DE102015214690A1 - Method and device for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction method - Google Patents

Method and device for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction method Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes (2) weist die folgenden Schritte auf: einen Materialauftragsschritt des Bereitstellens einer Schicht eines Baumaterials (13) auf einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials, einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, wobei der Materialauftragsschritt und der Verfestigungsschritt so oft wiederholt werden, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind, wobei zumindest ein Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mittels einer Heizvorrichtung (16) erwärmt wird, wobei die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mit einer Temperaturmesseinrichtung (17) in einem Messbereich (17a) gemessen wird und in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung (16) gesteuert wird, wobei ermittelt wird, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich (17a) liegen, und falls dies der Fall ist, sichergestellt wird, dass diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit zugeführt wird.A method for layering at least one three-dimensional object (2) comprises the steps of: a material applying step of providing a layer of building material (13) on a previously provided layer of the building material, a solidifying step of solidifying the applied layer by electromagnetic radiation or particle radiation, wherein the material application step and the solidification step are repeated until all cross sections of the at least one three-dimensional object are solidified, wherein at least a portion of an applied layer of the building material is heated by a heater (16), the temperature of an applied layer of the building material a temperature measuring device (17) in a measuring range (17 a) is measured and in dependence on the determined temperature, the heating power of the heating device (16) is controlled, it being determined whether it is z u solidifying points of the layer, which are in the measuring range (17a), and if so, it is ensured that the radiation is supplied to these points only after the lapse of a predetermined delay time.

Description

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zum generativen schichtweisen Aufbau von dreidimensionalen Objekten mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung sowie auf eine Steuervorrichtung, welche die generative Schichtbauvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens steuert.The present invention is directed to a method for the generative layer-wise construction of three-dimensional objects by means of a generative layer construction device as well as to a control device which controls the generative layer construction device for carrying out the method.

Die europäische Patentschrift EP 0 764 079 B1 beschreibt eine Lasersintervorrichtung, bei der ein pulverförmiges Baumaterial schichtweise auf einen ein Baufeld definierenden Träger aufgetragen wird, wobei nach einem Schichtauftrag jener Teil der Schicht, der einem Querschnitt des herzustellenden Objektsentspricht, mittels Bestrahlens mittels eines Lasers selektiv verfestigt wird. Bei der Verfestigung des Materials mittels Laserstrahlung wird durch den Laserstrahl so viel Energie in das Material eingetragen, dass eine zumindest oberflächliche Aufschmelzung der Pulverkörner stattfindet, so dass nach der Abkühlung sich die Pulverkörner zu einem Festkörper verbunden haben. Damit nicht die gesamte Wärmeenergie allein durch den Laserstrahl eingetragen werden muss, findet vor der selektiven Bestrahlung mit dem Laser eine Vorheizung einer aufgetragenen Pulvermaterialschicht mittels Heizstrahlern statt.The European patent EP 0 764 079 B1 describes a laser sintering apparatus in which a powdery building material is applied in layers to a support defining a construction field, wherein after a layer application that part of the layer which corresponds to a cross section of the object to be produced is selectively solidified by means of laser irradiation. During solidification of the material by means of laser radiation, so much energy is introduced into the material by the laser beam that at least superficial melting of the powder grains takes place, so that after cooling, the powder grains have joined to form a solid. So that the entire heat energy does not have to be entered by the laser beam alone, a pre-heating of a powder layer applied by means of radiant heaters takes place before the selective irradiation with the laser.

Da die von den Heizstrahlern abgegebene Strahlungswärme eine neu aufgetragene Pulvermaterialschicht nur an der Oberfläche erwärmt, dauert es eine gewisse Zeit, bis die gesamte Schicht durch Wärmetransport innerhalb der Schicht auf die gewünschte Temperatur gebracht ist. Ferner ändert sich die Temperatur der Schicht auch während des selektiven Belichtens der Schicht mit dem Laser, einerseits durch Wärmeenergieeintrag durch den Laser, andererseits durch Wärmeabflüsse. Daher wird in EP 0 764 079 B1 die Temperatur der Pulverschicht mittels eines Pyrometers gemessen und die Heizstrahler werden in Abhängigkeit von den Messwerten des Pyrometers mittels eines PID-Reglers oder PI-Reglers geregelt.Since the radiant heat emitted by the radiant heaters heats a newly applied layer of powder material only at the surface, it takes a certain time until the entire layer is brought to the desired temperature by heat transport within the layer. Furthermore, the temperature of the layer also changes during the selective exposure of the layer with the laser, on the one hand by heat energy input through the laser, on the other hand by heat emissions. Therefore, in EP 0 764 079 B1 the temperature of the powder layer is measured by means of a pyrometer and the radiant heaters are controlled in dependence on the measured values of the pyrometer by means of a PID controller or PI controller.

