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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Objektes mittels generativem Herstellungsverfahren.
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Stand der Technik
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Generative Herstellungsverfahren ermöglichen eine unmittelbare Umsetzung binär vorliegender Informationen, die die Raumform eines dreidimensionalen Objektes exakt vorgeben in eine dreidimensionale körperliche Ausgestaltungsform des Objektes, ohne die Notwendigkeit objektspezifische Werkzeuge hierfür bereitstellen zu müssen. Auf diese Weise ließen sich die Herstellkosten, insbesondere für den Prototypenbau, gegenüber konventionellen Herstellungsmethoden signifikant reduzieren, so dass der Einsatz von generativen Herstellungsverfahren für die schnelle Herstellung von Prototypen bevorzugt eingesetzt werden, wobei sich der für dieses Verfahren gattungsbildende Begriff des „Rapid Prototyping (RP)” etabliert hat.
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Allen bekannten generativen Herstellungsverfahren, zu denen Sterolithogrphie, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Fused Deposition Modelling, Laminated Object Modelling sowie 3D-Printing in einer nicht abschließenden Aufzählung gehören, liegt das Verfahrensprinzip eines schichtförmigen Aufbaus des jeweils herzustellenden, dreidimensionalen Objektes, zugrunde, wobei jede einzelne Schichtausbildung durch eine ortsselektive energetisch induzierte Phasenumwandlung eines jeweils gewählten Baumaterials für die Herstellung des Objektes beruht.
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Im Falle des selektiven Lasersinterns wird ein pulverförmiges Ausgangsmaterial schichtweise auf eine absenkbar ausgebildete Bauplattform verteilt aufgebracht und nachfolgend mit Hilfe eines Lasers ortsselektiv unter Vorgabe der die exakte Raumform des herzustellenden Objektes beschreibenden binären Datensatzes aufgeschmolzen. Anschließend wird die Bauplattform um eine Schichtstärke abgesenkt und erneut eine Pulverschicht aufgetragen. Durch die jeweils schichtweise ortsselektive Pulverschichtaufschmelzung mit Hilfe des Laserstrahls wird mittels iterativ additiver Prozessabfolge das Objekt in seiner dreidimensionalen körperlichen Ausprägung erhalten.
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In den letzten Jahren wurden die Anwendungsgebiete für generative Fertigungsverfahren für die ursprüngliche Herstellung von Prototypen auf weitere Felder ausgedehnt, nämlich für die Herstellung von Werkzeugen, den so genannten Rapid-Tooling sowie auch der Herstellung von Endprodukten oder Produktionshilfsmitteln zur Anwendung in der industriellen Praxis, dem so genannten Rapid-Manufacturing.
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Generative Herstellungsverfahren sind jedoch mit einigen Problemen im Hinblick auf die Präzision der Umsetzung geometrischer Formen verbunden, wodurch ihr Einsatz insbesondere im Bereich des Rapid-Manufacturing nicht uneingeschränkt möglich ist.
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Am Beispiel des selektiven Lasersinterns, insbesondere unter Verwendung von Kunststoffpulver als Baumaterial, sei die vorstehende Problematik näher erläutert. So wird beobachtet, dass insbesondere in einem Objekt innen liegend konstruierte Geometrien, wie beispielsweise sich in die Objektive zylinderförmig erstreckende Bohrungen oder Sacklöcher in Abhängigkeit von deren Breite, Durchmesser und Tiefe sowie auch in Abhängigkeit der die jeweilige Bohrung umgebenden Objektmasse geometrisch nicht exakt erhalten bleiben, wie dies durch den die Objektegeometrie vorgebenden binären Datensatz bestimmt ist, vielmehr zeigt sich eine abweichende Geometrieausbildung, insbesondere in tieferen Bereichen der Bohrungen sowie bei Verwendung des von sich besonders kompakt ausbildenden Objektmassen dergestalt, dass sich die Bohrungen verengen und insbesondere bei Bohrungen kleiner Breiten bzw. Durchmessern auch ganz verschließen.
