DE10112591A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers vorgeschlagen, wobei man ein flüssiges oder pulverförmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit einem ablenkbaren Strahl entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt, wobei man den Strahl in der Weise ablenkt, dass er - beginnend mit einer Startkonturlinie - mehrere, einander vorzugsweise mit geringer Überlappung benachbarte, insbesondere zwiebelringartig ineinander verschachtelte Konturen beschreibt. Ein weiterer Aspekt ist die Einstellung der Umschmelztemperatur an aktuell bestrahlten Stellen einer Rohmaterialschicht beim selektiven Laserschmelzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers oder Gegenstandes nach der Methode der Stereolithographie, des selektiven Pulverschmelzens oder einer anderen Prototypen-Herstellungsmethode, bei der man ein flüssiges oder pulverförmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem, insbesondere gesteuert ablenkbaren Strahl, vorzugsweise Laserstrahl, entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnitts­ muster des Formkörpers zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt bzw. verschmelzt.

Unter den Begriffen Stereolithographie, selektives Pulverschmelzen, selekti­ ves Laserschmelzen, selektives Lasersintern u. dgl., sind in jüngerer Zeit leistungsfähige Methoden zur Herstellung von Formkörpern auch kompli­ zierter Geometrien bekannt geworden, wobei diese häufig unter dem Be­ griff "rapid prototyping" oder "rapid tooling" oder "rapid manufacturing" zusammengefassten Methoden im Wesentlichen auf folgendem Prinzip basieren: Der Formkörper, also irgendein herzustellender Gegenstand, wird nach Maßgabe von CAD-Daten bzw. von davon abgeleiteten geometri­ schen Beschreibungsdaten schichtweise aus einem zunächst flüssigen Rohmaterial oder feinkörnigen bzw. pulvrigen Rohmaterial aufgebaut, indem das Rohmaterial entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers durch selektives Bestrahlen verfestigt bzw. verschmolzen wird. Üblicherweise erfolgt das Bestrahlen mittels wenigstens einem gesteuert ablenkbaren Laserstrahl. Dabei erfolgt die Steuerung einer den Strahl ablenkenden Strahlablenkeinrichtung mittels einer Steuereinrichtung auf der Basis geometrischer Beschreibungsdaten des herzustellenden Formkörpers, welche üblicherweise von einem Mikro­ computer nach Maßgabe eines entsprechenden Programms aus CAD-Daten abgeleitet und bereitgestellt werden. Der Laserstrahl zeichnet auf der zuletzt präparierten Rohmaterialschicht das dieser Schicht zugeordnete Querschnittsmuster des Formkörpers, um das Rohmaterial dem Quer­ schnittsmuster entsprechend selektiv zu verfestigen bzw. zu verschmelzen. Nach einem solchen Bestrahlungsschritt erfolgt dann die Präparation der nächsten Rohmaterialschicht auf der zuletzt durch Bestrahlen selektiv und bereichsweise verfestigten bzw. verschmolzenen Schicht. Nach Ausbildung einer an ihrer Oberfläche hinreichend glatten Rohmaterialschicht erfolgt dann wieder ein Belichtungsschritt in der vorstehend erläuterten Weise. Der Formkörper entsteht somit Schicht für Schicht, wobei die aufeinander folgend hergestellten Querschnitts-Schichten des Formkörpers aneinander haften.

Im Falle der üblichen stereolithographischen Verfahren, wie sie beispiels­ weise in DE 41 34 265 A1 oder DE 44 08 754 A1 beschrieben sind, handelt es sich bei dem Rohmaterial um ein flüssiges Harz bzw. einen flüssigen Kunststoff (Photopolymer), welcher durch Bestrahlen mit elek­ tromagnetischer Strahlung, beispielsweise UV-Licht, verfestigbar ist. Gege­ benenfalls können auch durch Teilchenbestrahlung aushärtbare Fluide als Rohmaterialien in stereolithographischen Prozessen herangezogen werden. Gemäß einer verbreiteten Stereolithographie-Variante wird der gewünschte Formkörper aus einem Bad des Rohmaterials gefertigt, und zwar auf einer Plattform, die Schicht für Schicht weiter in das Rohmaterialbad eingetaucht werden kann, um eine jeweilige zuletzt verfestigte Schicht unter die Flüs­ sigkeitsoberfläche zu bringen, so dass sich eine neue Rohmaterialschicht darauf bilden kann, die dann in der oben angesprochenen Weise zu belich­ ten ist. Die Flüssigkeitsoberfläche bleibt dabei im Wesentlichen auf einem konstanten Pegel, so dass der Abstand zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und der Strahlungsquelle bzw. einer entsprechenden Strahlablenkeinrich­ tung im Wesentlichen konstant bleibt.

Beim selektiven Verschmelzen von Metallpulvern, wie es beispielsweise in der WO 98/24574 beschrieben ist, erfolgt das Präparieren der Schichten normalerweise durch Hinzugabe von Pulvermaterial auf der zuletzt ver­ festigten Schicht nach jedem Bestrahlungsschritt. Nach Glättung der Pul­ verschicht und Einstellen des Schichtniveaus relativ zur Strahlungsquelle bzw. zur Strahlablenkeinrichtung erfolgt dann der nächste Bestrahlungs­ schritt in der oben beschriebenen Weise. Die jeweilige Einstellung des Schichtniveaus erfolgt normalerweise durch entsprechendes Absenken einer Plattform, auf der der Formkörper schichtweise aufgebaut wird.

In entsprechender Weise erfolgt der Aufbau eines Formkörpers bei Metho­ den nach dem Prinzip des selektiven Lasersinterns (selective laser sinte­ ring), wobei insbesondere Metallpulver mit niedrigschmelzenden Binde­ mitteln eingesetzt werden.

Bei den bisher bekannten rapid-prototyping-Herstellungsmethoden erfolgt die Herstellung von - in der Draufsicht auf die Schicht - zusammenhängen­ den Flächenbereichen des der betreffenden Schicht zugeordneten Quer­ schnittsmusters im Allgemeinen dadurch, dass ein Laserstrahl die Rand­ kontur des Flächenbereichs abtastet bzw. beschreibt und dann innerhalb dieser Randkontur nach Art von eng benachbarten geradlinigen Schraffurli­ nien eine zeilenweise Abtastung bzw. Rasterung des Flächenbereichs vornimmt, um die Fläche auszufüllen bzw. den entsprechenden Bereich der Schicht auszuhärten. Dabei erfolgt die Steuerung der Strahlablenkeinrich­ tung normalerweise auf der Basis von Schraffurdaten, die mit einem CAD- Programm erzeugt wurden. Das Berechnen der Schraffurliniendaten ist ein aufwendiger Prozess, der relativ viel Rechenzeit und Speicherkapazität des Steuerrechners oder ggf. eines Datenvorbereitungsrechners erfordert, insbesondere wenn auch noch sichergestellt werden soll, dass der Belich­ tungsstrahl eine möglichst kontinuierliche Abtastung durchführen soll, also Sprünge des Strahls von einem Belichtungsort zum nächsten Belichtungsort über nicht zu belichtende Strecken möglichst vermieden werden sollen.

Es wurde auch beobachtet, dass mittels "Schraffurlinienbelichtung" ver­ festigte Schichten keine guten mechanischen Eigenschaften aufweisen. So wurden z. B. Materialspannungen und insbesondere Risslinien parallel zu den "Schraffurlinien" in den ausgehärteten Flächenbereichen festgestellt, wobei solche Risslinien, insbesondere bei komplizierteren Formkörpergeo­ metrien, zu einer Brüchigkeit des Formkörpers führen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren der eingangs genannten Art eine verbesserte Vorgehensweise bei der Bestrahlung jeweiliger Rohmaterialschichten vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass man zur Bildung eines zusammenhängenden Bereichs des Formkörper-Querschnitts­ musters in einer betreffenden Schicht den Strahl in der Weise ablenkt oder/und die zu bestrahlende Schicht relativ zu dem Strahl in der Weise bewegt, dass der Strahl - beginnend mit einer Startkonturlinie - mehrere, einander anschmiegend benachbarte, insbesondere zwiebelringartig inein­ ander verschachtelte Konturen auf der Schicht beschreibt.

Vorzugsweise entspricht die Startkonturlinie einer Oberflächen-Randkontur des zu bildenden zusammenhängenden Bereichs. Die Startkonturlinie kann jedoch alternativ auch innerhalb des zu belichtenden Bereichs liegen.

