DE102014012286B4

DE102014012286B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten

Info

Publication number: DE102014012286B4
Application number: DE102014012286.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog; Florian Bechmann; Fabian Zeulner; Marie-Christin Ebert; Tobias Bokkes
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2034-08-23
Also published as: EP3183109A1; CN107073838A; CN110239091A; WO2016026853A1; US20170274592A1; DE102014012286A1; CN107073838B

Abstract

Vorrichtung (1) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (9) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (7) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (9) entsprechenden Stellen, mit einer Baukammer (4), in welcher eine Tragevorrichtung (8) zum Tragen des Objektes (9) mit einem höhenverstellbaren Träger (22) angeordnet ist, einer Bestrahlungsvorrichtung (13) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials (7) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen und einer Bildaufnahmevorrichtung (17) zur Aufnahme wenigstens eines einen Abschnitt der Baukammer oder die ganze Baukammer abbildenden Bilddatensatzes, dadurch gekennzeichnet, dass dass in der Baukammer (4) wenigstens eine Licht emittierende Positionsmarkierung (20, 24) zur Kalibrierung der Bildaufnahmeeinrichtung (17) vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, mit einer Baukammer, in welcher eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes mit einem höhenverstellbaren Träger angeordnet ist, einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen und einer Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme wenigstens eines die Baukammer abbildenden Bilddatensatzes.
Wenn vorstehend von einer Bildaufnahmevorrichtung gesprochen wird, so sind damit auch Vorrichtungen umfasst, die eine C-mos oder CCD Technik verwenden, d.h. Vorrichtungen, bei welchen aus einzelnen Pixeldaten ein Bild erzeugt wird. Der Begriff „Bildaufnahmevorrichtung“ ist daher so zu verstehen, dass auch derartige elektronische Vorrichtungen mit umfasst sind.
Es sind Urformverfahren bekannt, bei denen ein Material schichtweise an vorgegebenen Stellen verfestigt wird, um so ein dreidimensionales Objekt zu bauen. Dabei können grundsätzlich Flüssigkeiten wie in der Stereolithographie oder Pulver wie beim Lasersintern (SLS) oder Laserschmelzen (LSM) verfestigt werden. Dabei werden die bereits abgearbeiteten Schichten schichtweise abgesenkt und eine neue Schicht aufgetragen, um das Aufbaumaterial an den gewünschten Stellen zu verfestigen.
Beim schichtweisen Auftrag können Fehlauftragungen vorkommen. Weiterhin stellt die unterschiedliche Erwärmung des Aufbaumaterials ein Problem dar, da hierdurch die Festigkeit des erstellten dreidimensionalen Objektes beeinträchtigt werden kann.
Es ist daher weiterhin bekannt, eine Kamera zur Überwachung des Bauraums bzw. der Baukammer zu verwenden. Die EP 2 032 345 B1 lehrt eine Vorrichtung zur selektiven Laserpulverbearbeitung, bei der die Kamera bzw. die Photodiodenanordnung oder die CCD-Anordnung dem Laserstrahl zum Verfestigen des Pulvers nachgeführt wird.
Aus EP 2 186 625 A2 ist darüber hinaus eine generative Bauvorrichtung bekannt, die eine Baukammer mit einer Tragevorrichtung mit einem höhenverstellbaren Träger, eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials, eine Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme wenigstens eines einen Abschnitt der Baukammer oder die ganze Baukammer abbildenden Bilddatensatzes und Mittel für wenigstens eine Positionsmarkierung in der Baukammer zur Kalibrierung der Bildaufnahmeeinrichtung bekannt, wobei temporär eine schachbrettartige Vorlage innerhalb des Baukammerumfanges einlegbar ist.
Aus DE 199 18 613 A1 ergibt sich bereits, dass dauerhaft Kalibriermarken an einem Objektträger einer gattungsbildenden Anlage angebracht werden.
Dabei ist es weiterhin bekannt, anhand der Bilddaten die Einstrahlenergie oder die Verweilzeit des Lasers zu modifizieren, sodass der Energieeintrag pro Flächenabschnitt kontrolliert ist. Dadurch kann ein mehrmaliges Aufschmelzen desselben Flächenbereichs vermieden werden.