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Zur Erläuterung des vorstehenden Phänomens gilt es, das pulverförmige Ausgangsmaterial im Falle des selektiven Lasersinterns näher zu betrachten, das über eine bestimmte durchschnittliche Pulverkorngröße verfügt und durch den als rund anzunehmenden Laserstrahl lokal aufgeschmolzen wird. Der Laserstrahl fährt zum ortsselektiven Aufschmelzen der innerhalb einer Arbeitsebene befindlichen Pulverschicht zunächst die jeweils äußeren Konturlinien des durch den binären Datensatz vorgegebenen geometrischen Schnittes des herzustellenden Objektes ab, bevor der gesamte Querschnitt des Objektes mit Einzellinien des Laserstrahls zu Zwecken lokaler Pulverschichtaufschmelzung abgefahren wird. Hinzu kommt, dass im Außenbereich des Laserstrahldurchmessers die Verweildauer des Laserstrahls auf jedem einzelnen durch den Laserstrahl belichteten Ortspunkt kleiner ist, als in der Mitte des Laserstrahls. Daraus ergibt sich ein deutlicher Abfall der auf eine zu bestrahlende Oberfläche deponierten Energie von der Strahlmitte hin zur jeweiligen Außenkontur des Bauteils. Je nach dem, wie groß ein Pulverkorn ist, oder je nach dem wo es genau liegt, kann es vorkommen, dass das jeweilige Pulverkorn aufgeschmolzen wird oder nicht. Hinzu kommt ferner, dass der gesamte Bauraum der Maschine auf einer Prozesstemperatur gehalten wird, die ungefähr 10°C unter dem Schmelzpunkt des Pulvermaterials liegt, um auf diese Weise die erforderliche Laserenergie sowie auch den temperaturbedingten Geometrieverzug des Objektes beim Abkühlen möglichst gering zu halten. Eine Temperaturnachregelung der Prozesstemperatur erfolgt nach jeder mit dem Laserstrahl beaufschlagten Pulverschicht, so dass sich über die jeweils hergestellte Objektfläche gemittelt die erforderliche Prozesstemperatur einstellt. Nimmt die verbaute Masse innerhalb der Maschine zu, so wirkt diese zunehmend mehr als thermischer Energiespeicher, wodurch die innerhalb des sich ausbildenden Objektes vorherrschende Temperatur sich etwas über der umgebenden Prozesstemperatur hält. Durch dieses höhere interne Temperaturniveau schmelzen vornehmlich im Bereich von Bohrungen mehr Pulverteilchen zusammen als in übrigen Bereichen. Hierdurch verengen sich die Bohrungen mit zunehmender Bauhöhe sowie mit abnehmenden Bohrungsdimensionen. Derartige thermische Nachschmelzprozesse aufgrund eines erhöhten inneren Temperaturniveaus innerhalb des sich ausbildenden Objektes werden ebenso an filigranen Innenkonturen mit geringen Oberflächenradien beobachtet.
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Ähnliche Geometrieabweichungen zwischen dem die Idealgeometrie vorgebenden binären Datensatz und der tatsächlich erhaltenen Raumform des Objektes, das im Wege eines generativen Herstellungsverfahrens hergestellt wird, können auch bei generativen Herstellungsverfahren eines anderen Typus wie das vorstehend erläuterte selektive Lasersinterverfahren beobachtet werden.
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Zur Vermeidung der vorstehenden Geometrieabweichungen innerhalb des mittels eines generativen Herstellungsverfahrens hergestellten Objektes, dessen weitere Verwendung als industriell einsetzbares Bauteil zu sehen ist, werden derartige klein bauende, innere Strukturen bereits in der konstruktiven Auslegung eines Objektes, das mittels generativen Herstellungsverfahren herzustellen ist, vermieden. Zur Erzeugung derartiger Kleinststrukturen, wie beispielsweise Bohrlöcher etc., werden derartige Bauteile einem entsprechenden Nachbearbeitungsprozess unterworfen.
