the switching times for such an acousto-optical deflector are clear faster than typical switching times for conventional scanner devices, particularly galvanometer scanners, which are generally used to displace an energy beam within a work area of a manufacturing device of the type discussed here. Therefore, such an acousto-optical deflector can be used in a particularly suitable manner to generate a quasi-static beam profile in the beam area.
Moderne akusto-optische Deflektoren können den Energiestrahl mit einer Effizienz von mindestens 90 % (insbesondere von mindestens 80 %) in einen vorbestimmten Winkelbereich der ersten Beugungsordnung ablenken, sodass sie sich hervorragend als Ablenkeinrichtung für die hier vorgeschlagene Fertigungseinrichtung eignen. Entscheidend für die hohe Effizienz sind insbesondere das verwendete, für den Energiestrahl transparente Material sowie eine geeignet hohe Intensität der eingekoppelten Ultraschallwellen.Modern acousto-optical deflectors can deflect the energy beam with an efficiency of at least 90% (in particular at least 80%) in a predetermined angular range of the first diffraction order, so that they are excellently suited as a deflection device for the production device proposed here. The material used, which is transparent to the energy beam, and a suitably high intensity of the coupled ultrasonic waves are particularly decisive for the high efficiency.
Insbesondere wenn die Ablenkeinrichtung 13 akusto-optische Deflektoren aufweist, erzeugen die AODs aufgrund ihrer Ausgestaltung analog zu einem optischen Gitter einen ungebeugten Teilstrahl nullter Ordnung sowie einen gebeugten oder abgelenkten Teilstrahl erster Ordnung. Zur Bestrahlung des Arbeitsbereichs soll meist jedoch lediglich der Teilstrahl erster Ordnung verwendet werden. Die Fertigungseinrichtung 1 weist in der in
Der Separationsspiegel 23 ist insbesondere in der Umgebung eines Zwischenfokus 31 eines Teleskops 33 angeordnet, insbesondere nicht genau in einer Ebene des Zwischenfokus 31, besonders bevorzugt in einem Abstand von einem Fünftel der Brennweite des Teleskops 33 entlang der Propagationsrichtung versetzt, insbesondere vor dem Zwischenfokus 31. Hierdurch wird vorteilhaft eine Beaufschlagung der reflektierenden Oberfläche 27 mit einer zu hohen Leistungsdichte des Energiestrahls 5 vermieden.The
Das Teleskop 33 weist bevorzugt eine erste Linse 35 und eine zweite Linse 37 auf. Es ist vorzugsweise als 1:1-Teleskop ausgebildet. Vorzugsweise weist das Teleskop 33 eine Brennweite von 500 mm auf.The telescope 33 preferably has a first lens 35 and a second lens 37 . It is preferably designed as a 1:1 telescope. The telescope 33 preferably has a focal length of 500 mm.
Die Funktionsweise des Teleskops 33 ist vorzugsweise eine Zweifache: Zum einen ermöglicht das Teleskop 33 insbesondere bei der hier gewählten Anordnung des Separationsspiegels 23 eine besonders vorteilhafte und saubere Trennung der verschiedenen Ordnungen des durch die Ablenkeinrichtung 13 abgelenkten Energiestrahls 5; zum anderen bildet das Teleskop 33 bevorzugt einen gedachten, gemeinsamen Strahldrehpunkt 39 der Ablenkeinrichtung 13 vorteilhaft auf einen Pivot-Punkt 41 der Scannereinrichtung 7 ab. Alternativ bildet das Teleskop 33 bevorzugt den Strahldrehpunkt 39 auf einen Punkt kleinster Apertur ab.The mode of operation of the telescope 33 is preferably twofold: on the one hand, the telescope 33 enables a particularly advantageous and clean separation of the different orders of the
Um eine kompakte Anordnung der Fertigungseinrichtung 1 zu ermöglichen, wird der Energiestrahl 5 bevorzugt mehrfach durch Umlenkspiegel 43 umgelenkt.In order to enable a compact arrangement of the production device 1, the
Zusammenfassend kann im Rahmen eines Verfahrens zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen ausgebildeten Bestrahlungspfads während des additiven Fertigens eines Bauteils 4 aus einem Pulvermaterial der Energiestrahl 5 bevorzugt innerhalb des Arbeitsbereichs 9 an eine Mehrzahl von Strahlpositionen 17 verlagert werden, um mittels des Energiestrahls 5 das Bauteil 4 aus dem in dem Arbeitsbereich 9 angeordneten Pulvermaterial 2 schichtweise herzustellen. Der Energiestrahl 5 wird bezüglich einer Bestrahlungsposition 11 innerhalb eines Strahlbereichs 15 an eine Mehrzahl von Strahlpositionen 17 verlagert.In summary, as part of a method for shifting a continuous energy beam along a radiation path formed by a sequence of beam positions during the additive manufacturing of a
In bevorzugten Ausführungsformen wird ein kontinuierlicher Energiestrahl entlang eines Bestrahlungspfads zumindest abschnittsweise kontinuierlich verlagert. Beispielsweise kann ein cw-Laserstrahl entlang im Rahmen der Bestrahlungsstrategie definierten Scanvektoren eines Bestrahlungspfads kontinuierlich verfahren werden, wobei die Scanvektoren in Bestrahlungszonen (Hatches) jeweils parallel zueinander verlaufen. Die Scanvektoren einer Bestrahlungszone können in der gleichen oder abwechselnd in entgegengesetzter Richtung gleichmäßig abgefahren werden. Dies entspricht einem kontinuierlichen Belichten der Scanvektoren.In preferred embodiments, a continuous energy beam is continuously displaced at least in sections along a radiation path. For example, a cw laser beam can be moved continuously along scan vectors of a radiation path defined within the framework of the radiation strategy, with the scan vectors in radiation zones (hatches) running parallel to one another. The scan vectors of an irradiation zone can be traversed uniformly in the same direction or alternately in opposite directions. This corresponds to continuous exposure of the scan vectors.
Man erkennt in
Der lineare Abtastvorgang kann von einer festen Bestrahlungsposition aus oder bei einer sich ändernden mechanischen Ablenkung durchgeführt werden, wobei im letzteren Fall die optische Ablenkung (die Strecke ΔX1) entsprechend der mechanisch-induzierten Bewegung der Bestrahlungsposition in der Bestrahlungsstrategie anzupassen ist.The linear scanning process can be performed from a fixed irradiation position or with a changing mechanical deflection, whereby in the latter case the optical deflection (the distance ΔX1) has to be adjusted according to the mechanically-induced movement of the irradiation position in the irradiation strategy.
Ferner kann ein diskontinuierliches Verlagern des Energiestrahls durchgeführt werden, wobei Positionen sprunghaft entlang des Bestrahlungspfads angefahren und beleuchtet werden. Ein derartiges diskontinuierliches Belichten kann z.B. innerhalb eines Scanvektors einer Bestrahlungszone, beim Wechseln zu nicht benachbarten Scanvektoren einer Bestrahlungszone oder beim Wechseln zwischen Bestrahlungszonen vorgenommen werden.Furthermore, a discontinuous shifting of the energy beam can be carried out, with positions being jumped to and illuminated along the irradiation path. Such discontinuous exposure may be performed, for example, within a scan vector of an exposure zone, when changing to non-adjacent scan vectors of an exposure zone, or when changing between exposure zones.