Dabei besteht trotz aller Verbesserungen das Problem, dass die anhand der Kamera aufgenommenen Bilddaten bzw. die daraus abgeleiteten Daten nicht die benötigte Genauigkeit aufweisen, in der Vorhersage der abgeleiteten Daten wie der Temperatur des Schmelzpools, also des aufgeschmolzenen und noch nicht wieder verfestigten Aufbaumaterials, eine zu große Toleranz aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Verarbeitungsqualität der aufgenommenen Bilddaten erhöht ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass die Bildaufnahmeeinrichtung durch eine Licht emittierende Positionsmarkierung oder Positionsmarkierungen in der Baukammer kalibrierbar ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass die die Ungenauigkeiten in der Weiterverwendung der Bilddaten der Bildaufnahmeeinrichtung positionsabhängig sind und damit eine Abhängigkeit einer Information vom Platz im Bild vorliegt. Dementsprechend wird diese positionsabhängige Messungenauigkeit der Bildaufnahmeeinrichtung durch eine Kalibrierung ausgeglichen.
Bei einer Kalibrierung handelt es sich in der vorliegenden Anmeldung also um eine Informationsgewinnung dahingehend, dass Messungenauigkeiten in während dem Bauvorgang aufgenommener Bilddatensätze ausgeglichen werden können. Diese Messungenauigkeiten sind aufbauabhängig und nicht durch eine Neupositionierung der Bildaufnahmeeinrichtung zu eliminieren.
Die Licht emittierende Positionsmarkierung ist dementsprechend nicht dazu gedacht, eine bestimmte Position in der Baukammer zu markieren, sondern sie markiert eine bestimmte Bildposition. Durch die Auswertung des die Licht emittierende Positionsmarkierung abbildenden Bildbereichs können Daten zum Ausgleich der Messungenauigkeiten erhalten werden.
Bei einer Kalibrierung ist irgendein Wert als Normale heranzuziehen. Abweichungen von dieser Normalen werden verwendet um ein Kalibrierungsdatum oder mehrere Kalibrierungsdaten zu erhalten. Bei der Normalen kann es sich den Intensitätswert in der Bildmitte eines durch die Kamera aufgenommenen Bilddatensatzes handeln. Alternativ kann es sich um den hellsten oder dunkelsten Intensitätswert des Bilddatensatzes im gesamten Bild oder einem vorgebbaren Bildbereich handeln. Weitere Ausgestaltungen werden weiter unten beschrieben.
Zwischen der Bildaufnahmeeinrichtung und der Baukammer kann eine Spiegelanordnung mit wenigstens einem Spiegel angeordnet sein. Diese Spiegelanordnung dient zum Auslenken des durch die Lasereinrichtung ausgegebenen Laserstrahls zum Verfestigen des Aufbaumaterials. Über diese Spiegelanordnung können aber auch die Baukammer zumindest teilweise abbildende Bilddaten aufgenommen werden.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Licht emittierende Positionsmarkierung am Boden der Baukammer oder an einer Bodenplatte am Boden der Baukammer angeordnet sein. Die positionsabhängigen Messungenauigkeiten betreffen die Schicht aus Aufbaumaterial, die in der sogenannten Bauebene liegt und mit einem Laserstrahl bestrahlt wird oder werden soll. Die Bauebene ist eine zum Boden und zur Bodenplatte parallele Ebene. Daher kann eine optimale Kalibrierung mittels am Boden verteilter Positionsmarkierungen erreicht werden.
Vorzugsweise kann oberhalb der Positionsmarkierung eine lichtdurchlässige Wärmeschutzvorrichtung, insbesondere aus Glaskeramik, angeordnet sein. Falls die Positionsmarkierungen wärmeempfindlich sind werden sie über die Glaskeramikschicht geschützt, da diese die durch den Laserstrahl eingetragene und über das Aufbaumetarial weitergegebene Wärmeenergie von den Positionsmarkierungen abschirmt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Positionsmarkierungen ein gleichmäßiges Abstrahlverhalten des in der Baukammer verbauten Aufbaumaterials zumindest bereichsweise oder stützstellenhaft simulieren. Es wird also so getan, als hätte das Aufbaumaterial eine vorgegebene Wärmestrahlung, das in der gesamten Bauebene konstant ist. Die dabei abgegebene elektromagnetische Strahlung wird durch die Positionsmarkierungen simuliert. Im Extremfall ist die Positionsmarkierung eine den Boden oder die Bodenplatte gesamt oder teilweise beaufschlagende Beleuchtungseinrichtung.