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Dies widerspricht jedoch den Möglichkeiten sowie dem Grundprinzip generativer Herstellungsverfahren.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Objektes mittels generativen Herstellungsverfahren derart weiterzubilden, dass prozessbedingte Formabweichungen zwischen einem die Bauform eines Objektes vorgebenden binären Datensatz und der tatsächlichen Raumform des mit dem generativen Herstellungsverfahren hergestellten Objektes signifikant reduziert oder vollständig vermieden werden sollen. Insbesondere gilt es, jene Objektgeometrien, die aufgrund ihrer Dimension und inneren Lage relativ zum Objekt in bevorzugter Weise einer prozesstechnischen Geometrieänderung unterliegen einer die Geometrieänderung reduzierenden oder vollständig zu beseitigenden Maßnahme zu unterwerfen.
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Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf das erläuterte Ausführungsbeispiel, zu entnehmen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee geht von der Überlegung aus, den die Raumform des Objektes bestimmenden binären Datensatz in Kenntnis der sich durch das generative Herstellungsverfahren sowie der Objektgeometrie einstellenden, die tatsächliche Objektraumform verfälschenden Geometrieänderungen derart zu korrigieren bzw. zu variieren, so dass unter Zugrundelegung eines vorab-korrigierten binären Datensatzes zur Realisierung des Objektes mit Hilfe des generativen Herstellungsverfahrens automatisch die gewünschte Raumform des Objektes erhalten wird. Die an dem die tatsächliche Raumform des mittels des generativen Herstellungsverfahrens herzustellenden Objektes beschreibenden Datensatz lösungsgemäß vorzunehmende Korrektur dient der Kompensation prozessimmanenter Schwächen, die bei der Objektherstellung mittels generativen Herstellungsverfahren auftreten.
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Das lösungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Objektes mittels generativen Herstellungsverfahrens setzt sich somit aus den folgenden Verfahrensschritten zusammen:
Zunächst wird das Objekt auf der Grundlage eines die Raumform des Objektes vorgebenden, binären, bzw. digitalen Datensatz, im Weiteren als Soll-Datensatz bezeichnet, mit Hilfe des generativen Herstellungsverfahrens hergestellt. üblicherweise liegen die konstruktiv vorgegebenen Soll-Daten als CAD-Datensatz vor, die mit Hilfe geeigneter Konstruktionsprogramme erstellbar sind.
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Im Weiteren wird die tatsächliche Raumform vorzugsweise des gesamten mittels des generativen Herstellungsverfahrens hergestellten Objektes erfasst und ein die tatsächliche Raumform des Objektes beschreibender binärer Datensatz, im Weiteren als Ist-Datensatz bezeichnet, erzeugt. Hierzu dienen in vorteilhafter Weise die 3D-Oberfläche des Objektes erfassende Scanverfahren, beispielsweise mittels Laser-Triangulation, ebenso lässt sich die dreidimensionale Oberfläche des Objektes mit Computer-tomographischen Verfahren erfassen, mit denen insbesondere auch innere, schwer zugängliche Oberflächenstrukturen exakt erfassbar sind.
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Der in der vorstehenden Weise erzeugte Ist-Datensatz wird im Weiteren einem Vergleich mit dem Soll-Datensatz unterzogen, bei dem geometrische Abweichungen zwischen der Raumform des Objektes, das durch den Soll-Datensatz vorgegeben ist und der Raumform des Objektes, an dem der Ist-Datensatz erzeugt worden ist, ermittelt werden. Der Vergleich beider Datensätze erfolgt unter Zugrundelegung eines numerischen Verfahrens, vorzugsweise dem so genannten Best-Fit-Verfahren, bei dem die Summe der quadratischen Abstände über alle miteinander zu vergleichenden Messpunkte des Soll- und Ist-Datensatzes minimiert werden. Die vorstehende numerische Minimierungsoperation entspricht in äquivalenter Vorstellung einer möglichst deckungsgleichen virtuellen Überlagerung beider Objektraumformen gemäß dem Ist- und Soll-Datensatz, wobei zwischen beiden virtuellen Raumformen auftretende Oberflächengeometrieabweichungen numerisch exakt erfasst werden. Hierzu wird zu jedem auf der Oberflächenkontur der durch den Soll-Datensatz vorgegebenen Objektraumform liegenden Messpunkt ein so genannter Lot-Fuß-Punkt ermittelt, von dem ausgehend ein Verschiebungsvektor berechnet wird, der den minimalen Abstand zu einem auf der Raumform des Ist-Datensatzes korrespondierenden Messpunkt angibt. Treten flächig ausgebildete Geometrieänderungen zwischen beiden virtuellen Objektraumformen gemäß dem Soll- und Ist-Datensatz auf, so können die flächigen Geometrieunterschiede anhand einer Vielzahl ermittelter Verschiebungsvektoren charakterisiert werden.