In diesen Fällen kann ein cw-Laserstrahl z.B. diskrete Strahlpositionen entlang des Bestrahlungspfads in einer in der Bestrahlungsstrategie festgelegten Reihenfolge abtasten. Ein diskontinuierliches Belichten differenziert zwischen einer Geometrie des Bestrahlungspfads und einer Einstellbarkeit eines Zeitpunkts der Bestrahlung. Der Geometrie des Bestrahlungspfads wird somit eine Reihenfolge von Zeitpunkten zugeordnet, an dem die jeweiligen Strahlpositionen des Bestrahlungspfads belichtet werden. Die Geometrie des Bestrahlungspfads ist im Wesentlichen durch den schichtspezifischen Querschnitt des Bauteils 4 gegeben, wobei technisch bedingt Segmente des Bestrahlungspfads eingeführt werden können; dies sind z.B. die nebeneinander verlaufende (insbesondere parallele lineare) Scanvektoren in den Bestrahlungszonen, wobei benachbarte Bestrahlungszonen unterschiedliche Orientierungen der Scanvektoren aufweisen können. Die Einstellbarkeit des Zeitpunkts der Bestrahlung bestimmt Parameter der Wechselwirkung des Energiestahls mit dem Pulvermaterial an einer Strahlposition. Beispielsweise wird eine Dauer der Bestrahlung durch Einstellen von Zeiträumen zwischen dem Wechsel zwischen Strahlpositionen vorgegeben. Ferner kann die Wahl des Abstands zwischen Strahlpositionen thermische Aspekte beeinflussen, wie ein Abfließen von eingebrachter Wärme in des Pulvermaterial/die Pulverschmelze.In these cases, a cw laser beam can, for example, scan discrete beam positions along the irradiation path in a sequence specified in the irradiation strategy. A discontinuous exposure differentiates between a geometry of the irradiation path and an adjustability of a point in time of the irradiation. The geometry of the radiation path is thus assigned a sequence of times at which the respective beam positions of the radiation path are exposed. The geometry of the radiation path is essentially given by the layer-specific cross section of the
Schematisch sind in
Die Strahlpositionen B1, ... B7 und C1, ... C8 stellen jeweils Unterabfolgen von Strahlpositionen (17) dar, die nur eine Strahlposition der Abfolge des Bestrahlungspfads (101) umfassen. Der Fachmann wird anerkennen, dass diese Unterabfolgen auf zwei oder mehr benachbarte Strahlpositionen erweitert werden können, solange der Energieeintrag im vorgegeben Rahmen verbleibt. Die Bestrahlungsstrategien der
Allgemein können Strahlpositionen einer Unterabfolge mindestens das 1,5- bis 2-fache oder mehr des Durchmessers des Energiestrahls voneinander beabstandet im Arbeitsbereich angeordnet sein. Allgemein können beim Wechseln zwischen Unterabfolgen ferner Bereiche des Arbeitsbereichs übersprungen werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe von Bereichen umfassend einen noch nicht bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs, einen nicht zu bestrahlenden Bereich des Arbeitsbereichs und einen bereits bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs. Der Fachmann wird anerkennen, dass mindestens eine Strahlposition, die beim Abtasten der Abfolge von Strahlpositionen übersprungen wurde, zu einem nachfolgenden Zeitpunkt abgetastet werden kann.In general, beam positions of a subsequence may be spaced at least 1.5 to 2 times or more the diameter of the energy beam apart in the work area. Generally, when changing between sub-sequences, areas of the work area selected from the group of areas comprising an area of the work area not yet irradiated, an area of the work area not to be irradiated and an area of the work area already irradiated can also be skipped. Those skilled in the art will appreciate that at least one beam position skipped in scanning the sequence of beam positions may be scanned at a subsequent time.
Auch hier kann von einer festen Bestrahlungsposition oder einer Bewegung der Bestrahlungsposition ausgegangen werden. Aufgrund der großen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsbereichen kann der Energieeintrag weiter erhöht und die Bestrahlungsdauer entsprechend verkürzt werden, sodass der Fertigungsprozess effizient durchgeführt werden kann.Here, too, a fixed irradiation position or a movement of the irradiation position can be assumed. Due to the large distances between successive interaction areas, the energy input can be further increased and the irradiation time correspondingly shortened, so that the manufacturing process can be carried out efficiently.
In einer weiteren Bestrahlungsstrategie kann um eine maximale Sprungweite entlang des Bestrahlungspfads vorausgesprungen werden (z.B. von Strahlposition A1 in
Zur Verdeutlichung, dass die Scanvektoren S1 bis S6 primär mit der Scannereinrichtung 7 abgefahren werden, wurden die Scanvektoren gestrichelt dargestellt. In benachbarten Bestrahlungszonen liegen unterschiedliche Ausrichtungen der Scanvektoren S1 bis S6 vor, sodass in den Bestrahlungszonen HA1, HA2, HA3 die Scanvektoren S1 bis S6 jeweils parallel verlaufen, ebenso wie in den Bestrahlungszonen HB1, HB2. Eine entsprechende Anordnung in zwei Dimensionen ergibt eine sogenannte Schachbrettfeld-Anordnung von Bestrahlungszonen, wobei die Konzepte analog in Streifen-Anordnungen von Bestrahlungszonen anwendbar sind.To make it clear that the scan vectors S1 to S6 are primarily traversed with the
In der Bestrahlungszone HA1 ist eine Umsetzung von Springen innerhalb der Bestrahlungszone HA1 angedeutet. Während des mechanischen Ablenkens in Richtung der Scanvektoren bewirkt die optische Ablenkeinrichtung ein Springen zwischen den Scanvektoren. Im Beispiel der
Liegen unterschiedliche Bestrahlungszonen in Reichweite der optischen Ablenkung, können Scanvektoren in unterschiedlichen Bestrahlungszonen gleichzeitig belichtet werden. In
Allgemein kann, wenn der Abstand zwischen den angesprungenen Strahlpositionen so groß gewählt wird, dass diese sich thermisch nicht beeinflussen, deutlich mehr Energie/ Laserenergie in das Bauteil eingebracht werden. Dadurch kann die Produktivität im Vergleich zu einem Ziehen einer Schmelzspur im Pulverbett mit einem (kreisförmigen/gaußförmigen) Laserstrahl erhöht werden.In general, significantly more energy/laser energy can be introduced into the component if the distance between the jumped beam positions is selected to be large enough so that they do not affect each other thermally. As a result, productivity can be increased compared to drawing a melt track in the powder bed with a (circular/Gaussian) laser beam.