Um die Positionsmarkierungen kostengünstig zu realisieren können diese als LED-Lampe ausgestaltet ist. Diese emittieren bevorzugt Licht im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich von 700 nm bis 1100 nm, insbesondere bei einer Wellenlänge zwischen 800 nm und 900 nm. Dabei handelt es sich um diejenige Wellenlänge oder denjenigen Wellenlängenbereich, der auch von dem erwärmten Aufbaumaterial abgegeben wird. Durch die Simulation der Strahlung des Aufbaumaterials bei idealisierten Bedingungen, insbesondere in Bezug auf die als konstant angesehene Temperatur, kann erreicht werden, dass Abweichungen in der Darstellung eines Bildbereichs des die Positionsmarkierung oder Positionsmarkierungen darstellenden Bilddatensatzes von einem anderen Bildbereich allein auf die positionsabhängigen Messungenauigkeiten der Bildaufnahmeeinrichtung zurückgeführt werden können, wodurch diese korrigierbar sind.
Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die homogene Lichtabgabe über einen Bereich des Bodens oder der Bodenplatte mit einer einzigen Positionsmarkierung oder mit einer Vielzahl an Positionsmarkierungen realisiert ist. Es wird allerdings bevorzugt, eine Vielzahl an Licht emittierenden Positionsmarkierungen vorzusehen. Dies birgt den Vorteil, dass bei Ausfall einer Positionsmarkierung immer noch eine Kalibrierung der Bildaufnahmeeinrichtung möglich ist. Dann ist es bevorzugt, dass die Positionsmarkierungen jeweils einen vorgegebenen Lichtabstrahlwinkel, der insbesondere parallel ist, aufweisen. Die Bildaufnahmeeinrichtung bildet dann parallele Lichtstrahlen ab, wodurch positionsabhängige Messungenauigkeiten besonders einfach feststellbar und korrigierbar sind.
Bei Verwendung einer Vielzahl an Positionsmarkierungen bilden die Positionsmarkierungen Stützstellen. Dazwischen liegende Bereiche können interpoliert werden.
Ein wenigstens eine Positionsmarkierung abbildender Bilddatensatz wird also verwendet, um wenigstens eine Kalibrierungsinformation oder ein Kalibrierungsdatum zu gewinnen. Dies geschieht vor einem Bauvorgang. Mit den Kalibrierungsdaten werden dann während eines Bauvorgangs die Bilddatensätze, die die Bauebene in der Baukammer abbilden, korrigiert, sodass die daraus abgeleiteten Daten wie Temperaturdaten von den positionsabhängigen Messungenauigkeiten bereinigt sind.
Bei der Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten handelt es sich bevorzugt um eine Laserschmelz oder Lasersintervorrichtung.
Die Bildaufnahmevorrichtung ist bevorzugt als Foto oder Kamera ausgebildet. Sie kann also einzelne Bilder bzw. Bilddatensätze oder fortlaufende Bilddatensätze aufnehmen. Die Bildaufnahmevorrichtung ist bevorzugt zur Aufnahme im Bereich sichtbaren Lichts oder im Infrarotbereich ausgebildet.