Normalerweise erfolgt die Bestrahlung einer betreffenden Schicht bei ruhen­ der Schicht und bei bewegtem Laserstrahl unter Verwendung einer steuer­ baren Strahlablenkeinrichtung, die nach Maßgabe von Steuerdaten eines Steuerrechners gesteuert wird. Hat der Steuerrechner oder ggf. ein Daten­ vorbereitungsrechner die Daten für die Startkonturlinie, also normalerweise für eine Oberflächen-Randkonturlinie aus betreffenden CAD-Daten ermittelt, so ist die rechnerische Beschreibung der geometrisch "ähnlichen", inein­ ander verschachtelten Konturen ein Prozess, der vom Steuerrechner oder ggf. einem Datenvorbereitungsrechner durchgeführt werden kann. Vorzugs­ weise bilden die Konturen jeweils geschlossene Schleifen.

Alternativ könnte die Konturlinienbelichtung bei ruhendem Strahl und gesteuert bewegter Schicht oder bei bewegtem Strahl und bewegter Schicht erfolgen.

Es hat sich gezeigt, dass nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Schichten mechanisch stabiler sind als Schichten, die nach der Schraffurlinienmethode belichtet wurden. Insbesondere neigen die nach der erfindungsgemäßen "Konturlinienbelichtungsmethode" oder "Konturver­ schachtelungsmethode" belichteten Schichten nicht zur Bildung von Riss­ linien, die sich quer über die belichteten Flächenbereiche hinweg erstrec­ ken.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. Die Vorrichtung umfasst eine Trägervor­ richtung für den zu erstellenden Formkörper, Mittel zur Präparierung einer jeweiligen, nächstfolgend zumindest bereichsweise zu verfestigenden Rohmaterialschicht auf der Trägervorrichtung bzw. auf einer vorausgehend präparierten und bestrahlten Schicht, eine Strahlungsquelle zur Bereitstel­ lung eines gebündelten Strahls zur Verfestigung bzw. Verschmelzung des Rohmaterials in einer betreffenden Schicht, eine Strahlablenkeinrichtung zur gesteuerten Ablenkung des Strahls und eine programmierbare Steuerein­ richtung zur Steuerung der Strahlablenkeinrichtung, wobei die Steuerein­ richtung dazu eingerichtet ist, die Strahlablenkeinrichtung zur Bestrahlung einer betreffenden Schicht in der Weise auf der Basis von CAD-Daten bzw. davon abgeleiteten Geometriebeschreibungsdaten für den Formkörper zu steuern, dass der Strahl - beginnend mit einer Startkonturlinie - mehrere, einander benachbarte, insbesondere zwiebelringartig ineinander verschach­ telte Konturen auf der Schicht beschreibt.

Unter einem weiteren, selbständigen Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach der Methode der Stereolithographie oder einer anderen Prototypen-Herstellungsmethode (rapid-prototyping, rapid tooling, rapid manufacturing), bei der man ein flüssiges oder pulvriges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem gesteuert ablenkbaren Strahl entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Quer­ schnittsmuster des Formkörpers zu zusammenhängenden Bereichen ver­ festigt bzw. verschmelzt, wobei man zur streifenweisen Bildung zusam­ menhängend verfestigter Bereiche des Formkörper-Querschnittsmusters in einer betreffenden Schicht den Strahl in der Weise relativ zur Schicht bewegt, dass der Auftreffpunkt des Strahls auf der Schicht relativ zu dieser eine erste Bewegungskomponente in der jeweiligen Streifenlängsrichtung aufweist. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl ferner in der Weise relativ zur Schicht bewegt wird, dass der Auftreffpunkt des Strahls auf der Schicht relativ zu dieser eine der ersten Bewegungskomponente überlagerte, oszillierende Bewegungskom­ ponente quer zur Streifenlängsrichtung aufweist.

Die oszillierende Bewegungskomponente kann dadurch erzeugt werden, dass man einem Ablenksteuersignal zur Ablenkung des Auftreffpunkts in Streifenlängsrichtung ein Schwingungssignal aufmoduliert bzw. überlagert. Dieses Schwingungssignal kann hinsichtlich seiner Amplitude ggf. gesteu­ ert variiert werden, um die Streifenbreite bei der streifenweisen Bildung zusammenhängend verfestigter Bereiche des Formkörper-Querschnitts­ musters einstellen zu können. Der Begriff "Streifenlängsrichtung" bezieht sich allgemein auf die Längsdimension des jeweiligen zu verfestigenden Schichtenstreifens. Die Streifenlängsrichtung kann somit ggf. Krümmungen umfassen, falls der Streifen gekrümmt verläuft.

Erfolgt die Bestrahlung beispielsweise mittels Laserstrahl, der durch ein Ablenksystem aus zwei Scannerspiegeln gesteuert abgelenkt wird, so kann es vorgesehen sein, dass jeweils wenigstens einer der Scannerspiegel zur Ausführung einer oszillierenden Bewegung angesteuert wird, die der oszil­ lierenden Bewegungskomponente des Auftreffpunkts des Strahls auf der Schicht entspricht. Eine solche Vorgehensweise empfiehlt sich insbeson­ dere in Fällen, in denen ein zeilenweises bzw. spaltenweises Formen der Streifen in X- bzw. Y-Richtung erfolgt.

Alternativ kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass bei­ spielsweise die zu belichtende Schicht bzw. deren Träger gesteuert bewegt wird, so dass es zur Relativbewegung zwischen Schicht und Strahl ent­ sprechend der ersten Bewegungskomponente in Streifenlängsrichtung kommt, und dass die Strahlablenkeinrichtung so angesteuert wird, dass sie lediglich die oszillierende Bewegungskomponente des Strahlauftreffpunktes durch Bewegung des Strahls erzeugt.

Es hat sich gezeigt, dass diese Art der Belichtung bei der Pulververschmel­ zung bzw. Pulversinterung mittels Laserstrahlung auch thermische Vorteile mit sich bringt, da der die Wärmeenergie eintragende Laserstrahl bei effi­ zienter Flächenabtastung relativ kleine Entfernungen pro Zeiteinheit zu überwinden hat und somit der momentan von dem Laserstrahl erfasste Bereich noch von der unmittelbar zuvor erzeugten Wärme bei der Verfesti­ gung von Nachbarbereichen profitiert und somit eine bessere Energieaus­ beute des Laserlichts bei der Materialverfestigung bzw. Materialverschmel­ zung gegeben ist.

In umgekehrter Weise könnte durch horizontale Schwingungsbewegung der Schicht relativ zum Strahl die oszillierende Bewegungskomponente des Strahlauftreffpunktes erzeugt werden, während die Strahlablenkeinrichtung den Strahlauftreffpunkt in Längsrichtung des zu erzeugenden Streifens bewegt.

Gemäß einer vorteilhaften Variante des Verfahrens bildet man die Streifen konturlinienartig aus, wobei man - beginnend mit einer Startkonturlinie - mehrere, einander vorzugsweise mit geringer Überlappung benachbarte, insbesondere zwiebelringartig ineinander verschachtelte Konturenstreifen auf der Schicht beschreibt. Diese Verfahrensvariante entspricht einer Kombination der Verfahren gemäß Anspruch 1 und gemäß Anspruch 5.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 5. Die Vorrichtung umfasst eine Trägervorrichtung für den zu erstellenden Formkörper, Mittel zur Präparierung einer jeweiligen, nächstfolgend zumindest bereichsweise zu verfestigenden Rohmaterial­ schicht auf der Trägervorrichtung bzw. auf einer vorausgehend präparierten und bestrahlten Schicht, eine Strahlungsquelle zur Bereitstellung eines gebündelten Strahls zur Verfestigung bzw. Verschmelzung des Rohmateri­ als in einer betreffenden Schicht, eine Strahlablenkeinrichtung zur gesteuer­ ten Ablenkung des Strahls und eine programmierbare Steuereinrichtung zur Steuerung der Strahlablenkeinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Strahlablenkeinrichtung bei der Bestrahlung einer be­ treffenden Schicht in der Weise nach Maßgabe von CAD-Daten oder davon abgeleiteten geometrischen Beschreibungsdaten zu steuern, dass sie zur streifenweisen Bildung zusammenhängend verfestigter Bereiche des Form­ körper-Querschnittsmusters in einer betreffenden Schicht den Strahl relativ zu der Schicht so bewegt, dass der Auftreffpunkt des Strahls auf der Schicht relativ zu dieser eine Bewegungskomponente in der jeweiligen Streifenlängsrichtung aufweist und dass der Auftreffpunkt des Strahls ferner eine der ersten Bewegungskomponente überlagerte, oszillierende Bewegungskomponente quer zur Streifenlängsrichtung aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einer Methode der schnellen Prototypen-Herstellung, insbesondere selektiven Laserschmelzmethode, bei der man ein pulver­ förmiges Rohmaterial in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem, insbesondere gesteuert ablenkbaren Strahl, vorzugsweise Laserstrahl, entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmusters des Formkörpers zu zusammen­ hängenden Bereichen verfestigt bzw. verschmelzt, wobei man die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls auf der Schicht auftreffende Strahlungsenergie des Strahls bzw. die durch Bestrah­ lung zugeführte Energie an der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der betref­ fenden Schicht in Abhängigkeit davon variiert, ob der jeweils aktuell be­ strahlte Bereich der Schicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehend bestrahl­ ten Schicht liegt.