Wie an den beispielhaft diskutierten Abtastreihenfolgen der
Dazu wird z.B. eine kontinuierliche Laserstrahlung nach einer vom Pulvermaterialtypabhängigen Bestrahlungsdauer des Pulvermaterials an diesem Ort mithilfe der optischen Ablenkung beendet, um so dem aufgeschmolzenen Material die Möglichkeit für eine Wärmeabfuhr zu geben und eine lokale Überhitzung mit ungewollter Ausdehnung des Schmelzbads zu vermeiden. Mit anderen Worten kann eine Überhitzung dadurch vermieden werden, dass der Laserstrahl nach der Belichtung einer ersten Stelle (z.B. B1 in
Dazu ist jedoch eine sehr schnelle Ablenkung des Laserstrahls von der ersten Stelle zur zweiten Stelle erforderlich. Die schnelle Ablenkung ist notwendig, um möglichst keinen Zeitverlust durch den Sprungweg von der ersten Stelle zur zweiten Stelle zu erhalten und um eine ungewollte Belichtung/Bearbeitung des Materials entlang des Sprungwegs zu vermeiden. Zwar erfüllen die üblicherweise in Anlagen eingesetzten mechanisch-induzierten Scannereinrichtung (z.B. Galvoscanner) diese Anforderung aufgrund der Massenträgheit der Spiegel nicht, jedoch kann mittels optischer Ablenkung, wie hierin erläutert, eine entsprechende sprunghafte Verlagerung vorgenommen werden. Da die z.B. mittels AOD realisierbaren optischen Ablenkstrecken gering sind, ist für eine Positionierung des Laserstrahls über größere Bereiche (insbesondere den Arbeitsbereich 9) zusätzlich eine Scannereinrichtung wie ein Galvoscanner erforderlich.However, this requires a very rapid deflection of the laser beam from the first location to the second location. The quick deflection is necessary in order to avoid losing any time through the jump path from the first point to the second point and to avoid unwanted exposure/processing of the material along the jump path. Although the mechanically induced scanner devices usually used in systems (e.g. galvo scanners) do not meet this requirement due to the mass inertia of the mirrors, a corresponding abrupt displacement can be carried out using optical deflection, as explained here. Since the optical deflection distances that can be realized, e.g. using AOD, are small, a scanner device such as a galvo scanner is also required for positioning the laser beam over larger areas (in particular the working area 9).
Die Umsetzung eines beispielhaften Bestrahlungspfads mit einer starken Richtungsänderung wird in Zusammenhang mit
Allgemein wird bei einer Belichtung einer eckigen Kontur nur mit einer mechanischen Scannereinrichtung, also einer trägen Achse, eine Abtast-Bewegung einer optischen Komponente (z.B. eines Umlenkspiegels) der Scannereinrichtung vorübergehen komplett zum Stillstand gebracht, bevor eine weitere oder die gleiche optische Komponente in eine neue Richtung, z.B. unter einem 90°-Winkel, beschleunigt wird. Bei konstantem Energieeintrag eines kontinuierlichen Energiestrahls (konstante Laserleistung) kann dies zu einer Überhitzung der Pulverschmelze im Bereich der ausgebildeten Ecke führen. Eine Überhitzung kann insbesondere dann eintreten, wenn die Wärme aufgrund des nicht-aufgeschmolzenen (und entsprechend isolierenden) Pulvers, das z.B. eine schichtweise ausgebildete spitze Struktur umgibt, schlecht abfließen kann.In general, when an angular contour is exposed using only a mechanical scanner device, i.e. an inertial axis, a scanning movement of an optical component (e.g. a deflection mirror) of the scanner device is temporarily brought to a complete standstill before another or the same optical component moves into a new one Direction, for example at a 90 ° angle, is accelerated. With constant energy input from a continuous energy beam (constant laser power), this can lead to overheating of the powder melt in the area of the formed corner. Overheating can occur in particular when the heat cannot dissipate properly due to the non-melted (and correspondingly insulating) powder surrounding, for example, a layered pointed structure.
Mit der hierin vorgeschlagenen Aufteilung in eine mechanische Ablenkung (träge Achse der Scannereinrichtung) und eine optische Ablenkung (dynamische Achse der optischen Ablenkeinrichtung) kann nun die träge Achse eine abgerundete Kurve in der Nähe der Ecke abfahren (siehe den beispielhaften Scanpfad 203 in Form eines Viertelkreises in
Insbesondere kann hierzu eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in einer Richtung quer zum Bestrahlungspfad 201 zumindest teilweise kompensierten, sodass der Bestrahlungspfad 201 von einer Abfolge von mit der Scannereinrichtung 7 eingestellten Bestrahlungspositionen (Scanpfad 203) abweicht. Optional kann die optische Ablenkung des Energiestrahls (5) eine Komponente in Richtung des Bestrahlungspfads 201 aufweisen, sodass insbesondere eine Geschwindigkeit, mit der die Abfolge von Strahlpositionen 217 in einem Segment (Pfadsegmente 201A, 201B) des Bestrahlungspfads 201 abgetastet wird, konstant ist oder in einem Soll-Geschwindigkeitsbereich um eine vorgegebene Geschwindigkeit bleibt.In particular, a change in the optical deflection of the energy beam can at least partially compensate for a change in the mechanical deflection of the energy beam in a direction transverse to the
Allgemein können sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in mindestens einer ersten Richtung zumindest teilweise kompensieren. In mindestens einer zweiten Richtung können sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls addieren.In general, a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can at least partially compensate for one another in at least a first direction. A change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can add up in at least a second direction.
Die dynamische Achse führt eine Ausgleichsbewegung derart durch, dass der Energiestrahl auf der eckigen Kontur, in
Allgemein kann eine Abtastgeschwindigkeit entlang des Bestrahlungspfads 201 durch ein Abstimmen der Geschwindigkeiten der mechanischen Ablenkung und der optischen Ablenkung gewählt werden. Auf diese Weise kann auch auf den Energieeintrag des Energiestrahls entlang des Bestrahlungspfads 201 Einfluss genommen werden.In general, a scan speed along the
Somit können es die hierin beschriebenen Aspekte insbesondere ermöglichen, Bremsphasen, Beschleunigungsphasen und dadurch erforderliche Anpassungen in der Energie des Energiestrahls zu reduzieren oder sogar zu vermeiden. Somit kann auch der Aufwand in der Prozessentwicklung reduziert werden, da insbesondere Anpassungen der Energie im Energiestrahl für jeden Pulvermaterialtyp (Korngrößenverteilung, chemische Zusammensetzung) durchzuführen sind.Thus, the aspects described herein can in particular make it possible to reduce or even avoid braking phases, acceleration phases and adjustments in the energy of the energy beam that are required as a result. The effort involved in process development can thus also be reduced, since in particular the energy in the energy beam has to be adapted for each type of powder material (particle size distribution, chemical composition).