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils durch ein generatives Bauverfahren, bei welchem das Bauteil durch aufeinanderfolgendes Verfestigen festgelegter Bereiche einzelner Schichten durch Einwirkung einer Strahlungsquelle auf das verfestigbare Baumaterial erfolgt, wobei die Bereiche in voneinander beabstandeten Einzelabschnitten verfestigt werden, und wobei eine Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Bilddatensatzes der das Baumaterial aufnehmenden Baukammer vorgesehen wird. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass mit der Bildaufnahmeeinrichtung wenigstens ein Bilddatensatz als Referenzbilddatensatz mit wenigstens einer Licht emittierenden Positionsmarkierung aufgenommen wird und anhand des wenigstens einen Referenzbilddatensatzes eine Korrektur eines während eines Bauvorgangs aufgenommenen Bilddatensatzes vorgenommen wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Figuren und Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
1 eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Objekte,
2 den Aufbau im Bodenbereich der Baukammer im Querschnitt,
3 Positionsmarkierungen einer ersten Ausgestaltung,
4 Positionsmarkierungen einer zweiten Ausgestaltung,
5 Positionsmarkierungen einer dritten Ausgestaltung,
6 einen Kalibrierungsdatensatz, und
7 ein Ablaufschema zur Durchführung einer Kalibrierung.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen, verfestigbaren Aufbaumaterials. Dabei sind alle für die Erfindung nicht wesentlichen Elemente wie beispielsweise die Gaszuführung für die Zuführung von Inertgas, die immer vorzusehen sind, nicht explizit in den Figuren abgebildet. Dargestellt ist ein Baumodul 2 mit einer Dosierkammer 3, einer Baukammer 4 sowie einer Überlaufkammer 5. Über der Dosierkammer 3 und der Baukammer 4 ist eine Aufbringvorrichtung 6 zum Transport von Aufbaumaterial 7 von der Dosierkammer 3 zur Baukammer 4 verfahrbar. Bei dem Aufbaumaterial handelt es ich um ein pulverförmiges, verfestigabres Material aus Metall oder Kunststoff.
In der Baukammer 4 befindet sich eine Tragevorrichtung 8. Mittels der Tragevorrichtung 8 ist das dreidimensionale Objekt 9 höhenverstellbar. Die jeweils oberste Schicht Aufbaumaterial 7 in der Baukammer 4 bildet die Bauebene 10. Das Aufbaumaterial 7 in der Bauebene 10 wird mittels Laserstrahlung an den entsprechenden Stellen verfestigt. Sobald eine Schicht mit Aufbaumaterial 7 in der Baukammer 4 an den gewünschten Stellen verfestigt ist, wird die Tragevorrichtung 8 abgesenkt und mit der Aufbringvorrichtung 6 eine neue Lage bzw. Schicht Aufbaumaterial 7 von der Dosierkammer 3 zur Baukammer 4 transportiert. Zum Anheben des Aufbaumaterials 7 in der Dosierkammer 3 verfügt diese ebenfalls über eine Tragevorrichtung 11.
Oberhalb des Baumoduls befindet sich eine Spiegelanordnung 12, mit der der aus einer Laserstrahlvorrichtung 13 ausgegebene Laserstrahl 14 auslenkbar ist, sodass die jeweils gewünschten Bereiche der Bauebene 10 bestrahlt werden. Im Strahlengang des Laserstrahls 14 befinden sich weiterhin eine Linsenanordnung 15 und ein Strahlteiler 16. Mit der Linsenanordnung 15 wird der Laserstrahl 14 fokussiert, während der Strahlteiler 16 einerseits für den Laserstrahl 14 durchlässig ist und andererseits Licht zur Kamera 17 als Bildaufnahmeeinrichtung umlenkt. So kann die Kamera 17 die Bauebene 10 abbilden.
Die Kamera 17 ist mit einer Steuerungseinrichtung 18 verbunden. Dabei kann es sich um eine der Kamera 17 zugeordnete Steuerungseinrichtung 18 handeln, es kann sich aber auch um die Steuerungseinrichtung 18 der Vorrichtung 1 handeln, die eine Vielzahl an Steuerungsaufgaben ausführt und z.B. die Laserstrahlvorrichtung 13 und/oder die Spiegelanordnung 12 steuert.
Die Spiegelanordnung 12 und die Linsenanordnung 15 können jeweils einen oder mehrere Spiegel oder Linsen enthalten.