Es geht somit erfindungsgemäß darum, den durch Bestrahlung bewirkten Energieeintrag in den umzuschmelzenden Bereichen abhängig von den Wärmeleitungsbedingungen in der jeweiligen Umgebung des Strahlauftreff­ punkts auf der betreffenden Schicht so zu variieren, dass das pulvrige Rohmaterial an sämtlichen Stellen des zu verfestigenden Querschnitts­ musters bei einer Temperatur aus einem relativ kleinen Temperaturbereich verschmolzen wird. Es soll verhindert werden, dass aufgrund lokal unter­ schiedlicher thermischer Bedingungen (Umschmelztemperaturen) Material­ spannungen bzw. Materialverzug oder sonstige nicht erwünschte Verfor­ mungen des Formkörpers entstehen.

Da die Geometrie des herzustellenden Formkörpers durch die CAD-Daten bzw. durch die daraus abgeleiteten Geometriebeschreibungsdaten für die Prozesssteuerung determiniert ist und auch die den Energieeintrag in das Rohmaterial bestimmenden Parameter, wie Absorptionsvermögen des Rohmaterials für das Licht des Laserstrahls, Wärmeleiteigenschaften des Rohmaterials, Wärmeleiteigenschaften des verfestigten Materials, (ggf. geregelte) Basistemperatur des Materials, Laserstrahlintensität etc. be­ stimmbar sind, kann gemäß der vorliegenden Erfindung prinzipiell für jeden zu verfestigenden Punkt des Formkörpers eine im Voraus getroffene Festle­ gung der Bestrahlungsbedingungen erfolgen. Gemäß einer Variante dieses Aspekts der Erfindung werden somit prozessvorbereitend Datensätze mit Daten der betreffenden Bestrahlungsparameter, wie Strahlungsleistung, Bestrahlungsdauer etc. in Zuordnung zu den CAD-Daten bzw. Geometriebe­ schreibungsdaten des Formkörpers erzeugt. Die Datenvorbereitung wird somit so getroffen, dass nicht nur die Geometriebeschreibungsdaten als Grundlage für die Steuerung des Herstellungsprozesses im Vorfeld ermittelt werden, sondern auch die "Energieeintragparameter" oder Bestrahlungs­ parameter in Abhängigkeit von und in Zuordnung zu den Geometriebe­ schreibungsdaten.

Auf diese Weise kann man die unterschiedliche Wärmetransportfähigkeit von pulvrigem Rohmaterial einerseits und bereits zusammenhängend ver­ schmolzenem Rohmaterial andererseits berücksichtigen, um zu gewähr­ leisten, dass der Strahl an sämtlichen belichteten Stellen eines Quer­ schnittsmusters das Material mit im Wesentlichen der gleichen Temperatur verschmilzt. An Stellen, an denen die aktuell bestrahlte Schicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich liegt, wird die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls auf der Schicht auftreffende Strahlungsenergie größer gewählt, als in Schichtbereichen, in denen die Schicht auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt. Allgemein kann bei der Bestrahlung berücksichtigt werden, ob in beliebigen Richtungen gut wärmeleitende Pfade durch bereits verfestigtes Material des Formkörpers in der Umgebung des Strahlauftreffpunktes existieren.

Der letztgenannte Aspekt der Variation der auf der Schicht an der Stelle der Verschmelzung auftreffenden Strahlungsenergie kann insbesondere auch beim Verfahren nach Anspruch 1 oder/und bei einem Verfahren nach Anspruch 5 vorteilhaft Anwendung finden.

Dem Gesichtspunkt der Berechnung oder Festlegung von Bestrahlungs­ parametern in Abhängigkeit von Wärmeleitungsbedingungen in der jeweili­ gen Umgebung der zu bestrahlenden Stellen und die geometrische Zuord­ nung dieser Bestrahlungsparameter zu den die zu bestrahlenden Stellen geometrisch determinierenden Geometriebeschreibungsdatendesherzustel­ lenden Formkörpers kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung selb­ ständige und besondere Bedeutung zu.

Dies gilt auch für den nachstehend erläuterten weiteren Erfindungsaspekt, der ebenfalls auf die Vermeidung großer Temperaturunterschiede beim Ver­ schmelzen des Rohmaterialpulvers an den aktuell bestrahlten Stellen ab­ zielt. Dieser weitere Erfindungsaspekt findet in dem Verfahren nach An­ spruch 12 und den Ausführungsvarianten des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 13 bis 20 sowie in der zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 21-23 Ausdruck.

Verallgemeinert liegt den Gegenständen der Ansprüche 12-23 die Idee zugrunde, die Oberflächentemperatur der aktuell bestrahlten Stelle als Ist- Temperatur für eine Regelung der Temperatur der aktuellen Schmelzzone an der bestrahlten Stelle zu erfassen, wobei die Laserstrahlenergie bzw. Laserstrahlleistung nach Maßgabe der Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur gesteuert wird, um die Abweichung zu begrenzen bzw. zu verkleinern.

Vorzugsweise erfolgt die Oberflächentemperaturmessung mit einer Strah­ lungspyrometereinrichtung, welche digitale Messwerte zur Weiterverarbei­ tung für einen Mikrocomputer der Regelanlage bzw. der Steuereinrichtung für die Prozesssteuerung bereitstellt.

Die Strahlungspyrometereinrichtung hat gemäß einer Variante der Erfindung einen Pyrometersensor, der zur Erfassung der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der Schicht dem intermittierend oder kontinuierlich gleichmäßig bewegten Strahlauftreffpunkt nachführbar ist. Die Nachführung der Aus­ richtung des Pyrometersensors mittels einer steuerbaren Sensornachführ­ einrichtung kann auf der Basis von Daten erfolgen, die auch zur Steuerung einer Strahlführungseinrichtung zur gesteuerten Führung des Strahls ver­ wendet werden. Die Ausrichtung des Pyrometersensors kann somit so gesteuert werden, dass der Pyrometersensor stets einen die aktuell be­ strahlte Stelle enthaltenden Oberflächenbereich der Schicht erfasst.

Gemäß einer alternativen Variante des Verfahrens kann man die Strah­ lungsquelle oder ggf. ein optisch der Strahlungsquelle nachgeschaltetes Lichtübertragungselement, beispielsweise Lichtleiter, nach Maßgabe des der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmusters des Formkörpers bewegen, wobei man gemeinsam mit der Strahlungsquelle bzw. mit dem Lichtübertragungselement den Pyrometersensor bewegt, um die jeweils aktuell bestrahlte Stelle der Schicht pyrometrisch zu erfassen. Hierzu sollten Pyrometersensor und Strahlungsquelle bzw. Lichtübertragungs­ element an einem gemeinsamen bewegbaren Träger gehalten sein.