EP 0 764 079 B1 erwähnt, dass bei einer Belichtung der Schicht im Messfleck des Pyrometers letzteres eine große Überschreitung der Solltemperatur registriert und dies durch die Regelung der Heizleistung abgefangen wird. Zwar ist ein PID-Regler oder PI-Regler in gewissem Maße zum Abfangen von zeitlich begrenzten, auch großen, Schwankungen der Führungsgröße fähig, das Problem ist jedoch, durch den Laser bedingte Temperaturänderungen im Messbereich des Pyrometers von durch andere Ursachen bedingten Temperaturänderungen zu unterscheiden. Während durch den Laser bedingte Temperaturänderungen im Messbereich des Pyrometers die Regelung der Heizleistung stören (an anderen Stellen der Pulverschicht als dort wo der Laser auf diese auftrifft gibt es keine starke Temperaturerhöhung, so dass kein Bedarf für eine Änderung der Heizleistung besteht), sollen die Temperaturänderungen mit anderen Ursachen so gut wie möglich durch die Heizleistung kompensiert werden. EP 0 764 079 B1 mentions that when exposure of the layer in the measuring spot of the pyrometer the latter registers a large excess of the setpoint temperature and this is intercepted by the control of the heating power. Although a PID controller or PI controller is capable of intercepting temporal, even large, variations in the reference variable to some extent, the problem is to distinguish laser-induced temperature changes in the pyrometer's measurement range from temperature changes due to other causes. While the temperature changes caused by the laser in the measuring range of the pyrometer disturb the regulation of the heating power (at other locations of the powder layer than where the laser impinges on it, there is no strong increase in temperature, so there is no need for a change in the heating power), the temperature changes with other causes as well as possible be compensated by the heating power.

Eine Möglichkeit diesem Problem zu begegnen ist ganz einfach jene, eine Pulververfestigung durch Belichtung mit dem Laser im Messfleck des Pyrometers zu vermeiden. Wählt man nicht ein aufwändiges Pyrometer mit im Baufeld von Schicht zu Schicht variablem Messbereich, so liegt der Messbereich in jeder Schicht an der gleichen Stelle. In solch einem Fall muss man dann in Kauf nehmen, dass in einem Teil des Baufelds, nämlich dort wo der Messbereich des Pyrometers liegt, keine herzustellenden Bauteile angeordnet sein können. Dies schränkt die Nutzung einer generativen Schichtbauvorrichtung ein.One way to overcome this problem is simply to avoid powder compaction by exposure to the laser in the spot of the pyrometer. If one does not choose a complicated pyrometer with a variable measuring range from layer to layer in the construction field, then the measuring range lies in the same place in each layer. In such a case one must then accept that in a part of the construction field, namely where the measuring range of the pyrometer is located, no components to be produced can be arranged. This limits the use of a generative layer construction device.

Es ist aufgrund des Obigen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die generative schichtweise Herstellung von Objekten bereitzustellen, durch welche Einschränkungen bei der Herstellung infolge der Anordnung der herzustellenden Objekte beseitigt werden.It is, therefore, an object of the present invention to provide a method and apparatus for the generative layered production of objects which eliminates manufacturing constraints due to the arrangement of the objects to be manufactured.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes nach Anspruch 1, durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 11, durch eine generative Schichtbauvorrichtung nach Anspruch 12 sowie ein Computerprogramm nach Anspruch 15.The object is achieved by a method for the layered construction of at least one three-dimensional object according to claim 1, by a control device according to claim 11, by a generative layer construction device according to claim 12 and a computer program according to claim 15.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei können Merkmale aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung, die sich auf das erfindungsgemäße Verfahren beziehen, auch zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung bzw. erfindungsgemäßen generativen Schichtbauvorrichtung verwendet werden oder umgekehrt, es sei denn, dies wird explizit ausgeschlossen.Further developments of the invention are specified in the subclaims. Features of the subclaims and the following description, which relate to the method according to the invention, can also be used for the further development of the inventive control device or inventive generative layer construction device or vice versa, unless this is explicitly excluded.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes aus einem Baumaterial mittels aufeinanderfolgenden Verfestigens von Schichten des Baumaterials jeweils an jenen Stellen einer Schicht, die dem Querschnitt des mindestens einen Objekts entsprechen, wobei die Verfestigung durch Einbringen von Wärmeenergie bewerkstelligt wird weist die folgenden Schritte auf:
einen Materialauftragsschritt des Bereitstellens einer Schicht eines Baumaterials auf einer Bauunterlage oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials,
einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird,
wobei der Materialauftragsschritt und der Verfestigungsschritt so oft wiederholt werden, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind,
wobei zumindest ein Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mittels einer Heizvorrichtung erwärmt wird,
wobei die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mit einer Temperaturmesseinrichtung in einem Messbereich, der einen Teilbereich der Schicht umfasst, gemessen wird und in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung gesteuert wird,
wobei in mindestens einem Verfestigungsschritt ermittelt wird, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich liegen, und falls dies der Fall ist, sichergestellt wird, dass diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschritts zugeführt wird.
A method according to the invention for layering at least one three-dimensional object from a building material by sequentially consolidating layers of the building material respectively at those locations of a layer corresponding to the cross-section of the at least one object, solidification being accomplished by introducing thermal energy comprises the following steps :
a material application step of providing a layer of a building material on a building substrate or a previously provided layer of the building material,
a solidification step of solidifying the coated layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation, in which the Radiation acts on sites of the layer to be consolidated, so that the building material is solidified at these points by the heat energy introduced by the radiation,
wherein the material application step and the solidification step are repeated until all cross sections of the at least one three-dimensional object to be produced have solidified,
wherein at least a portion of a deposited layer of the building material is heated by a heater,
wherein the temperature of an applied layer of the building material is measured with a temperature measuring device in a measuring region which comprises a partial region of the layer, and the heating power of the heating device is controlled as a function of the determined temperature,
wherein, in at least one solidification step, it is determined whether there are sites of the layer to be consolidated in the measurement area and, if so, that the radiation is supplied to these sites only after the lapse of a predetermined delay time after the start of the solidification step becomes.