Auf der Tragevorrichtung 8 der Baukammer 4, die den Boden der Baukammer 4 bildet, befindet sich eine Bodenplatte 19. In der Bodenplatte 19 sind Ausnehmungen vorhanden, in denen LED-Lampen 20 als Positionsmarkierungen angeordnet sind. Auf der Bodenplatte 19 ist noch eine Glaskeramikplatte 21 als Wärmeschutz für die LED-Lampen 20. Beim Bauen der ersten Schichten wird durch den Laserstrahl 14 eine große Wärmemenge zu den LED-Lampen 20 hin abgegeben. Durch die Glaskeramikplatte 21 sind die LED-Lampen 20 davor geschützt.
2 zeigt einen Querschnitt durch den Aufbau am Boden der Baukammer 2. In diesem sind der Träger 22 der Tragevorrichtung 8, die Bodenplatte 19 mit den darin angeordneten LED-Lampen 20 und die Glaskeramikplatte 21 dargestellt. Nicht gezeigt ist der elektrische Anschluss der LED-Lampen 20. Dieser kann z.B. durch den Träger 22 verlaufen.
Nicht dargestellt ist ebenfalls der Spindeltrieb der Tragevorrichtung 8, der den Träger 22 hebt und senkt.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Bodenplatte 19 zur Verdeutlichung einer möglichen Verteilung der LED-Lampen 20.Diese und die in den 4 und 5 gezeigten Verteilungen sind für alle Arten Positionsmarkierungen geeignet, nicht nur für LED-Lampen 20.
3 zeigt eine Gitterstruktur der LED-Lampen 20. In der gezeigten Ausgestaltung weisen die Mittelpunkte der LED-Lampen 20, von denen der Übersichtlichkeit halber nur drei exemplarisch mit Bezugszeichen versehen sind, jeweils den gleichen Abstand auf, weiterhin sind die Verbindungslinien des Gitters rechtwinklig. Es ist aber alternativ möglich, auch andere Gitterstrukturen wie bspw. Rautenmuster etc. zu verwenden.
4 zeigt eine weiter alternative Anordnung der LED-Lampen 20. Diese sind dabei auf konzentrischen Kreisen 23 angeordnet. Die Kreise 23 sind gestrichelt dargestellt und lediglich zur Orientierung gedacht. Die LED-Lampen 20, von denen wiederum nur einige exemplarisch mit Bezugszeichen versehen sind, sind durch Kreise mit geschlossenen Linien repräsentiert. Der Abstand der Kreise bestimmt sich dabei unter anderem anhand der Größe der LED-Lampen, der zu erreichenden Anzahl pro Fläche, der benötigten Wandstärke der Bodenplatte 19 zwischen den LED-Lampen 20, etc.
Die LED-Lampen 20 können wie dargestellt wie auf Speichen aufgefädelt angeordnet sein, wobei die Anzahl der Speichen mit zunehmendem Kreisdurchmesser ebenfalls zunimmt. Die LED-Lampen 20 können aber auch relativ beliebig auf den Kreisen 23 angeordnet sein.
Bei einer Kalibrierung ist, wie eingangs beschrieben, irgendein Wert als Normale heranzuziehen. Dabei kann es sich denjenigen Intensitätswert der LED-Lampe 20 in der Bildmitte eines durch die Kamera 17 aufgenommenen Bilddatensatzes handeln. Alternativ kann es sich um den hellsten oder dunkelsten Intensitätswert einer LED-Lampe 20 oder allgemeiner Positionsmarkierung im gesamten Bild oder einem vorgebbaren Bildbereich handeln. Die Wahl der Normale hängt von den Rahmenbedingungen ab und kann von den vorgeschlagenen Ausgestaltungen abweichen.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Positionsmarkierung als flächige Leuchtvorrichtung 24. Bevorzugt ist die Lichtabgabe der Leuchtvorrichtung 24 über die gesamte Fläche homogen, es ist aber letzten Endes ausreichend, wenn die Verteilung der Lichtabgabe bekannt ist. Diese ist dann bei der Kalibrierung der Kamera 17 zu berücksichtigen.
Die Leuchtvorrichtung 24 kann bspw. dadurch erhalten werden, dass bei einem Aufbau wie in 3 eine lichtverteilende Platte oberhalb der LED-Lampen 20 vorhanden ist. Bevorzugt ist diese unterhalb einer Glaskeramikplatte 21 eingesetzt.