Gemäß einer weiteren Variante des Verfahrens nach Anspruch 12 wird pyrometrisch ein über die aktuell bestrahlte Stelle, also über den Strahlauf­ treffpunkt hinausgehender Oberflächenabschnitt der betreffenden Schicht erfasst. Dieser Oberflächenabschnitt kann ggf. den gesamten zu bestrah­ lenden Oberflächenbereich der jeweiligen Schicht enthalten, so dass eine Nachführung oder Bewegung des bzw. der Pyrometersensoren während der Bestrahlung nicht erforderlich ist. Insbesondere hinsichtlich der letztgenann­ ten Variante des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, mehrere Pyrometer­ sensoren vorzusehen, die gemeinsam aus verschiedenen Richtungen den Oberflächenabschnitt erfassen. Die Messergebnisse der Sensoren werden dann gemeinsam ausgewertet und zur Steuerung der Laserstrahlungslei­ stung oder ggf. zur Steuerung der Laserstrahlabtastgeschwindigkeit her­ angezogen. Durch Verwendung mehrerer, um den gemeinsam erfassten Oberflächenabschnitt herum gruppierter Pyrometersensoren und durch entsprechende Berücksichtigung der Messergebnisse dieser Pyrometersen­ soren können Messfehler unterdrückt bzw. korrigiert werden, die im Falle der Verwendung nur eines statischen Pyrometersensors aufgrund des sich ständig ändernden Abstandes zwischen der aktuell bestrahlten Stelle und dem Pyrometersensor entstehen könnten. Dem Aspekt der Verwendung mehrerer, insbesondere gleichbleibend ausgerichteter Pyrometersensoren kommt im Rahmen der hier besprochenen Erfindungsvariante besondere Bedeutung zu.

Vorzugsweise verwendet man Pyrometer, welche selektiv auf Temperatu­ ren in einem Hochtemperaturbereich ansprechen, wobei dieser Hochtempe­ raturbereich die erwartungsgemäß vorkommenden Ist-Temperaturen und die Soll-Temperatur bei der Verschmelzung des Rohmaterialpulvers um­ fasst. Eine solche spektralselektive bzw. temperaturselektive pyrometrische Messung ermöglicht eine weitgehende Ausblendung von Störeffekten, die beispielsweise auf Wärmestrahlung aus der jeweiligen Umgebung der aktuell bestrahlten Stelle beruhen.

Insgesamt ermöglicht das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-20 ein Verschmelzen des Rohmaterials mit vergleichsweise einheitlicher Schmelz­ zonentemperatur unabhängig vom jeweiligen Schmelzzonenort, also auch unabhängig davon, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich oder auf nicht verfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 12-20 ist in den Ansprüchen 21 bis 23 angegeben und wird des Weiteren noch unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 näher erläutert.

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

Fig. 1 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers nach der Methode der Stereolithographie, wobei ein Rohmaterialbehälter in einer Schnittdarstellung gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt eine nicht maßstäbliche Draufsicht auf eine bereits größ­ tenteils fertiggestellte Schicht des Formkörpers.

Fig. 3-6 zeigen verschiedene bereits verfestigte Formkörperschichten in einer Draufsicht.

Fig. 7 zeigt eine weitere Formkörperschicht in einer Draufsicht, wobei es sich um eine Darstellung zur Erläuterung einer be­ sonderen Verfahrensvariante insbesondere für das Laser­ schmelzen handelt.

Fig. 8 zeigt in einer der Fig. 1 ähnlichen Darstellung eine Vorrichtung zum Laserschmelzen von pulvrigem Rohmaterial, beispiels­ weise Stahlpulver.

Fig. 9 zeigt in einer der Fig. 8 ähnlichen Darstellung eine weitere Vorrichtung zum Laserschmelzen von pulvrigem Rohmaterial, beispielsweise Stahlpulver.

Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf den Träger 2 aus Fig. 9 mit Blick­ richtung gemäß dem Pfeil X in Fig. 9.

Fig. 11 zeigt eine Erläuterungsskizze zur Erläuterung der Arbeitsweise einer weiteren Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten schematisierten Darstellung ein Beispiel einer Einrichtung zur Durchführung einer Verfahrensvariante nach der Erfindung. Bei der Einrichtung nach Fig. 1 handelt es sich um eine Stereolithographie-Vorrichtung mit einem Behälter 2 zur Aufnahme des Rohmaterials 4, nämlich eines durch Bestrahlung aushärtbaren, flüssigen Kunststoffs. In dem Behälter befindet sich eine Trägerplattform 6, auf der der herzustellende Formkörper 8 schichtweise aufgebaut wird. Die Träger­ plattform 6 ist in dem Kunststoffbad 4 vertikal bewegbar, und zwar unter der Kontrolle eines Steuerrechners 10, der den Vertikalverschiebungsan­ trieb 12 der Plattform 6 nach Maßgabe eines Programms steuert.

Zu Beginn des Herstellungsprozesses befindet sich die Oberseite der Platt­ form 6 knapp unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 14 in dem Behälter 2, wobei der Abstand der Oberseite der Trägerplattform 6 zum Flüssigkeits­ spiegel 14 im Wesentlichen der Schichtdicke einer ersten zu verfestigenden Schicht des Formkörpers oder ggf. einer Stützkonstruktion für den Form­ körper entspricht. Nach Maßgabe der Steuerung durch den Steuerungs­ rechner 10 erfolgt dann die Belichtung des Rohmaterials 4 entsprechend einem der ersten Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkör­ pers oder ggf. seiner Stützkonstruktion für den Formkörper. Die Belichtung erfolgt im Beispielsfall mit einem fokussierten Laserstrahl 16 des UV-Lasers 18. Der Fokus kann gesteuert variiert werden, so dass der Lichtfleckdurch­ messer am Auftreffort des Strahls auf der Schicht z. B. zwischen 20 µm und 300 µm eingestellt werden kann. Zur gezielten Ablenkung des Laserstrahls 16 dient eine XY-Scannereinrichtung 20 mit zwei relativ zueinander beweg­ baren Ablenkspiegeln. Die Scannereinrichtung wird vom Steuerrechner 10 nach Maßgabe von Daten gesteuert, welche auf CAD-Beschreibungsdaten des zu erstellenden Formkörpers 8 zurückgehen, jedoch vom Rechner 10 zur Erstellung der Konturbeschreibungsdaten nach einem Konturbeschrei­ bungsdatenberechnungsprogramm bearbeitet wurden.

Nachdem der Belichtungsvorgang hinsichtlich der ersten Schicht abge­ schlossen worden ist, steuert der Steuerrechner 10 den Vertikalverschie­ bungsantrieb 12 an, um die Trägerplattform 6 weiter in das Bad 4 ein­ zutauchen, so dass schließlich eine die zuletzt verfestigte Schicht über­ deckende und benetzende Rohmaterialschicht S7 entsteht. Es kann ein Glättungsmechanismus mit einem an sich bekannten Glättungsschieber 22 vorgesehen sein, um die Präparation der jeweils nachfolgend zu verfesti­ genden Rohmaterialschicht S7 schneller durchführen zu können. Nach Präparation der betreffenden Rohmaterialschicht erfolgt der nächste Belich­ tungsvorgang, um die nächste Schicht des Formkörpers 8 durch entspre­ chendes Aushärten des Rohmaterials zu erzeugen. Dann folgt wieder eine weitere Absenkung der Trägerplattform 6 zur Präparierung der nächsten zu verfestigenden Schicht an der Badoberfläche 14.

Die genannten Schritte des Präparierens einer Rohmaterialschicht S7 an der Badoberfläche und des Bestrahlens dieser Rohmaterialschicht werden einander abwechselnd wiederholt, bis der Formkörper 8 auf der Trägerplatt­ form 6 fertiggestellt worden ist. In Fig. 1 sind aufeinander folgend herge­ stellte und aneinander haftende Schichten des Formkörpers 8 entsprechend der Reihenfolge ihrer Herstellung mit S1 . . . S6 gekennzeichnet. Die Schich­ ten sind schematisch und hinsichtlich ihrer Schichtdicken nicht maßstäblich dargestellt. Gegebenenfalls kann mit dem Formkörper 8 zusammen ein Stützgerüst auf stereolithographischem Wege hergestellt werden, um etwaig überhängende Bereiche des Formkörpers 8 während des Herstel­ lungsprozesses abzustützen und in der gewünschten geometrischen Lage relativ zu anderen Bereichen des Formkörpers 8 halten zu halten.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass der in der beschriebenen Weise hergestellte Formkörper 8 noch einer Nachbelichtung, z. B. mittels einer UV- Lampe, unterzogen wird, um den Grad der Aushärtung des Formkörpers zu vergrößern.

Es sei angenommen, dass es sich bei der aktuell herzustellenden Formkör­ perschicht S7 um eine Schicht mit einer Rechteck-Randkontur handelt, wobei die Schicht S7 innerhalb ihrer rechteckigen Randkontur vollflächig ausgehärtet werden soll, so dass ein zusammenhängender, rechteckiger Bereich entsteht (vgl. Fig. 2). Dies erfolgt gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens nach der Erfindung dadurch, dass man den Laserstrahl 16 unter Kontrolle des Steuerrechners 10 auf der Basis von Konturbeschrei­ bungsdaten in der Weise ablenkt, dass er - beginnend mit einer den recht­ eckigen Rand beschreibenden Startkonturlinie - mehrere einander benach­ barte, zwiebelringartig ineinander verschachtelte Konturen auf der zuletzt präparierten Rohmaterialschicht S7 beschreibt.