Beispielsweise bei der additiven Fertigung des in
Auf diese Weise können allgemein Verfestigungsprozesse vom „besser wärmeableitenden“ Bereich in einen „schlechter wärmeableitenden“ Bereich (z.B. eine Spitze in der zu fertigenden Struktur des Bauteils 4) erfolgen, wodurch eine Gefahr der Überhitzung weiter reduziert werden kann. Es wird angemerkt, dass gerade die hierin vorgeschlagenen Konzepte zur Aufteilung in eine mechanische und eine optische Ablenkung ein derartiges Vorgehen vorteilhaft umsetzen lassen. Eine Abschaltung des Energiestrahls ist dabei nicht vorzunehmen, da der benötigte Sprung quasi instantan erfolgt, sodass wertvolle Zeit durch das Verlagern des Energiestrahls vor der Fortführung des Prozesses „von der anderen Seite aus“ nicht verloren wird.In this way, solidification processes can generally take place from the “better heat dissipating” area to a “poorer heat dissipating” area (eg a peak in the structure of
Dazu werden wie in
In
Die
Für eine gegebene Kombinierbarkeit von mechanischer Ablenkung und optischer Ablenkung werden nachfolgend beispielhaft zwei Strategien zur Bearbeitung von Überhangbereichen unter Vermeidung einer lokalen Überhitzung erläutert:
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9A zeigt eine quasi-stationäre Belichtungsstrategie, bei der der Bestrahlungspfad eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfasst, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer Bestrahlungsposition fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines zugehörigen Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung liegen. Eine Scannereinrichtung positioniert den Energiestrahl aneiner Bestrahlungsposition 411A, die z.B. einer Mittelpunktposition einer zu belichtenden Teilfläche T eines Scanvektors entspricht. Mit einem optischen Deflektor der optischen Ablenkeinrichtung wird der Energiestrahl dann nacheinander auf unterschiedliche Strahlpositionen 417 der Teilfläche T gerichtet, um diese in einer vorgegebenen Reihenfolge während einer vorgegebenen Dauer zu belichten. Eine beispielhafte Reihenfolge 1-2-3-4-5-6-7... n bei der Einnahme der einzunehmenden Strahlpositionen 417 ist in9A angedeutet. Bei dieser Reihenfolge werden benachbarte Stellen nicht direkt nacheinander belichtet. Die Teilfläche T ist dabei in den Ausmaßendurch den Strahlbereich 415bezüglich der Bestrahlungsposition 411A begrenzt. Im vorliegenden Fall ist die Teilfläche T kleinerals der Strahlbereich 415. Die Unterabfolge der Strahlpositionen auf der Teilfläche T wird nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet.
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9A shows a quasi-stationary exposure strategy in which the irradiation path comprises a sub-sequence of beam positions whose positions lie within an associated beam range of the deflection device when the mechanical deflection is fixed at an irradiation position in the working area. A scanner device positions the energy beam at anirradiation position 411A, which corresponds, for example, to a center position of a partial area T to be exposed of a scan vector. Using an optical deflector of the optical deflection device, the energy beam is then successively directed atdifferent beam positions 417 of the partial area T in order to expose these in a predetermined sequence for a predetermined duration. An example order 1-2-3-4-5-6-7... n when taking the to be taken Beam positions 417 is in9A implied. With this sequence, adjacent areas are not exposed directly one after the other. In this case, the partial area T is limited in terms of dimensions by thebeam region 415 with respect to theirradiation position 411A. In the present case, the partial area T is smaller than thebeam area 415. The subsequence of the beam positions on the partial area T is scanned only by changing the optical deflection with a fixed mechanical deflection.
Mit dem Ziel eines verbesserten Fertigungsprozesses wird wie oben beschrieben der Energiestrahl möglichst nur nicht benachbarte Strahlpositionen 417 direkt nacheinander belichten. Während der Belichtung der Teilfläche T durch die schnelle Ablenkung findet keine Verlagerung der Bestrahlungsposition 411 (d.h., keine Bewegung der Scannereinrichtung) statt. Es liegt somit vorübergehend hinsichtlich der mechanischen Ablenkung eine statische Belichtungssituation vor. Wurde die gesamte Teilfläche T belichtet, wird die Scannereinrichtung aktiviert und eine neue Bestrahlungsposition 411B eingestellt, sodass ein sich anschließender Teilbereich des Streifens 403' belichtet werden kann.With the goal of an improved manufacturing process, as described above, the energy beam will only expose
Gemäß den Ausführungsformen zum Beispiel der der
Mit Blick auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele zur Bestrahlung von Strahlpositionen wird der Fachmann ferner anerkennen, dass die Ablenkeinrichtung derart angesteuert werden kann, dass der Energiestrahl an einer Bestrahlungsposition der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen innerhalb eines Strahlbereichs an eine Mehrzahl von Strahlpositionen verlagert wird, um ein zu bestrahlendes Strahlprofil des Strahlbereichs während der Herstellung eines Bauteils zu formen. Dabei kann der Energiestrahl sprunghaft an die Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen des zu bestrahlenden Strahlprofils verlagert wird. Ferner kann der Energiestrahl insbesondere räumlich aneinander angrenzende Strahlpositionen im Strahlbereich überspringen und insbesondere nur räumlich nicht-aneinander angrenzende Strahlpositionen im Strahlbereich zeitlich aufeinanderfolgend einnehmen.With a view to the various exemplary embodiments for the irradiation of beam positions, the person skilled in the art will also recognize that the deflection device can be controlled in such a way that the energy beam at one irradiation position of the plurality of irradiation positions within a beam area is displaced to a plurality of beam positions in order to create a beam profile to be irradiated of the beam area during the manufacture of a component. The energy beam can be shifted abruptly to the plurality of discrete beam positions of the beam profile to be irradiated. Furthermore, the energy beam can, in particular, jump over beam positions that are spatially adjacent to one another in the beam area and, in particular, can only occupy beam positions in the beam area that are not spatially adjacent to one another in a temporal succession.
Die
Ähnlich wie in
Bei filigranen Bauteilen ergeben sich bei der Bestrahlungsplanung häufig eine Anzahl von kurzen Scanvektoren. Mit anderen Worten kann der Bestrahlungspfad eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Strahlpositionen umfassen, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer jeweils zu einer Unterabfolge gehörenden Bestrahlungsposition fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung liegen.In the case of filigree components, there are often a number of short scan vectors when planning the irradiation. In other words, the irradiation path can comprise a plurality of sub-sequences of beam positions, the positions of which lie within a beam range of the deflection device when the mechanical deflection is fixed in the working area at an irradiation position belonging to a sub-sequence.
Bei Ansteuerung der kurzen Vektoren mit einer relativ trägen mechanischen Scannereinrichtung erfordert die Belichtung einen hohen Anteil an Beschleunigungs- und Abbremswegen (Skywriting, Scanner-Delay) zwischen den einzelnen kurzen Vektoren. Dies bedingt somit einen hohen nicht-produktiven Zeitanteil bei der Belichtung, wenn die Belichtung allein z.B. mit der Scannereinrichtung 7 in
Mit den hierin offenbarten Konzepten der Kombination von z.B. einem Galvanoscanner und einem AOD erfolgt ein Schreiben/Belichten von filigranen Strukturen nur mit der optischen Ablenkung des AOD. Mit anderen Worten kann jede der Mehrzahl von Unterabfolgen nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet werden. Zwischen dem Abtasten von zwei Unterabfolgen der Mehrzahl von Unterabfolgen kann die mechanische Ablenkung von einer Bestrahlungsposition zu einer anderen Bestrahlungsposition verändert werden. Dies kann Wartezeiten und/oder Überhitzungen reduzieren oder vermeiden.With the concepts disclosed here of the combination of e.g. a galvano scanner and an AOD, filigree structures are written/exposed using only the optical deflection of the AOD. In other words, each of the plurality of subsequences can be scanned only by changing the optical deflection with the mechanical deflection fixed. Between the scanning of two subsequences of the plurality of subsequences, the mechanical deflection can be changed from one irradiation position to another irradiation position. This can reduce or avoid waiting times and/or overheating.