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Auf der Grundlage der numerisch ermittelten geometrischen Abweichungen zwischen der Raumform des Objektes, das durch den Soll-Datensatz vorgegeben ist und der Raumform des Objektes, an dem der Ist-Datensatz erzeugt worden ist, wird eine Korrekturfunktion abgeleitet, die auf den Soll-Datensatz numerisch zur Erzeugung eines so genannten binären Korrektur-Datensatz angewendet wird. Die Korrekturfunktion, die beispielsweise eine ganze Schar einzeln erfasster Verschiebungsvektoren umfasst, vermag den Soll-Datensatz numerisch derart abzuändern, beispielsweise indem die einzelnen Verschiebungsvektoren von den betreffenden Messpunkten im Soll-Datensatz subtrahiert werden, so dass der dadurch erhaltene Binär-Korrektur-Datensatz in erneuter Anwendung des generativen Herstellungsverfahrens im Ergebnis zu einem Objekt führt, das exakt der Raumform des originären Soll-Datensatzes entspricht.
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Sollte sich herausstellen, beispielsweise durch erneutes Abscannen der Oberfläche des erzeugten Objektes, das das auf der Grundlage des binären Korrektur-Datensatzes erzeugte Objekt von der durch den Soll-Datensatz vorgegebenen Geometrie abweicht, so können die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte hinsichtlich der numerischen Ermittlung etwaiger geometrischer Abweichungen zwischen den Raumformen und einer nachträglichen Korrektur des binären Datensatzes wiederholt werden.
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Zur Ausübung des lösungsgemäßen Verfahrens ist es nicht notwendigerweise erforderlich das auf Basis des Soll-Datensatzes mittels des generativen Herstellungsverfahrens hergestellte Objekt in seiner gesamten Raumform bspw. im Wege eines Oberflächenscans zu erfassen, vielmehr reicht es aus nur jene Oberflächenbereiche messtechnisch zu erfassen, an denen geometrische Abweichungen bevorzugt erwartet werden. In diesem Falle werden jeweils nur jene binäre Daten des Soll-Datensatzes mit dem den wenigstens einen Teilbereich der Objektraumform beschreibenden Ist-Daten verglichen. In der weiteren Beschreibung wird jeweils das gesamte Objekt aus Gründen einer einfacheren Erläuterung des Erfindungsgedanken betrachtet, ohne dabei den allgemeinen Erfindungsgedanken darauf einzuschränken.
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Da die sich einstellenden Geometrieänderungen sowohl von Objekt-spezifischen Parametern sowie auch von Herstellungsverfahren-spezifischen Parametern abhängen, gilt es, das lösungsgemäße Verfahren für Objekte unterschiedlicher Raumformen separat anzuwenden. Ebenso gilt es, entsprechende Korrekturfunktionen für jeweils unterschiedliche Anlagen und Anlagentypen zu ermitteln, mit denen die Objekte im Wege generativer Herstellungsverfahren herstellbar sind.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des lösungsgemäßen Verfahrens besteht darin, eine Systematik im Auftreten geometrischer Abweichungen an Objekten, die mit Hilfe eines bestimmt ausgewählten generativen Herstellungsverfahrens unter Anwendung einer konkreten Maschine zur Durchführung des generativen Herstellungsverfahrens hergestellt werden, zu ermitteln. Hierzu werden so genannte Regel-Geometrien an Objekten auf mögliche Prozess- und Objekt-bedingte Geometrieänderungen untersucht. Die Regel-Geometrien umfassen Oberflächenkonturen, die sich durch plane, zylinderförmige, konische oder sphärische Oberflächen auszeichnen. Regel-Geometrien umfassen insbesondere geometrisch einfach beschreibbare Oberflächenkonturen, wie beispielsweise Bohrlöcher, Sacklöcher, rechteckförmige oder durch konkrete Winkel vorgegebene Kantengeometrien, die darüber hinaus skalierbar sind.