In Fig. 2 sind in einer Draufsicht auf die betreffende Fläche S7 die ent­ sprechend der vom Laserstrahl 16 gezeichneten Konturlinien erzeugten, aneinander angeschmiegten Konturenstreifen K1 . . . K7 in einer nicht maß­ stäblichen Darstellung gezeigt. Die Nummerierung K1 . . . K7 gibt die Reihen­ folge der Herstellung der Konturenstreifen an. Der bei 16 in Fig. 2 im Querschnitt gezeigte Laserstrahl erzeugt den Konturenstreifen K7, wobei der Laserstrahl 16 im Beispielsfall mit geringer Überlappung auch noch den bereits verfestigten Konturenstreifen K6 erfasst.

Selbstverständlich ist die Belichtungsmethode nach der Erfindung nicht auf Rechteckstrukturen der in Fig. 2 gezeigten Art beschränkt, sondern kann grundsätzlich bei beliebigen Querschnittsflächengeometrien angewandt werden. Bei der "Konturlinienbelichtungsmethode" kann der Strahl so geführt werden, dass er bei der Bildung eines zusammenhängend verfestig­ ten Bereichs der Schicht keine oder allenfalls wenige "Sprünge" über nicht zu belichtende Strecken zu machen hat, also etwa über Strecken, die bereits belichtet wurden.

Fig. 3 zeigt in einer ebenfalls nicht maßstäblichen Darstellung die bei einer Kreisringgeometrie der zuletzt verfestigten Schicht eines betreffenden Formkörpers nach der erfindungsgemäßen Methode erzeugten Konturen­ streifen K1 . . . K6 in Draufsicht. Die Nummerierung der Konturenstreifen K1 . . . K6 soll in Fig. 3 ebenfalls die Reihenfolge der Herstellung der ver­ festigten Konturenstreifen angeben. Im Beispielsfall sei angenommen, dass der erste Konturenstreifen K1 die Randkontur bildet, welche den Innen­ umfang des Rings festlegt. Im Beispielsfall sind die radial weiter innen liegenden Konturenstreifen vor den weiter außen liegenden Konturenstrei­ fen erzeugt worden.

Selbstverständlich hätte auch eine andere Reihenfolge der Erzeugung der Konturenstreifen gewählt werden können. Dabei kann es im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, dass räumlich unmittelbar benachbarte Konturenstreifen nicht zeitlich unmittelbar aufeinander folgend erzeugt werden. Beispielsweise könnte nach Erzeugen eines Konturenstreifens der übernächste Nachbarkonturenstreifen erzeugt werden, bevor dann der Zwischenraum zwischen den beiden Konturenstreifen mit einer betreffen­ den Konturenlinienspur des Laserstrahls gezeichnet wird.

In Fig. 4 ist eine weitere Draufsicht-Darstellung einer betreffenden Formkör­ perschicht gezeigt. Der Formkörper hat an der betreffenden Stelle einen U- förmigen Querschnitt. Der bei der Abtastung des Rohmaterials mit dem Laserstrahl befestigte Konturenstreifen K1 bildet die äußere Randkontur des Querschnitts. Nach innen hin schmiegt sich der Konturenstreifen K2 an den Konturenstreifen K1 an, wonach der Konturenstreifen K3 folgt. Eine Beson­ derheit liegt darin, dass bei 25 in Fig. 4 die Längsränder des Konturen­ streifens K3 einander berühren, so dass der Verbindungssteg bei 25 mit dem Konturenstreifen K3 fertiggestellt worden ist, während in den beiden Schenkeln des U-Querschnitts bei 27 und 29 zwei voneinander isolierte Bereiche unverfestigten Rohmaterials in der betreffenden Schicht verblieben sind. Vorzugsweise werden diese verbliebenen Bereiche bei 27 bzw. 29 entsprechend der Nummerierung der Konturenstreifen separat und nachei­ nander nach der erfindungsgemäßen Konturenmethode verfestigt.

Es soll jedoch im Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen sein, dass etwa derartige innere restliche Bereiche auf der Basis von Schraffurdaten zeilenweise mit beispielsweise parallelen Verfestigungslinien durch ent­ sprechende Ablenkung des Laserstrahls 16 fertiggestellt werden.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine im vorstehend genannten Sinne belich­ tete Schicht, bei der ein zusammenhängender äußerer Bereich 30 mit einer Vielzahl von Konturlinien K zunächst erzeugt wurde, wohingegen ein zen­ traler innerer Bereich 32 auf der Basis von Schraffurlinien Sl verfestigt wurde.

Vorzugsweise erfolgt die Belichtung eines Querschnitts bzw. einer betref­ fenden Schicht des herzustellenden Formkörpers jedoch ausschließlich nach der Konturlinienmethode, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 2-4 erläutert wurde und wie sie auch in Fig. 6 anhand eines Beispiels dargelegt ist, bei dem der betreffende Querschnitt des Formkörpers meh­ rere zusammenhängende Bereiche 34, 36 aufweist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-6 wurde das Verfahren nach der Erfindung auf die Stereolithographie-Methode bezogen. Die Aussagen betreffend die Belichtungs- und Konturenverfestigungsschritte können im Rahmen der Erfindung ohne Weiteres auf andere Verfahren der schnellen Prototypen-Herstellung übertragen werden, so beispielsweise auf das Lasersintern von Pulvern oder das Laserverschmelzen von Metallpartikeln, wie es beispielsweise in der WO 98/24574 beschrieben ist. Die Bezug­ nahme auf Prototypenherstellung soll nicht bedeuten, dass nach den erfin­ dungsgemäßen Verfahren nicht auch serienmäßig Formkörper hergestellt werden können. Diese Verfahren lassen sich mit Apparaturen ähnlich der in Fig. 1 durchführen. Anstelle des Eintauchens der jeweils zuletzt verfestig­ ten Schicht in ein Flüssigkeitsbad 4 zum Präparieren der nächstfolgenden Schicht würde bei der Pulververschmelzungsmethode (Laserschmelzver­ fahren) bzw. Pulversinterungsmethode (Lasersinterverfahren) normaler­ weise das Aufbringen neuen Pulver-Rohmaterials und das Absenken der gesamten Behälteranordnung 2 um das Maß der Schichtdicke durchgeführt werden, um den Abstand zwischen Scanneranordnung 20 und Bestrah­ lungsoberfläche bei 14 wieder auf einen konstanten Wert einzustellen.

Insbesondere - aber nicht ausschließlich - bei Pulververschmelzungs- bzw. Pulversinterungsverfahren mittels Laserbestrahlung findet ein weiterer Aspekt der Erfindung vorteilhaft Anwendung, nämlich das Belichten eines jeweiligen Streifens in einer Rohmaterialschicht durch Verfahren des Laser­ strahls in Streifenlängsrichtung bei gleichzeitiger Überlagerung dieser Verfahrbewegung mit einer oszillierenden Hin- und Herbewegung des Laserstrahls quer zur Verfahrrichtung. Dabei wird ein Streifen verfestigt bzw. verschmolzen, dessen Streifenbreite im Wesentlichen durch die Amplitude der Oszillationsbewegung bestimmt ist. Es hat sich gezeigt, dass diese Art der Belichtung bei der Pulververschmelzung bzw. Pulversinterung auch thermische Vorteile mit sich bringt, da der die Wärmeenergie ein­ tragende Laserstrahl bei effizienter Flächenabtastung relativ kleine Entfer­ nungen pro Zeiteinheit zu überwinden hat und somit der momentan von dem Laserstrahl erfasste Bereich noch von der unmittelbar zuvor erzeugten Wärme bei der Verfestigung von Nachbarbereichen profitiert und somit eine bessere Energieausbeute des Laserlichtes bei der Materialverfestigung bzw. Materialverschmelzung vorliegt.