Die
Man erkennt in den
Bei diesen Größenverhältnissen kann eine Änderung in der Art der Abtastung erfolgen, bei der nun ausschließlich das Abtasten mittels optischer Ablenkung bewirkt wird. Die
- - z.B. stehendem Galvanoscanner-Spiegeln (
Bestrahlungspositionen 611 in10A) oder - - sich nur langsam bewegenden Galvanoscanner-Spiegeln (
Scanpfad 70310B) .
- - E.g. standing galvano scanner mirroring (irradiation positions 611 in
10A) or - - slowly moving galvano scanner mirrors (scan
path 70310B) .
Durch die schnelle optische Ablenkung mittels AOD entfallen nachteilige Delay-Zeiten beim Wechsel zwischen kurzen Scanvektoren S_O.Due to the fast optical deflection using AOD, there are no disadvantageous delay times when changing between short scan vectors S_O.
Da aufgrund der kurzen Scanvektoren ein Belichten der Reihe nach zu Überhitzungen führen kann, wenn der Energiestrahl zu schnell wieder nahe an einem zuvor belichteten Bereich einstrahlt, kann außerdem die Belichtungsreihenfolge der einzelnen kurzen Scanvektoren S_O der Teilfläche T_O in nahezu beliebiger Vektor-Reihenfolge erfolgen.
In
Mit anderen Worten können mithilfe der optischen schnellen Ablenkung nicht benachbarte kurze Scanvektoren S_O abgetastet werden, die immer einen Mindestabstand aufweisen, sodass - ohne Anhalten der optischen Ablenkung - die kurzen Scanvektoren S_O der filigranen Struktur F effizient abgearbeitet werden können.In other words, non-adjacent short scan vectors S_O, which always have a minimum distance, can be scanned using the optical fast deflection, so that—without stopping the optical deflection—the short scan vectors S_O of the filigree structure F can be processed efficiently.
Die kurze Scanvektoren S_O sind ebenfalls Beispiele für Unterabfolgen von Strahlpositionen, die jeweils mehrere Strahlpositionen umfassen.The short scan vectors S_O are also examples of sub-sequences of beam positions, each of which includes a plurality of beam positions.
Mit Blick auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele zur Bestrahlung von Unterabfolgen von Strahlpositionen wird der Fachmann anerkennen, dass unter Berücksichtigung, insbesondere Gewährleistung, des Abflusses der mit dem Energiestrahl in die Unterabfolgen eingetragenen Energie eine Anzahl von Unterabfolgen entlang des Bestrahlungspfads und/oder eine Anzahl von Strahlpositionen in einer der Unterabfolgen und/oder ein räumlicher Abstand zwischen nacheinander eingenommenen Unterabfolgen bestimmt werden kann. Insbesondere einer Limitierung der mit dem Energiestrahl in die Unterabfolgen eingetragenen Energie oder Bestrahlungsdauer kann vorgenommen werden. Die Auswahl von Energie und Bestrahlungsdauer an einer Strahlposition hängt u.a. davon ab, ob man bspw. zwischen zwei, drei oder noch mehr Unterabfolgen springt: Überspringt man bspw. nur eine Strahlposition, so dass es ggfs. noch eine, wenn auch reduzierte, thermische Interaktion zwischen-beiden Unterabfolgen gibt, und springt nur zwischen zwei Unterabfolgen hin und her, kann man pro Zeiteinheit evtl. doppelt so viel Energie in jede der Unterabfolgen einbringen (im Vergleich zur kontinuierlichen Bestrahlung); analog wenn man z.B. zwischen vier Unterabfolgen springt (vorausgesetzt gleiche Bestrahlungszeit pro Strahlposition). Man kann also ggfs. auch nahe, thermisch interagierende Unterabfolgen bestrahlen, wenn man genug „thermische Pausen“ zwischen den Belichtungen durch weitere Belichtung an anderen Unterabfolgen/Strahlpositionen einbaut. Thermisch relevant ist unter anderem, ob an einer Stelle die während der Fertigung eingebrachte Energie/Leistung derart über der abfließenden Wärme/Leistung liegt, dass eine zu hohe Spitzentemperatur erreicht wird, die beispielsweise zu Verfärbungen, instabilem Fertigungsprozess oder anderen Problemen führen könnte.With regard to the various exemplary embodiments for irradiating sub-sequences of beam positions, the person skilled in the art will recognize that, taking into account, in particular ensuring, the outflow of the energy introduced into the sub-sequences with the energy beam, a number of sub-sequences along the irradiation path and/or a number of beam positions in one of the subsequences and/or a spatial distance between successively occupied ones Subsequences can be determined. In particular, the energy or irradiation duration introduced into the sub-sequences with the energy beam can be limited. The selection of energy and irradiation duration at a beam position depends, among other things, on whether one jumps between two, three or even more sub-sequences: If, for example, only one beam position is skipped, there may still be another, albeit reduced, thermal interaction between-both sub-sequences, and only jumps back and forth between two sub-sequences, one can possibly put twice as much energy into each of the sub-sequences per unit time (compared to continuous irradiation); analogous if you jump between four sub-sequences, for example (assuming the same irradiation time per beam position). If necessary, one can also irradiate close, thermally interacting sub-sequences if one builds in enough "thermal breaks" between the exposures by further exposure at other sub-sequences/beam positions. Among other things, it is thermally relevant whether the energy/power input during production is so much higher than the heat/power dissipated at one point that the peak temperature is too high, which could lead to discolouration, an unstable production process or other problems, for example.
Es wird angemerkt, dass die hierin offenbarten Bestrahlungsstrategien allgemein auch Bestrahlungspfad mit eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfassen können, die durch eine Veränderung der mechanischen Ablenkung bei fixierter oder variierender optischer Ablenkung eingenommen werden.It is noted that the irradiation strategies disclosed herein may generally also include irradiation paths with a sub-sequence of beam positions taken by changing the mechanical deflection with fixed or varying optical deflection.