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Verfügt ein Objekt über wenigstens eine Regel-Geometrie, so wird der Regel-Geometrie wenigstens eine Oberflächenkonturlinie zugeordnet, die die Raumform der Regel-Geometrie charakterisiert. Unterliegt die betreffende Regel-Geometrie im Wege des gewählten generativen Herstellungsverfahrens einer Formänderung, so wird eine die Formänderung charakterisierende Korrekturfunktion ermittelt, mit der der Soll-Datensatz zum Erhalt eines Korrektur-Datensatzes geändert wird, so dass die wenigstens eine Oberflächenkonturlinie unter Maßgabe einer Verminderung oder Vermeidung der geometrischen Abweichung längs der wenigstens einen Oberflächenkonturlinie zwischen dem durch den Soll-Datensatz vorgegebenen Objekt und dem auf der Grundlage des binären Korrektur-Datensatzes erzeugten Objekt verändert wird. In die Korrekturfunktion können in vorteilhafter Weise neben den die bloße Geometrieänderung charakterisierenden Parametern, beispielsweise in Form der eingangs erläuterten Verschiebungsvektoren, auch Objekt-spezifische Parameter, wie beispielsweise Volumen und Dichte des Objektes sowie relative Lage der Regel-Geometrien in Bezug auf die Objektoberfläche etc. berücksichtigt werden. Auch können Herstellungsverfahren-spezifische Parameter, wie beispielsweise Prozesstemperatur, Bewegungsgeschwindigkeit, mit der der Laserstrahl über die Arbeitsebene bewegt wird, etc. im Rahmen der Korrekturfunktion berücksichtigt werden.
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Eine in der vorstehenden Weise ermittelte Korrekturfunktion, in der die Information enthalten ist, in welchem Maße eine bestimmt vorgegebene Regelgeometrie eines Objektes, das im Wege eines konkret vorgegebenen generativen Herstellungsverfahrens hergestellt wird, einer bestimmt quantifizierbaren Geometrieänderung unterliegt, kann als Referenzkorrekturfunktion, die einer bestimmten Regel-Geometrie zuordenbar ist, in einer Datenbank abgespeichert werden. In Erweiterung des Datenbankumfanges können in der vorstehenden Weise zu jeder bekannten Regel-Geometrie entsprechende Referenzkorrekturfunktionen ermittelt und in der Datenbank abgespeichert werden, auf die im Weiteren bei der Herstellung vergleichbarer Objekte mit Hilfe des bestimmt ausgewählten generativen Herstellungsverfahrens zurückgegriffen werden kann. Gilt es beispielsweise ein neuartiges Objekt mit Hilfe des betreffenden generativen Herstellungsverfahrens zu erzeugen, so ist es unter Verwendung der Referenzdatenbank nicht mehr erforderlich, das Objekt zu Zwecken eines Korrektur-Datensatzes wenigstens einmal im Rahmen des generativen Herstellungsverfahrens zu erzeugen. Vielmehr bietet es sich an, die Raumform des herzustellenden Objektes, die durch den Soll-Datensatz vorgegeben ist, numerisch nach vorhandenen Regel-Geometrien zu untersuchen. Im Falle wenigstens einer am Objekt aufgefundenen Regel-Geometrie wird der Soll-Datensatz mit der der wenigstens einen aufgefundenen Regel-Geometrie aus der Referenz-Datenbank zuordenbaren Referenzkorrekturfunktion oder mit einer von der Referenzkorrekturfunktion abgeleiteten Korrekturfunktion, beispielsweise im Wege loser Skalierung, numerisch zum Erhalt eines binären Korrektur-Datensatzes transformiert. Somit ist es möglich, das Objekt auf der Grundlage des binären Korrektur-Datensatzes mit Hilfe des generativen Herstellungsverfahrens zu erzeugen.