Fig. 7 zeigt in einer nichtmaßstäblichen Darstellung eine Draufsicht auf eine bereichsweise bereits verfestigte Schicht. In dem in Fig. 7 gezeigten Bei­ spiel erfolgt die Bestrahlung des zu verfestigenden Bereichs 40 streifen­ weise und zeilenweise, wobei der Auftreffpunkt des Lagerstrahls 16 gemäß einer ersten Bewegungskomponente in Streifenlängsrichtung L bewegt wird, wobei dieser Bewegung in Streifenlängsrichtung L eine oszillierende Bewegung des Auftreffpunkts 16 überlagert wird. Der Auftreffpunkt des Laserstrahls 16 folgt in dem Beispiel gemäß Fig. 7 somit einer Schlangenli­ nie oder Wellenlinie W. Die Amplitude A dieser Wellenlinie bestimmt die jeweilige Streifenbreite und kann ggf. bedarfsweise variiert werden.

Die oszillierende Bewegung des Auftreffpunkts des Laserstrahls 16 kann beispielsweise mittels eines zu Schwingungen angeregten Strahlablenk­ spiegels eines Ablenksystems 20 (vgl. Fig. 1) erzeugt werden.

Fig. 8 zeigt in einer der Fig. 1 ähnlichen Darstellung eine Einrichtung zum selektiven Laserschmelzen oder zum selektiven Lasersintern von pulvrigem Rohmaterial 4, beispielsweise Stahlpulver oder Keramikpulver etc. Der Steuerrechner 10 steuert den Vertikalverschiebungsantrieb 12 des Träger­ behälters 2, den Laser 18, das Strahlablenksystem 20, die Fokussieroptik 21 und den verfahrbaren Glättungsschieber 22, dem eine Schleifwelle zugeordnet sein kann. Die Schleifwelle dient dazu, etwaige auf erschmolze­ nen und erstarrten Bereichen der zuletzt bestrahlten Schicht nach oben hin abstehende und haftende Unebenheiten zumindest teilweise abzuschleifen. Die Steuerung des Strahlablenksystems 20 erfolgt vorzugsweise in der gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 5 beschriebenen Weise nach Maßgabe von geometrischen Beschreibungsdaten, die beispielsweise von CAD-Kon­ struktionsdaten des herzustellenden Formkörpers 8 abgeleitet worden sind. Der Trägerbehälter 2 befindet sich in einer Prozesskammer (nicht gezeigt), welche mit Schutzgas bespülbar oder durchspülbar ist. Ferner kann eine Pulverabsaugeinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mittels welcher bedafsweise das Pulver aus der Prozesskammer abgesaugt und einem Vorratsbehälter ggf. nach Reinigung oder Filterung des Pulvers zugeführt werden kann, beispielsweise bevor die Prozesskammer von einer Bedie­ nungsperson geöffnet wird, um einen fertiggestellten Formkörper herauszu­ holen. Die Bedienungsperson wird so vor Pulverstaub geschützt.

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 8 steuert der Steuerrechner 10 den Laser 18 oder/und das Strahlablenksystem 20 oder/und die Fokussieroptik 21 ferner in der Weise, dass die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls 16 auf der Schicht S auftreffende Strahlungsenergie des Strahls in Abhängigkeit davon variiert wird, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht S auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial 4 der der vorausgehenden Schicht liegt. Der Steuerrechner 10 verfügt über die geometrischen Daten der Schichten und kann daher rechnerisch bzw. durch Vergleichsoperatio­ nen die vorstehend genannten Situationen unterscheiden, um die Strah­ lungsenergievariationen entsprechend zu kontrollieren. In Fig. 8 liegt der von dem Laserstrahl 16 momentan belichtete Bereich 50 der Schicht S nicht auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich auf, sondern auf nichtverfestigtem Rohmaterial 4 der vorausgehenden Schicht. Der herzu­ stellende Formkörper 8 hat in diesem Bereich einen Überhang bzw. eine Stufe. Da der Wärmetransport in dem pulvrigen Rohmaterial 4 weniger effizient ist als in zusammenhängend verfestigtem Material, wie beispiels­ weise in dem Bereich 52, ist die jeweils durch Laserbestrahlung erzeugte Temperaturerhöhung in solchen Bereichen 50 und 52 normalerweise unter­ schiedlich. Bei gleichen Bestrahlungsbedingungen könnte dies bedeuten, dass die momentan bestrahlte Schicht S in dem Bereich 50 am Auftreffort des Strahls 16 jeweils bis weit über den Schmelzpunkt des Rohmaterials 4 erhitzt wird, wohingegen die Bestrahlung der Schicht S in dem Bereich 52 zu einer gewünschten Temperaturerhöhung bis knapp über dem Schmelz­ punkt des Materials 4 geführt hat. Erfolgt nun das Verschmelzen eines zusammenhängenden Querschnittsbereichs in der Schicht S zonenweise mit deutlich unterschiedlichen Temperaturen, so besteht die Gefahr, dass Materialspannungen erzeugt werden, Verzug in dem verfestigten Bereich entsteht und eine relativ große Konturenrauigkeit auftritt. Um dies zu verhindern, wird an den Stellen, an denen die aktuell bestrahlte Schicht S auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich 52 liegt, die pro Zeit­ einheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls 16 auf der Schicht S auftreffende Strahlungsenergie größer gewählt als in Schichtbereichen 50, in denen die Schicht S auf nichtverfestigtem Rohmaterial 4 der vo­ rausgehenden Schicht liegt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass innerhalb einer belichteten Querschnittsschicht S keine signifikanten Temperaturunterschiede beim Verschmelzen aufgetreten sind. Der Strahl 16 sollte somit an jeder Stelle des zusammenhängend zu verfestigenden Bereichs das Material mit im Wesentlichen der gleichen Temperatur auf­ schmelzen. Die Beeinflussung der pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls auftreffenden Strahlungsenergie kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls durch entsprechende Steuerung des Strahlablenksystems 20 variiert wird oder/und dass der "Lichtfleck" durch Änderung der Fokussierung und somit durch Steuerung des Fokussiersystems 21 variiert wird oder/und dass die Leistung des Lasers 18 unmittelbar variiert wird. Gegebenenfalls können auch Strahlungsblenden zur Beeinflussung der Laserstrahlintensität he­ rangezogen werden.

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum selektiven Laser­ schmelzen nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 12-20. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 baut auf dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 im Wesentlichen auf. Elemente in Fig. 9, die Elementen in Fig. 8 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, so dass hinsichtlich der Vorrichtung nach Fig. 9 weitgehend auch auf die Beschreibung der Vorrichtung nach Fig. 8 Bezug genommen werden kann.

Soweit die Vorrichtung nach Fig. 8 dazu eingerichtet ist, die durch Bestrah­ lung zugeführte Energie an der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der zu belichtenden Schicht in Abhängigkeit von den Wärmeleitungsbedingungen der Umgebung zu variieren, so ist dies in der beschriebenen Form bei der Vorrichtung nach Fig. 9 nicht unbedingt erforderlich.

Die Vorrichtung nach Fig. 9 ist dazu eingerichtet, die Umschmelztemperatur im Bereich der aktuell bestrahlten Stelle der jeweiligen Schicht zu regeln, wobei eine Gruppe von Pyrometersensoren 60 dazu vorgesehen ist, Ist- Wert-Messergebnisse der Oberflächentemperatur im Bereich der aktuell bestrahlten Stelle an einen Mikrocomputer der Steuereinrichtung 10 zu liefern. Die Pyrometersensoren 60 sind im Beispielsfall der Fig. 9 stationär um einen Oberflächenabschnitt 62 (vgl. Fig. 10) herum in gleichen Winkel­ abständen voneinander angeordnet, wobei jeder der Pyrometersensoren 60 den gesamten Bereich 62 pyrometrisch erfassen kann. Im Beispielsfall sind vier Pyrometersensoren 60 vorgesehen, von denen in Fig. 9 einer der übersichtlichen Darstellung wegen nicht eingezeichnet ist. In einer verein­ fachten Variante käme die Vorrichtung nach Fig. 9 auch mit nur einem Sensor 60 aus.