Allgemein kann ferner eine Geschwindigkeit, mit der eine Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen kontinuierlich abgetastet wird, unabhängig davon gewählt werden, ob eine der Strahlpositionen der Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen durch das Verändern der optischen Ablenkung und/oder das Verändern der mechanischen Ablenkung eingenommen wird. Bei der additiven Fertigung liegen bevorzugte Geschwindigkeiten für eine derart kontinuierlich durchgeführte Abtastbewegung - ähnlich wie bei einer rein mechanischen Scannereinrichtung - im Bereich von einem Meter pro Sekunde bis zu einigen Metern pro Sekunde. Dabei kann die Wahl der Geschwindigkeit spezifisch für das Pulvermaterialtyp und den Energiestrahl/Laserstrahltyp erfolgen. Hinsichtlich einer möglichst gleichmäßigen Abtastung von Strahlpositionen liegt ein Soll-Geschwindigkeitsbereich zum Beispiel im Bereich von einigen Prozent (evtl. bis zu ±10 % und mehr) um eine für eine Bestrahlungssituation (Pulvermaterialtyp, Energiestrahl/Laserstrahl) vorgegebene Geschwindigkeit, die z.B. für jeweils vorliegende Laserstrahlparameter und Pulvermaterialparameter bestimmt wurde.In general, a speed at which a sequence of spatially adjacent beam positions is continuously scanned can also be selected independently of whether one of the beam positions of the sequence of spatially adjacent beam positions is occupied by changing the optical deflection and/or changing the mechanical deflection will. In additive manufacturing, preferred speeds for such a continuously performed scanning movement—similar to a purely mechanical scanner device—are in the range from one meter per second to a few meters per second. The speed can be selected specifically for the powder material type and the energy beam/laser beam type. With regard to scanning beam positions as uniformly as possible, a target speed range is, for example, in the range of a few percent (possibly up to ±10% and more) around a speed specified for an irradiation situation (powder material type, energy beam/laser beam), which is e.g Laser beam parameters and powder material parameters was determined.
Wird die Möglichkeit der sprunghaften Ansteuerung von nicht-benachbarten Strahlpositionen eingebaut und entsprechend die Energie des Energiestrahls erhöht, kann eine auf den gesamten Bestrahlungspfad bezogene Abtastgeschwindigkeit entsprechend höhere Werte einnehmen, mit einer entsprechend gesteigerten Fertigungseffizienz.If the possibility of abrupt activation of non-adjacent beam positions is built in and the energy of the energy beam is correspondingly increased, a scanning speed related to the entire radiation path can assume correspondingly higher values, with a correspondingly increased manufacturing efficiency.
Nachfolgend werden weitere Aspekte der Erfindung zusammengefasst:
- Aspekt 1. Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls (5) entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen (17) ausgebildeten Bestrahlungspfads (101), der dazu vorgesehen ist, in einem Arbeitsbereich (9) einer Fertigungseinrichtung (1) ein Pulvermaterial (2) in einer Pulverschicht zu verfestigen, mit den Schritten:
- Einstrahlen des kontinuierlichen Energiestrahls (5) auf das Pulvermaterial (2), um im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens eine Schicht eines Bauteils (4) zu formen; und
- Verlagern des Energiestrahls (5) innerhalb des Arbeitsbereichs (9) durch ein Überlagern einer optischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Ablenkeinrichtung (13) und einer mechanischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Scannereinrichtung (7), wobei
- - die mechanische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl (5) an einer Mehrzahl von im Arbeitsbereich (9) angeordneten Bestrahlungspositionen (11) zu positionieren, wobei die Bestrahlungspositionen (11) den Arbeitsbereich (9) im Wesentlichen aufspannen, und
- - die optische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl (5) um jede der Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) der Ablenkeinrichtung (13) auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) abzulenken,
wobei die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert werden, um die Abfolge von Strahlpositionen (17) mit dem Energiestrahl (5) abzutasten.Further aspects of the invention are summarized below:
- Aspect 1. Method for displacing a continuous energy beam (5) along an irradiation path (101) formed by a sequence of beam positions (17), which is intended to inject a powder material (2) into a work area (9) of a production facility (1). to solidify a layer of powder, with the steps:
- Radiating the continuous energy beam (5) onto the powder material (2) in order to form a layer of a component (4) as part of an additive manufacturing process; and
- Displacing the energy beam (5) within the working area (9) by superimposing an optical deflection of the energy beam (5) with a deflection device (13) and a mechanical deflection of the energy beam (5) with a scanner device (7), wherein
- - the mechanical deflection is designed to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11) arranged in the working area (9), the irradiation positions (11) essentially spanning the working area (9), and
- - the optical deflection is designed to deflect the energy beam (5) around each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) of the deflection device (13) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17),
wherein the optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to scan the sequence of beam positions (17) with the energy beam (5).
[Allgemein ist hierin der Strahlbereich durch ein maximales Ausmaß der optischen Ablenkung der Ablenkeinrichtung gegeben.][In general, the beam area is given here by a maximum extent of the optical deflection of the deflection device.]
Aspekt 2. Verfahren nach Aspekt 1, ferner mit:
- Ansteuern der Ablenkeinrichtung (13) und der Scannereinrichtung (7) derart, dass der Energiestrahl (5) nacheinander Unterabfolgen, die jeweils mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) umfassen, abtastet, wobei durch eine sprunghafte Veränderung der optischen Ablenkung ein Bereich zwischen den beabstandeten Unterabfolgen vom Energiestrahl (5) übersprungen wird, sodass nacheinander räumlich voneinander beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Unterabfolgen vom Energiestrahl eingenommen werden.
- Driving the deflection device (13) and the scanner device (7) such that the Ener energy beam (5) successively sub-sequences, each of which comprises at least one beam position of the sequence of beam positions (17) of the radiation path (101), with a region between the spaced sub-sequences being skipped by the energy beam (5) as a result of a sudden change in the optical deflection, so that successively spatially spaced, in particular thermally decoupled, sub-sequences are occupied by the energy beam.
Aspekt 3. Verfahren nach Aspekt 2, wobei mindestens eines von
- - einer Anzahl von Unterabfolgen entlang des Bestrahlungspfads,
- - einer Anzahl von Strahlpositionen in einer der Unterabfolgen und
- - ein räumlicher Abstand zwischen nacheinander eingenommenen Unterabfolgen unter Berücksichtigung/Gewährleistung des Abflusses der mit dem Energiestrahl (5) in die Unterabfolgen eingetragenen Energie, insbesondere einer Limitierung der mit dem Energiestrahl in die Unterabfolgen eingetragenen Energie oder Bestrahlungsdauer, bestimmt werden.
- - a number of subsequences along the irradiation path,
- - a number of beam positions in one of the subsequences and
- - a spatial distance between successively taken sub-sequences, taking into account/ensuring the discharge of the energy introduced into the sub-sequences with the energy beam (5), in particular a limitation of the energy or irradiation duration introduced into the sub-sequences with the energy beam.
Aspekt 4. Verfahren nach Aspekt 2 oder 3, wobei die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass
aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) zeitlich nicht aufeinanderfolgend eingenommen werden.
adjoining beam positions (17) of the radiation path (101) are not occupied consecutively.
Aspekt 5. Verfahren nach einem der Aspekte 2 bis 4, wobei die Ablenkeinrichtung (13) in einem für den Energiestrahl (5) vorgesehenen Durchtrittsbereich ein optisches, insbesondere transparentes, Material umfasst, das optische Eigenschaften aufweist, die zum Bewirken der optischen Ablenkung eingestellt werden, und wobei die Ablenkeinrichtung (13) insbesondere einen Kristall umfasst, in dem zum Bewirken der optischen Ablenkung eine akustische Welle mit einer akustischen Wellenlänge ausgebildet wird oder ein Brechungsindex oder ein Brechungsindexgradient eingestellt wird.