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Das lösungsgemäße Verfahren lässt sich grundsätzlich auf alle bekannten generativen Herstellungsverfahren anwenden, bei denen prozessbedingt Geometrieabweichungen zwischen der durch den Soll-Datensatz vorgegebenen Raumform eines Objektes und der tatsächlichen Raumform des mittels eines jeweiligen Herstellungsverfahrens produzierten Objektes auftreten. Neben den eingangs erläuterten Herstellungsverfahren mit selektivem Lasersintern können vergleichbare formverändernde Erscheinungen auch bei generativen Herstellungsverfahren wie beispielsweise Fused-Deposition-Modelling, Laminated-Object-Modelling oder 3D-Drucktechniken auftreten.
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Zur ergänzenden Illustration des lösungsgemäßen Verfahrens sei auf das nachstehende Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigt:
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1a bis d Querschnittsformen zum Erhalt eines ein Objekt durchsetzenden Bohrloches im Wege eines generativen Herstellungsverfahrens.
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Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
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1a zeigt einen Teilquerschnitt eines Objektes 1, das in Form von binär vorliegenden CAD-Daten, dem so genannten binären Soll-Datensatz, ein zylinderförmig ausgebildetes Bohrloch 2 aufweist, dessen Bohrlochwand gemäß dem in 1a dargestellten Querschnittsbild geradlinig mit einem längs der Bohrlochtiefe konstanten Bohrlochquerschnitt ausgebildet ist.
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Es sei angenommen, dass der vorstehend charakterisierte binäre Soll-Datensatz dem Weiteren einem Lasersinterverfahren zugrunde gelegt wird, um das gewünschte Objekt in seiner körperlichen dreidimensionalen Raumform herzustellen. Aufgrund von prozessimanenten Einflüssen, wie vorstehend beschrieben, stellen sich jedoch geometrische Abweichungen von der idealen geometrischen Raumform des wunschgemäß herzustellenden Objektes und der tatsächlich körperlichen Ausbildung des hergestellten Objektes ein. 1b illustriert hierzu den betreffenden Teilquerschnitt des mittels Lasersinterverfahrens hergestellten Objektes 1 mit einer von der geraden hohlzylinderförmigen Ausbildung abweichenden Geometrie des Bohrloches 2. Anstelle von der geradlinigen Ausbildung der Bohrlochwand 2', gemäß der wunschgemäßen Raumform basierend auf dem binären Soll-Datensatz, wird eine taillierte Bohrlochwand 2'' erhalten.
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In einem nächsten Schritt erfolgt die numerische Ermittlung der geometrischen Abweichung zwischen dem durch den Soll-Datensatz vorgegebenen Objekt 1 und der Raumform des Objektes 1', das nach Durchführung des Lasersinterverfahrens erhalten wird. Hierzu wird das Objekt 1' gescannt, wodurch die Raumform des Objektes 1' in Form eines binären Ist-Datensatzes vorliegt, der mit dem Soll-Datensatz zum Erhalt geometrischer Abweichungen verglichen wird. Die ermittelten Geometrie-Abweichungen, die im angegebenen Beispiel bei der Ausbildung der Bohrlochkontur auftreten, werden in Form einer Korrekturfunktion erfasst, die zu Korrekturzwecken auf den binären Ausgangs-Soll-Datensatz angewendet wird. Die Korrekturfunktion, die beispielsweise aus einem skalierbaren Verschiebungsvektorfeld besteht, führt in Anwendung auf den binären Soll-Datensatz zu einem binären Korrektur-Datensatz, dessen virtuelle Raumform in 1c illustriert ist. Anhand der Teilquerschnittsdarstellung des auf dem Korrektur-Datensatz beruhenden virtuellen Objektes 1''' ist ersichtlich, dass die korrigierte Bohrlochwand 2''' eine inverse Bohrlochwandkontur besitzt, verglichen zur Bohrlochwand 2'', die aufgrund prozessimanenter die Objektgeometrie verändernder Effekte eine von der Idealform des Bohrloches 2 abweichende Geometrie besitzt. In aller Regel reicht es auch, die Quantitäten der Geometrieänderungen längs der Bohrlochwand 2'' von den die Bohrlochwand 2' des Objektes 1 bestimmenden Geometriedaten abzuziehen, um eine korrigierte Form einer Bohrlochwand 2''' zu erhalten, die bei Anwendung des Lasersinterverfahrens exakt zu jener Bohrlochkontur führt, die durch den initial vorgegebenen binären Soll-Datensatz vorbestimmt ist. Dies ist in 1d dargestellt, die einen Teilquerschnitt durch die Raumform eines mittels Lasersinterverfahrens hergestellten Objektes 1'''' entspricht, dessen Bohrlochkontur jener des Ausgangsobjektes gemäß 1a entspricht.