Die Lichtabgabe der LED-Lampen 20 oder der Leuchtvorrichtung 24 wird vor Baubeginn und durch die Kamera 17 in wenigstens einem Bilddatensatz erfasst. Ausgehend von diesem Bilddatensatz und unabhängig von der Ausgestaltung der Positionsmarkierungen wird wenigstens ein Kalibrierdatum gewonnen, wobei hier ein Datum als Singular von „Daten“, also Informationen insbesondere in Form von Ziffern oder Zahlen, verstanden wird.
Bevorzugt wird aus einem Bilddatensatz, der die Lichtabgabe der Positionsmarkierungen, insbesondere der LED-Lampen 20 oder der Leuchtvorrichtung 24, abbildet ein Kalibrierungsdatensatz 25 ermittelt, indem aus einem Bildelement, auch Pixel genannt, oder einem Bildbereich durch Mittelung über mehrere Bildelemente ein Normalenwert gewonnen wird. Alle weiteren Bildpunkte werden dann durch diesem Normalenwert dividiert und hiervon der Kehrwert genommen. Dies geschieht bildelementweise bzw. pixelweise. Ein Kalibrierungsdatensatz 25 ist in 6 gezeigt.
Da diese Werte durch Rauschen „verunreinigt“ sind können im Kalibrierungsdatensatz 25 Bereiche 26, 27, 28, 29, 30 und 31 gefunden werden, die sich lediglich durch das Rauschen unterscheiden. In diesen Bereichen 26, 27, 28, 29, 30 und 31 kann jeweils ein Mittelwert gebildet werden, um das Rauschen zu unterdrücken bzw. zu verringern.
Nach dem Erstellen des Kalibrierungsdatensatzes 25 wird dieser einfach pixelweise mit den während des Bauens des dreidimensionalen Objektes 9 aufgenommenen Bilddatensätzen multipliziert, um die positionsabhängigen Messungenauigkeiten zu eliminieren.
Aus 6 geht auch hervor, dass die Messungenauigkeiten nicht um die Bildmitte herum symmetrisch auftreten müssen. Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren ist es vielmehr möglich, beliebige Messungenauigkeiten zu eliminieren.
7 zeigt ein Ablaufschema zur Durchführung einer Kalibrierung einer Bildaufnahmevorrichtung, also der Kamera 17.
In Schritt S1 wird eine Bodenplatte 19 mit LED-Lampen 20 auf dem Träger 22 in einer Baukammer 4 platziert und ein elektrischer Anschluss zu den LED-Lampen hergestellt. Bevorzugt sind am Träger 22 entsprechende Kontakte vorhanden, sodass ein einfaches Auflegen genügt.
In Schritt S2 wird der Träger 8 auf eine Höhe so verfahren, dass die Lampen auf der Höhe liegen und Licht abgeben wie die Bauebene 10 später liegt.
In folgenden Schritt S3 wird mit der Kamera 17 ein Bilddatensatz aufgenommen. Aus diesem wird in Schritt S4 ein Kalibrierungsdatensatz 25 ermittelt. Dabei können alle geläufigen und beschriebenen Prozessschritte wie Berücksichtigung der Verteilung der Lichtabgabe der LED-Lampen 20 bzw. der Leuchtvorrichtung 24, Mittelwertbildung, Auswahl der Normalen etc. verwendet werden. Zur Berechnung wird die Steuerungseinrichtung 18 herangezogen.
Der Kalibrierungsdatensatz 25 wird dann als Schritt S5 in einer nicht gezeigten Speichereinrichtung abgelegt.
Diese Kalibrierung und Erstellung eines Kalibrierungsdatensatzes 25 kann vor jedem Bauprozess erfolgen. Sie kann aber auch einmalig zur Inbetriebnahme der Kamera 17 erfolgen. Insbesondere können LED-Lampen 20 mit unterschiedlichen Wellenlängenabgaben verwendet werden, um für ein Aufbaumaterial 7 jeweils einen zugehörigen Kalibrierungsdatensatz zu erzeugen. Die LED-Lampen mit unterschiedlichen Wellenlängenabgaben können auch auf einer Bauplatte 19 angeordnet sein und getrennt angesteuert werden. Alternativ kann auch für jede vorgegebene Wellenlänge oder jeden Wellenlängenbereich eine eigene Bodenplatte 19 oder ein eigener Boden vorgesehen werden. Dabei ist die Verteilung der LED-Lampen 20 und die Erzeugung von Kalibrierungsdaten oder -datensätzen unabhängig voneinander.