Aspekt 6. Verfahren nach Aspekt 5, ferner mit
- - Anregen einer akustischen Welle mit einer akustischen Wellenlänge im optischen Material zur Ausbildung eines akusto-optischen Beugungsgitters,
- - Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich,
- - Beugen des Energiestrahls am akusto-optischen Beugungsgitter zu einem großen Teil, insbesondere zu mindestens 80 % und bevorzugt zu mindestens 90 %, unter einem Beugungswinkel in eine erste Beugungsordnung,
- - Führen des gebeugten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen (17) und
- - Verändern der optischen Ablenkung des Energiestrahls durch Ändern der akustischen Wellenlänge, wobei insbesondere ein diskretes Verändern der akustischen Wellenlänge zum sprunghaften Verändern der akusto-optischen Ablenkung vorgenommen wird, sodass der Bereich zwischen den beabstandeten Unterabfolgen, und insbesondere mindestens eine räumlich zwischen den Unterabfolgen liegende Strahlposition (17) des Bestrahlungspfads (101), vom Energiestrahl (5) übersprungen wird.
- - Excitation of an acoustic wave with an acoustic wavelength in the optical material to form an acousto-optical diffraction grating,
- - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- - Bending the energy beam at the acousto-optical diffraction grating to a large extent, in particular at least 80% and preferably at least 90%, at a diffraction angle in a first diffraction order,
- - guiding the diffracted energy beam to a first of the beam positions (17) and
- - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the acoustic wavelength, in particular a discrete changing of the acoustic wavelength for abruptly changing the acousto-optical deflection is carried out, so that the area between the spaced sub-sequences, and in particular at least one spatially between the sub-sequences lying beam position (17) of the irradiation path (101) is skipped by the energy beam (5).
Aspekt 7. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, wobei räumlich nicht-aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) zeitlich aufeinanderfolgend eingenommen werden und/oder
die beabstandeten Unterabfolgen mindestens einen Durchmesser des Energiestrahls oder mindestens 50 % des Durchmessers des Energiestrahls oder mindestens das 1,5- bis 2-fache des Durchmessers des Energiestrahls voneinander beabstandet im Arbeitsbereich (9) angeordnet sind und/oder
Bereiche des Arbeitsbereichs (9) übersprungen werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe von Bereichen umfassend einen noch nicht bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs (9), einen nicht zu bestrahlenden Bereich des Arbeitsbereichs (9) und einen bereits bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs (9).
the spaced sub-sequences are spaced apart from each other in the work area (9) by at least one diameter of the energy beam or at least 50% of the diameter of the energy beam or at least 1.5 to 2 times the diameter of the energy beam and/or
Areas of the work area (9) are skipped, which are selected from the group of areas comprising an area of the work area (9) that has not yet been irradiated, an area of the work area (9) that is not to be irradiated and an area of the work area (9) that has already been irradiated.
Aspekt 8. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 7, wobei, während die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass die mechanische Ablenkung den Energiestrahl (5) an einer Bestrahlungsposition (11) positioniert, die Ablenkeinrichtung (13) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) nacheinander die Strahlpositionen (17) von Unterabfolgen einnimmt, die den Strahlbereich (15) der entsprechenden Bestrahlungsposition (11), und insbesondere eine vorgegebene Strahlform des Strahlbereichs (15), vollständig abdecken.
Aspekt 9. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, wobei, während die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass die mechanische Ablenkung den Energiestrahl (5) kontinuierlich an einer Abfolge von Bestrahlungspositionen (11) positioniert, die Ablenkeinrichtung (13) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) nacheinander die Strahlpositionen (17) von Unterabfolgen einnimmt, die den Strahlbereich (15) der entsprechenden Bestrahlungsposition (11), und insbesondere eine vorgegebene Strahlform des Strahlbereichs (15), teilweise oder vollständig abdecken.
Aspekt 10. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 9, wobei die Ablenkeinrichtung (13) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) an einer Bestrahlungsposition (11) der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) an eine Mehrzahl von Strahlpositionen (17) verlagert wird, um ein Strahlprofil des Strahlbereichs während der Herstellung eines Bauteils (4) zu formen, und der Energiestrahl (5) sprunghaft an die Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen (17) verlagert wird, wobei der Energiestrahl (5) insbesondere räumlich aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) im Strahlbereich (15) überspringt und insbesondere nur räumlich nicht-aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) im Strahlbereich (15) zeitlich aufeinanderfolgend einnimmt.
Aspekt 11. Verfahren nach Aspekt 10, ferner mit:
- Einstrahlen des Energiestrahls (5), indem die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) entlang einer Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen (11) gemäß eines Scanpfads (103) positioniert wird, und die Ablenkeinrichtung (13) zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) zwischen Strahlpositionen (17) einer zweidimensionalen Anordnung von Strahlpositionen (17), insbesondere zwischen quer zum Scanpfad (103) angeordneten Strahlpositionen (17), hin und her springt.
- The energy beam (5) is radiated in by the scanner device (7) being controlled in such a way that the energy beam (5) is positioned along a sub-sequence of irradiation positions (11) according to a scan path (103), and the deflection device (13) is controlled in this way at the same time that the energy beam (5) jumps back and forth between beam positions (17) of a two-dimensional array of beam positions (17), in particular between beam positions (17) arranged transversely to the scan path (103).
Aspekt 12. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 11, wobei der Bestrahlungspfad (101) mindestens eine Bestrahlungszone (HA1) aufweist, in der eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen in Form von nebeneinanderliegenden, zumindest teilweise parallel verlaufenden Scanvektoren (S1, S2, S3, S4, S5, S6), insbesondere von gleicher Länge, definiert ist, ferner mit:
- Einstrahlen des Energiestrahls (5), indem die Scannereinrichtung (13) derart angesteuert wird, dass die Bestrahlungsposition (11) entlang einem ersten Scanvektor (S1) der Scanvektoren (S1, S2, S3, S4, S5, S6) verlagert wird, und die Ablenkeinrichtung (13) zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) zwischen dem ersten Scanvektor (S1) der Scanvektoren (S1, S2, S3, S4, S5, S6) und mindestens einem weiteren Scanvektor (S4) der Scanvektoren (S1, S2, S3, S4, S5, S6) hin und her springt.
- Irradiating the energy beam (5) by controlling the scanner device (13) in such a way that the irradiation position (11) is displaced along a first scan vector (S1) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6), and the Deflection device (13) is controlled at the same time such that the energy beam (5) between the first scan vector (S1) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) and at least one further scan vector (S4) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) jumps back and forth.
Aspekt 13. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 12, ferner mit:
- Einstrahlen des Energiestrahls (5), indem die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass die Bestrahlungsposition (11) entlang einer Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen (11) gemäß eine Scanrichtung verlagert wird, und die Ablenkeinrichtung (13) zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) zwischen entlang der Unterabfolge angeordneten Strahlpositionen in und entgegen der Scanrichtung springt.