Die Pyrometersensoren 60 sind für Hochtemperaturmessungen in einem Temperaturbereich ausgelegt, welcher die Schmelztemperatur des pulver­ förmigen Rohmaterials umfasst. Durch eine solche temperaturbereichs­ selektive pyrometrische Messung können Störeffekte, die von Wärmestrah­ lung beispielsweise aus der Nachbarschaft der aktuell bestrahlten Stelle herrühren, unterdrückt werden. Die Messwerte der Gruppe von Pyrometer­ sensoren 60 werden gemittelt, und der Mittelwert wird als Ist-Wert-Größe von der Steuereinrichtung 10 verwendet, um die Strahlungsleistung des Lasers 18 in der Weise zu regeln, dass die Differenz zwischen der Soll- Temperatur der aktuell bestrahlten Stelle der momentan behandelten Schicht und der pyrometrisch erfassten Ist-Temperatur einem Minimum zustrebt. Anstelle der oder zusätzlich zur Variation der Ausgangsleistung des Lasers 18 kann die Temperaturregelung auch dadurch erfolgen, dass die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls 16 oder/und die Größe des Auftreffpunktes des Laserstrahls 16 auf der Schicht durch Änderung der Fokussiereinstellung variiert wird, um den Energieeintrag so zu steuern, dass die Ist-Wert-Temperatur möglichst nahe bei der Soll-Wert-Temperatur liegt. Die Steuerung des Lasers 18, der Scannereinrichtung 20 und der Fokussiereinrichtung 21 erfolgt unter Kontrolle des Steuerrechners 10.

Mit der Vorrichtung nach Fig. 9 ist es möglich, die zu verfestigenden Be­ reiche der jeweils behandelten Schicht mit im Wesentlichen gleicher Um­ schmelztemperatur zu verschmelzen, und zwar ungeachtet etwaiger Unter­ schiede hinsichtlich der Wärmeleitungsbedingungen an den verschiedenen Stellen. Es sind somit keine Vorausberechnungen der Bestrahlungsparame­ ter nach Maßgabe der Geometrie des herzustellenden Formkörpers durch­ zuführen, um eine gleichmäßig temperierte Umschmelzung im. Bereich des der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmusters des Formkörpers zu erreichen.

Die Verwendung mehrerer Pyrometersensoren 60 wurde vorgenommen, um Fehler auszugleichen bzw. zu kompensieren, die im Falle der Verwendung nur eines stationären Sensors 60 aufgrund der sich durch die Strahlablen­ kung ständig ändernden Entfernung zwischen aktuell bestrahlter Stelle und Pyrometersensor auftreten würden.

Der pyrometrisch erfasste Bereich 62 ist im Beispielsfall der Fig. 10 so groß, dass das gesamte Querschnittsmuster des Formkörpers 8 in der Draufsichtsprojektion hineinpasst.

In anderen Ausgestaltungen könnte es vorgesehen sein, dass ein entspre­ chender Abschnitt 62 kleiner wäre und im Verlauf der kompletten Bestrah­ lung einer Schicht verschoben werden müsste.

In Fig. 11 ist eine Variante der Bestrahlung und der pyrometrischen Ober­ flächentemperaturerfassung vereinfacht skizziert. Zu erkennen ist ein Abschnitt einer Lichtleitfaser 118, die auf die aktuell zu bestrahlende Schicht Si gerichtet ist, wobei die Lichtleitfaser 118 Licht eines Infrarotla­ sers zu der Schicht Si leitet. Die Lichtleitfaser ist zusammen mit dem Pyro­ metersensor 160 an einem gesteuert in X- und in Y-Richtung quer zur Zeichenebene in Fig. 11 verfahrbaren Halterungselement 64 befestigt, dessen Bewegung von einer (nicht gezeigten) Steuereinrichtung gesteuert wird. Bei der gemeinsamen Bewegung der Elemente 118 und 160 erfasst der Pyrometersensor 160 stets die aktuell bestrahlte Stelle P, um die Ober­ flächentemperatur in der jeweiligen Schmelzzone als Ist-Wert für die Rege­ lung der Laserleistung oder/und der Verfahrgeschwindigkeit des Rahmen­ elementes 64 zu steuern, und zwar in dem Sinne, dass die pyrometrisch erfasste Ist-Temperatur der Soll-Temperatur angepasst wird.

Claims (23)

1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (8) nach der Methode der Stereolithographie oder einer anderen schnellen Prototypen- Herstellungsmethode, bei der man ein flüssiges oder pulverförmiges Rohmaterial (4) in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem, insbesondere gesteuert ablenk­ baren Strahl, vorzugsweise Laserstrahl, entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkör­ pers (8) zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt bzw. ver­ schmelzt, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Bildung eines zusammenhängenden Bereichs des Formkörper-Querschnittsmusters in einer betreffenden Schicht (S7) den Strahl (16) in der Weise ablenkt oder/und die zu bestrahlende Schicht (S7) relativ zu dem Strahl in der Weise bewegt, dass der Strahl (16) - beginnend mit einer Startkonturlinie (K1) - mehrere, einander vorzugsweise mit geringer Überlappung benachbarte, ins­ besondere zwiebelringartig ineinander verschachtelte Konturen (K1 . . . K6) auf der Schicht (S7) beschreibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Startkonturlinie (K1) einer Oberflächen-Randkontur des zu bildenden zusammenhängenden Bereichs entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise die meisten Konturen (K) im We­ sentlichen geschlossene Schleifen darstellen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1-3, umfassend
eine Trägervorrichtung (2, 6) für den zu erstellenden Formkör­ per (8),
Mittel zur Präparierung einer jeweiligen, nächstfolgend zumin­ dest bereichsweise zu verfestigenden Rohmaterialschicht auf der Trägervorrichtung (2, 6) bzw. auf einer vorausgehend präparierten und bestrahlten Schicht,
eine Strahlungsquelle (18) zur Bereitstellung eines gebündel­ ten Strahls (16) zur Verfestigung bzw. Verschmelzung des Rohmate­ rials in einer betreffenden Schicht,
eine Strahlablenkeinrichtung (20) zur gesteuerten Ablenkung des Strahls (16),
eine programmierbare Steuereinrichtung (10) zur Steuerung der Strahlablenkeinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die Strahlablenkeinrichtung (20) bei der Bestrahlung einer betreffenden Schicht in der Weise auf der Basis von CAD-Daten bzw. davon abgeleiteten Geometriebeschreibungsdaten für den Formkörper (8) zu steuern, dass der Strahl (16) - beginnend mit einer Startkonturli­ nie (K1) - mehrere, einander benachbarte, insbesondere zwiebelring­ artig ineinander verschachtelte Konturen (K) auf der Schicht be­ schreibt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach der Methode der Stereolithographie oder einer anderen schnellen Prototypen-Herstel­ lungsmethode, bei der man ein flüssiges oder pulvriges Rohmaterial (4) in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem gesteuert ablenkbaren Strahl (16) entspre­ chend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmu­ ster des Formkörpers (8) zu zusammenhängenden Bereichen ver­ festigt bzw. verschmelzt, wobei man zur streifenweisen Bildung zusammenhängend verfestigter Bereiche des Formkörper-Quer­ schnittsmusters in einer betreffenden Schicht den Strahl (16) in der Weise relativ zur Schicht bewegt, dass der Auftreffpunkt des Strahls (16) auf der Schicht relativ zu dieser eine erste Bewegungskompo­ nente in der jeweiligen Streifenlängsrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (16) ferner in der Weise relativ zur Schicht bewegt wird, dass der Auftreffpunkt des Strahls (16) auf der Schicht relativ zu dieser eine der ersten Bewegungskomponente überlagerte, oszil­ lierende Bewegungskomponente quer zur Streifenlängsrichtung aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Streifen zu verfestigenden Materials konturenlinienartig ausbildet, wobei man - beginnend mit einer Startkonturlinie - mehrere, einander vorzugsweise mit geringer Überlappung benachbarte, insbesondere zwiebelringartig ineinander verschachtelte Konturenstreifen auf der Schicht beschreibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Startkonturlinie einer Oberflächen-Randkontur des zu bildenden zusammenhängenden Bereichs entspricht.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 5-7, umfassend
eine Trägervorrichtung (2, 6) für den zu erstellenden Formkör­ per (8),
Mittel zur Präparierung einer jeweiligen, nächstfolgend zumin­ dest bereichsweise zu verfestigenden Rohmaterialschicht auf der Trägervorrichtung (2, 6) bzw. auf einer vorausgehend präparierten und bestrahlten Schicht,
eine Strahlungsquelle (18) zur Bereitstellung eines gebündel­ ten Strahls (16) zur Verfestigung bzw. Verschmelzung des Rohmate­ rials in einer betreffenden Schicht,
eine Strahlablenkeinrichtung (20) zur gesteuerten Ablenkung des Strahls (16),
eine programmierbare Steuereinrichtung (10) zur Steuerung der Strahlablenkeinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Strahlablenk­ einrichtung bei der Bestrahlung einer betreffenden Schicht in der Weise nach Maßgabe von CAD-Daten oder davon abgeleiteten geo­ metrischen Beschreibungsdaten zu steuern, dass sie zur streifen­ weisen Bildung zusammenhängend verfestigter Bereiche des Form­ körper-Querschnittsmusters in einer betreffenden Schicht den Strahl relativ zu der Schicht so bewegt, dass der Auftreffpunkt des Strahls auf der Schicht relativ zu dieser eine Bewegungskomponente in der jeweiligen Streifenlängsrichtung aufweist und dass der Auftreffpunkt des Strahls ferner eine der ersten Bewegungskomponente überlager­ te, oszillierende Bewegungskomponente quer zur Streifenlängsrich­ tung aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (8), insbesondere nach einer Methode der schnellen Prototypen-Herstellung, vorzugsweise Laserschmelzmethode, bei dem man ein pulverförmiges Rohmaterial (4 in Fig. 8) in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem, insbesondere gesteuert ablenk­ baren bzw. führbaren Strahl (16), vorzugsweise Laserstrahl, ent­ sprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnitts­ muster des Formkörpers (8) zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt bzw. verschmelzt, dadurch gekennzeichnet, dass man die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auf­ treffort des Strahls (16) auf der Schicht (S) auftreffende. Strahlungs­ energie des Strahls bzw. die durch Bestrahlung zugeführte Energie an der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der Schicht in Abhängigkeit davon variiert, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht (S) auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich (52) oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man an Stellen, an denen die aktuell bestrahlte Schicht auf einem zusam­ menhängend verfestigten Bereich (52 in Fig. 8) liegt, die pro Zeit­ einheit und Flächeneinheit am Auftreffort des Strahls (16) auf der Schicht (S) auftreffende Strahlungsenergie größer wählt als in Schichtbereichen, in denen die Schicht auf nichtverfestigtem Rohma­ terial (bei 50 in Fig. 8) der vorausgehenden Schicht liegt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9 oder 10, umfassend
eine Trägervorrichtung (2 in Fig. 8) für den zu erstellenden Formkörper (8),
Mittel zur Präparierung einer jeweiligen nächstfolgend zumin­ dest bereichsweise zu verfestigenden Rohmaterialschicht auf der Trägervorrichtung bzw. auf einer vorausgehend präparierten und bestrahlten Schicht,
eine Strahlungsquelle zur Bereitstellung eines gebündelten Strahls zur Verfestigung bzw. Verschmelzung des Rohmaterials in einer betreffenden Schicht,
eine Strahlablenkeinrichtung (20) zur gesteuerten Ablenkung des Strahls (16),
Mittel zur Beeinflussung der auf einer betreffend präparierten Schicht (S) pro Zeiteinheit und Flächeneinheit auftreffenden Strah­ lungsenergie und
eine programmierbare Steuereinrichtung zur Steuerung der Strahlablenkeinrichtung und der Mittel zur Beeinflussung der Strah­ lungsenergie, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Strahlablenkeinrichtung (20) oder/und die Mittel zur Beeinflussung der Strahlungsenergie in der Weise zu steuern, dass die pro Zeit­ einheit und Flächeneinheit am jeweiligen Auftreffort des Strahls (16) auf der Schicht (S) auftreffende Strahlungsenergie des Strahls (16) in Abhängigkeit davon variiert, ob der jeweils aktuell bestrahlte Bereich der Schicht (S) auf einem zusammenhängend verfestigten Bereich (52 in Fig. 8) oder auf nichtverfestigtem Rohmaterial der vorausgehenden Schicht liegt.

12. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (8), insbesondere nach einer Methode der schnellen Prototypen-Herstellung, vorzugsweise Laserschmelzmethode, bei dem man ein pulverförmiges Rohmaterial (4 in Fig. 9-Fig. 11) in aufeinander folgend präparierten Schichten durch Bestrahlen mit wenigstens einem, insbesondere gesteuert ablenkbaren bzw. führbaren Strahl (16), vorzugsweise Laserstrahl, entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Formkörpers (8) zu zusammenhängenden Bereichen verfestigt bzw. verschmelzt, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Oberflächentemperaturmessung im Bereich der je­ weils aktuell bestrahlten Stelle (P) der Schicht (S) vornimmt und dass man die durch Bestrahlung zugeführte Energie an der jeweils aktuell bestrahlten Stelle (P) der Schicht (S) in Abhängigkeit von dem Messergebnis einstellt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oberflächentemperaturmessungen berührungslos mit wenigstens einem Strahlungspyrometersensor (60) durchführt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Pyrometersensor verwendet, der zur Erfassung der jeweils aktuell bestrahlten Stelle der Schicht dem Strahlauftreffpunkt nach­ führbar ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die Strahlungsquelle (18) oder/und ein Strahlung der Strahlungsquelle übertragendes Lichtübertragungselement (118) nach Maßgabe des der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmusters des Form­ körpers (8) bewegt und dass man gemeinsam mit der Strahlungs­ quelle bzw. mit dem Lichtübertragungselement (118) den Pyrometer­ sensor (160) bewegt, um die jeweils aktuell bestrahlte Stelle (P) der Schicht (S) pyrometrisch zu erfassen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-15, dadurch gekennzeich­ net, dass man wenigstens zwei Pyrometersensoren (60) zur Ober­ flächentemperaturmessung verwendet, die aus verschiedenen Rich­ tungen den Bereich der jeweils aktuell bestrahlten Stelle erfassen und dass man das Messergebnis beider Pyrometersensoren (60) zur Einstellung der durch Bestrahlung zugeführten Energie verwendet.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man mit dem Pyrometersensor (60) oder ggf. mehreren Pyrometersensoren (60) gemeinsam einen über die aktuell bestrahlte Stelle (P) hinausgehenden Oberflächenabschnitt (62) der Schicht erfasst.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenabschnitt (62) einen zusammenhängend zu bestrahlen­ den Abschnitt des der Schicht zugeordneten Querschnittsmusters des Formkörpers (8) enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenabschnitt (62) den gesamten zu bestrahlenden Ober­ flächenbereich der jeweiligen Schicht enthält.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, dass man ein Pyrometer (60) verwendet, welches pyrome­ trische Messungen in einem vorbestimmten Hochtemperaturbereich um die Schmelztemperatur des Rohmaterials (4) herum ermöglicht.

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 12-20, umfassend
eine Trägervorrichtung (2 in Fig. 9) für den zu erstellenden Formkörper (8),
Mittel zur Präparierung einer jeweiligen nächstfolgend zumin­ dest bereichsweise zu verfestigenden Rohmaterialschicht auf der Trägervorrichtung bzw. auf einer vorausgehend präparierten und bestrahlten Schicht,
eine Strahlungsquelle (18) zur Bereitstellung eines gebündel­ ten Strahls (16) zur Verfestigung bzw. Verschmelzung des Rohmate­ rials in einer betreffenden Schicht,
eine Strahlführungseinrichtung (20; 64) zur gesteuerten Füh­ rung des Strahls (16),
Mittel (18, 20, 21)zur Beeinflussung der auf einer betreffend präparierten Schicht (S) an der aktuell bestrahlten Stelle (P) auftref­ fenden Strahlungsenergie,
Mittel (60) zur berührungslosen, insbesondere pyrometrischen Oberflächentemperaturmessung im Bereich der jeweils aktuell be­ strahlten Stelle (P) und
eine programmierbare Steuereinrichtung (10) zur Steuerung der Strahlführungseinrichtung (20; 64) und der Mittel zur Beeinflus­ sung der Strahlungsenergie, wobei die Steuereinrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die Mittel zur Beeinflussung der Strahlungsenergie in Abhängigkeit von den Messergebnissen der Mittel (60) zur berüh­ rungslosen Oberflächentemperaturmessung zu steuern.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (60) zur berührungslosen Oberflächentemperaturmessung eine Gruppe von stationären Pyrometersensoren (60) umfasst, die zur pyrometrischen Erfassung eines gemeinsamen Oberflächenabschnitts (62) in Winkelabständen voneinander um den Oberflächenabschnitt (62) herum verteilt angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlung der Strahlungsquelle übertragendes Lichtübertragungs­ element (118) vorgesehen ist, das nach Maßgabe des der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmusters des Formkörpers (8) gesteuert bewegbar ist, um den Strahl zu den zu bestrahlenden Stellen zu führen, und wobei die Mittel (160) zur berührungslosen Temperaturmessung gemeinsam mit dem Lichtübertragungselement (118) an einem gesteuert bewegbaren Element (64) angeordnet sind.