Claims

Vorrichtung (1) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (9) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (7) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (9) entsprechenden Stellen, mit einer Baukammer (4), in welcher eine Tragevorrichtung (8) zum Tragen des Objektes (9) mit einem höhenverstellbaren Träger (22) angeordnet ist, einer Bestrahlungsvorrichtung (13) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials (7) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen und einer Bildaufnahmevorrichtung (17) zur Aufnahme wenigstens eines einen Abschnitt der Baukammer oder die ganze Baukammer abbildenden Bilddatensatzes, dadurch gekennzeichnet, dass dass in der Baukammer (4) wenigstens eine Licht emittierende Positionsmarkierung (20, 24) zur Kalibrierung der Bildaufnahmeeinrichtung (17) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Positionsmarkierung (20, 24) am Boden der Baukammer (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Positionsmarkierung (20, 24) an einer Bodenplatte (19) am Boden der Baukammer (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Positionsmarkierung (20, 24) eine lichtdurchlässige Wärmeschutzvorrichtung (21), insbesondere aus Glaskeramik, angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Positionsmarkierung als LED-Lampe (20) ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarkierung (20, 24) Licht im sichtbaren und im infraroten Wellenlängenbereich emittiert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarkierung (20, 24) Licht einer Wellenlänge im Bereich zwischen 800 nm und 900 nm emittiert.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Positionsmarkierungen (20) vorgesehen ist, die jeweils einen vorgegebenen Lichtabstrahlwinkel aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarkierungen (20) im Wesentlichen parallele Hauptabstrahlrichtungen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarkierungen (20, 24) im Wesentlichen zu einer Spiegelanordnung oberhalb der Baukammer hin abstrahlen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit der Bildaufnahmeeinrichtung (17) aufgenommener Bilddatensatz mittels wenigstens eines Kalibrierungsdatensatzes (25) abänderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit der Bildaufnahmeeinrichtung (17) aufgenommener Bilddatensatz mittels wenigstens eines mehrere Lichtsignale von LED-Lampen (20) aufweisenden Bilddatensatzes abänderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit der Bildaufnahmeeinrichtung (17) aufgenommener Bilddatensatz zur Ermittlung eines Kalibrierdatensatzes (25) verwendbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Speicher zum Ablegen eines Kalibrierungsdatensatzes aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes (9) durch ein generatives Bauverfahren, bei welchem das Objekt (9) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen festgelegter Bereiche einzelner Schichten durch Einwirkung einer Strahlungsquelle (13) auf das verfestigbare Aufbaumaterial (7) erfolgt, wobei die Bereiche in voneinander beabstandeten Einzelabschnitten verfestigt werden, und wobei eine Bildaufnahmevorrichtung (17) zur Aufnahme wenigstens eines Bilddatensatzes der das Aufbaumaterial (17) aufnehmenden Baukammer (4) vorgesehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Bildaufnahmeeinrichtung (4) wenigstens ein Bilddatensatz als Referenzbilddatensatz mit wenigstens einer Licht emittierenden Positionsmarkierung (20, 24) aufgenommen wird und anhand des wenigstens einen Referenzbilddatensatzes wenigstens ein Kalibrierungsdatum, insbesondere ein Kalibrierungsdatensatz (25) zur Korrektur eines während eines Bauvorgangs aufgenommenen Bilddatensatzes ermittelt wird.
Verfahren nach einem Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Licht emittierende Positionsmarkierung (20, 24) verwendet wird, die Licht bei einer Wellenlänge oder in einem Wellenlängenbereich emittiert, der der Wellenlänge oder dem Wellenlängenbereich entspricht, den das zum Bauen verwendete Aufbaumaterial (7) abgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass Licht im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich emittiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Positionsmarkierung eine LED-Lampe (20) verwendet wird.