- The energy beam (5) is radiated in by the scanner device (7) being controlled in such a way that the irradiation position (11) is displaced along a subsequence of irradiation positions (11) in accordance with a scanning direction, and the deflection device (13) is controlled at the same time in such a way that the Energy beam (5) jumps between beam positions arranged along the subsequence in and against the scanning direction.
Aspekt 14. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 13, wobei der Bestrahlungspfad (101) mindestens zwei Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) aufweist, in denen jeweils eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen in Form von nebeneinanderliegenden, zumindest teilweise parallel verlaufenden Scanvektoren (S1, S2, S3, S4, S5, S6) gleicher Länge definiert ist, wobei
zum Verlagern des Energiestrahls (5) die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl entlang einem ersten Scanvektor (S1; S2) der Scanvektoren (S1, S2, S3, S4, S5, S6) in einer ersten der Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) positioniert wird, und
die Ablenkeinrichtung zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl zwischen dem ersten der Scanvektoren in der ersten der Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) und
mindestens einem weiteren Scanvektor (S1, S2) der Scanvektoren (S1, S2, S3, S4, S5, S6) einer weiteren der Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) hin und her springt.Aspect 14. The method according to any one of aspects 1 to 13, wherein the irradiation path (101) has at least two irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2), in each of which a plurality of subsequences of irradiation positions in the form of adjacent, at least partially parallel ones Scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) of equal length is defined, where
to displace the energy beam (5), the scanner device (7) is controlled in such a way that the energy beam travels along a first scan vector (S1; S2) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) in a first of the irradiation zones (HA2 , HA3; HB1, HB2) is positioned, and
the deflection device is controlled at the same time in such a way that the energy beam between the first of the scan vectors in the first of the irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2) and
at least one further scan vector (S1, S2) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) of a further one of the irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2) jumps back and forth.
Aspekt 15. Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen eines Bauteils (4) aus einem Pulvermaterial (2), das in einem Arbeitsbereich (9) bereitgestellt wird, mit
- - einer Strahlerzeugungseinrichtung (3), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines kontinuierlichen Energiestrahls (5) zum Bestrahlen des Pulvermaterials (2),
- - einer Scannereinrichtung (7), die für eine mechanische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) an einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) zu positionieren,
wobei die Bestrahlungspositionen (11) den Arbeitsbereich (9) im Wesentlichen aufspannen,
- - einer Ablenkeinrichtung (13), die für eine optische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) um jede der Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) abzulenken, und
- - einer Steuereinrichtung (19), die mit der Scannereinrichtung (7) und der Ablenkeinrichtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart anzusteuern, dass die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert werden, um mit dem kontinuierlichen Energiestrahl (5) einen durch eine Abfolge der Strahlpositionen (17) ausgebildeten Bestrahlungspfad (101) abzutasten, wobei der Bestrahlungspfad (101) dazu vorgesehen ist, im Arbeitsbereich (9) das Pulvermaterial (2) in einer Pulverschicht zu verfestigen.
- - a beam generating device (3) which is set up to generate a continuous energy beam (5) for irradiating the powder material (2),
- - a scanner device (7) which is set up for mechanical deflection in order to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11),
wherein the irradiation positions (11) essentially span the working area (9),
- - a deflection device (13) which is set up for optical deflection in order to deflect the energy beam (5) around each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17), and
- - A control device (19) which is operatively connected to the scanner device (7) and the deflection device (13) and set up to to control the deflection device (13) and the scanner device (7) in such a way that the optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to scan a radiation path (101) formed by a sequence of beam positions (17) with the continuous energy beam (5). , wherein the irradiation path (101) is intended to solidify the powder material (2) in a powder layer in the work area (9).
Aspekt 16. Fertigungseinrichtung (1) nach Aspekt 15, wobei die Ablenkeinrichtung (13) eingerichtet ist,
- - den Energiestrahl (5) sprunghaft an eine Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen (17) zu verlagern, und/oder
- - mit dem Energiestrahl (5) nacheinander Unterabfolgen, die jeweils mindestens eine Strahlposition (17) der Abfolge von Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) umfassen, abzutasten, wobei durch eine sprunghafte Veränderung der optischen Ablenkung ein Bereich zwischen den beabstandeten Unterabfolgen vom Energiestrahl (5) übersprungen wird, sodass nacheinander räumlich voneinander beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Unterabfolgen vom Energiestrahl eingenommen werden.
- - to shift the energy beam (5) abruptly to a plurality of discrete beam positions (17), and/or
- - using the energy beam (5) to scan sub-sequences in succession, each of which comprises at least one beam position (17) of the sequence of beam positions (17) of the radiation path (101), with an abrupt change in the optical deflection removing a region between the spaced sub-sequences from the energy beam (5) is skipped, so that successively spatially spaced apart, in particular thermally decoupled, sub-sequences are occupied by the energy beam.
Aspekt 17. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der Aspekte 15 oder16, wobei
- - die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, die Scannereinrichtung (7) und die Ablenkeinrichtung (13) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 anzusteuern,
- - die Scannereinrichtung (7) mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezo-Scanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich (9) verlagerbaren Arbeitskopf aufweist,
- - die Ablenkeinrichtung (13) mindestens einen elektro-optischen Deflektor und/oder akusto-optischen Deflektor (21), vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte elektro-optische oder akusto-optische Deflektoren (21), aufweist,
- - die Ablenkeinrichtung mindestens einen akusto-optischen Deflektor (21) mit einem optischen Material, wie einem Kristall, und einem Anreger (112) zum Erzeugen akustischer Wellen im optischen Material aufweist, und/oder
- - die Strahlerzeugungseinrichtung (3) als Dauerstrich-Laser ausgebildet ist.
- - the control device (19) is set up to control the scanner device (7) and the deflection device (13) according to a method according to one of claims 1 to 14,
- - the scanner device (7) has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head that can be displaced relative to the work area (9),
- - the deflection device (13) has at least one electro-optical deflector and/or acousto-optical deflector (21), preferably two electro-optical or acousto-optical deflectors (21) which are not oriented parallel, in particular perpendicular to one another,
- - the deflection device has at least one acousto-optical deflector (21) with an optical material, such as a crystal, and an exciter (112) for generating acoustic waves in the optical material, and/or
- - The beam generating device (3) is designed as a continuous wave laser.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.It is explicitly emphasized that all features disclosed in the description and/or the claims are to be regarded as separate and independent from each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the combinations of features in the embodiments and/or the claims should. It is explicitly stated that all indications of ranges or groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention, in particular also as a limit of a range indication.
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---|---|---|---|---|
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2732890A2 (en) | 2012-11-20 | 2014-05-21 | Sisma S.p.A. | A machine for making three-dimensional objects from powdered materials |
EP3628488A1 (en) | 2015-03-30 | 2020-04-01 | Renishaw PLC | Additive manufacturing apparatus |
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Non-Patent Citations (1)
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HEBERLE, J.; BECHTOLD, P; STRAUß, J.; SCHMIDT, M.: Electro-optic and acousto-optic laser beam scanners. In: Proceedings of SPIE, Vol. 9736, 2016; doi: 10.1117/12.2212208, S. 97360L-1 – 97360L-10. |
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