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Die vorstehend beschriebene Korrekturmaßnahme an dem binären Soll-Datensatz, der beispielsweise im Wege eines CAD-Konstruktionsverfahrens erhalten wird, lässt sich erheblich vereinfachen, sofern bereits Kenntnisse vorliegen, über die zu erwartenden Geometrieänderungen, die an so genannten Regel-Geometrien an Objekten bei der Herstellung im Rahmen eines speziell ausgewählten generativen Herstellungsverfahrens, beispielsweise im Wege des Lasersinterverfahrens unter Verwendung einer bestimmten Lasersinter-Anlage, auftreten werden. In diesem Falle wird ein durch einen binären Soll-Datensatz vorgegebenes Objekt nach entsprechenden Regel-Geometrien untersucht, denen in Kenntnis ihrer zu erwartenden bekannten geometrischen Formänderung eine Korrekturfunktion, die aus einer entsprechend vorher angelegten Datenbank auswählbar ist, zugeordnet. Die einer entsprechend ausgewählten Regel-Geometrie zuordenbaren und in einer Datenbank bevorrateten so genannten Referenzkorrekturfunktion enthält die erforderlichen Korrekturinformationen, die einer Regel-Geometrie zugrunde gelegt werden müssen, um die entsprechende Regel-Geometrie der durch den Soll-Datensatz vorbestimmten Weise im mittels des generativen Herstellungsverfahrens gewonnenen Objektes zu erhalten.
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Die in den 1a bis d illustrierte Korrekturfunktion entspricht einem geradzylinderförmigen Bohrloch, dessen Raumform durch eine geradlinige Oberflächenkonturlinie, die um eine Achse rotiert definiert ist. Sollte es beispielsweise bei anderen Regel-Geometrien nicht möglich sein, eine derartige parametrisierbare Funktion aufzustellen, kann ein entsprechend skalierbares Verschiebungsvektorfeld zu Korrekturzwecken genutzt werden. Dies kann bei bestimmten Bauraumlagen erforderlich sein, die beispielsweise nicht zu rotationssymmetrischen Fehlern, sondern zusätzlich zu ovalen Fehlstrukturen führen können.
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Die im Beispiel im Rahmen der als Bohrloch aufgefundenen Regel-Geometrie charakteristische Oberflächenkonturlinie wird nun mit Hilfe der in einer Referenz-Datenbank abgelegten Korrekturfunktion für eben jene Regel-Geometrie korrigiert, so dass ein binärer Korrektur-Datensatz zur Realisierung eines dreidimensionalen Objektes mit Hilfe des Lasersinterverfahrens vorliegt.
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Das lösungsgemäße Verfahren ermöglicht eine geometrisch korrekte Herstellung von Objekten, vorzugsweise von Objekten mit Regel-Geometrien im Rahmen eines bestimmt vorgegebenen generativen Herstellungsverfahrens. Manuelle, Fehler anfällige Nachbearbeitungsschritte erübrigen sich vollständig. Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass ein großer Schritt für die Qualitätssicherung und -garantie des generativen Herstellungsverfahrens erhalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Objekt
- 1'
- Lasergesintertes Objekt
- 1'''
- Virtuelles Objekt gemäß Korrektur-Datensatz
- 1''''
- Lasergesintertes Objekt auf der Grundlage des Korrektur-Datensatzes
- 2
- Bohrloch
- 2'
- Gerad-hohlzylinderförmige Bohrlochwand
- 2''
- Bohrlochwand mit geometrischer Änderung
- 2'''
- Bohrlochwand auf der Grundlage des Korrektur-Datensatzes