Die Erfindung macht es damit möglich, während der generativen schichtweisen Herstellung von Objekten eine Schicht auch im Messbereich einer Temperaturmesseinrichtung zu verfestigen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch ermöglicht, dass jener zu verfestigende Teil einer Schicht, der im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung liegt, erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach Beginn des Verfestigungsschritts verfestigt wird. Das Vorsehen der Verzögerungszeit führt dadurch zu einer einfacheren und genaueren Steuerung der Heizleistung, dass zum Einen möglich ist, während der Verzögerungszeit Informationen über den zeitlichen Verlauf der Temperatur der Schicht zu sammeln. Hierdurch ist es möglich, diese Informationen für die Temperaturregelung während der Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung zu verwenden. Zum Anderen tritt infolge der Verzögerungszeit eine Beeinflussung der Temperaturregelung durch die Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung nicht schon zu Beginn der Verfestigung einer Schicht auf, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt. Dadurch kann sich eine Fehlregelung der Heizleistung der Heizvorrichtung lediglich auf die belichteten Stellen im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung und die nach der Belichtung des Messbereichs belichteten Stellen der Schicht auswirken. Je länger die Verzögerungszeit dabei ist, umso weniger Stellen der Schicht werden erst nach der Belichtung im Messbereich belichtet. Je länger die Verzögerungszeit also ist, umso weniger Stellen der Schicht sind von einer beeinträchtigten Regelung der Heizleistung betroffen.The invention thus makes it possible, during the generative layer-by-layer production of objects, to solidify a layer even in the measuring range of a temperature measuring device. According to the invention, this is made possible by solidifying that part of a layer which is to be consolidated in the measuring range of the temperature measuring device only after the lapse of a predetermined delay time after the beginning of the solidification step. The provision of the delay time thereby leads to a simpler and more accurate control of the heating power, that on the one hand possible to collect information about the time course of the temperature of the layer during the delay time. This makes it possible to use this information for the temperature control during the exposure in the measuring range of the temperature measuring device. On the other hand, due to the delay time, an influence of the temperature regulation by the exposure in the measuring range of the temperature measuring device does not occur at the beginning of the solidification of a layer, but only at a later time. As a result, a maladjustment of the heating power of the heating device can only affect the exposed points in the measuring range of the temperature measuring device and the exposed areas of the layer after the exposure of the measuring range. The longer the delay time, the fewer spots of the layer are exposed in the measuring area after exposure. Thus, the longer the delay time, the fewer points of the layer are affected by impaired control of the heating power.

Die Sicherstellung einer vorbestimmten Verzögerungszeit kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass die Reihenfolge, in der die dem mindestens einen Objektquerschnitt entsprechenden Stellen der Schicht durch Strahlungseintrag verfestigt werden, so abgeändert wird, dass die Strahlung auf den Messbereich der Temperaturmesseinrichtung erst nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeit gerichtet wird. Der Begriff ”vorbestimmt” bringt hier zum Ausdruck, dass die Verzögerungszeit sich nicht willkürlich von Schicht zu Schicht ändert, sondern bewusst eine bestimmte Länge der Verzögerungszeit sichergestellt wird. Zum Einen kann dies durch eine Festlegung der Verzögerungszeit bereits vor dem Beginn eines generativen Schichtbauverfahrens auf einen festen Wert geschehen, zum Anderen kann eine Steuereinrichtung die Länge der Verzögerungszeit für jede Schicht in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie z. B. der Gesamtdauer eines Verfestigungsschritts für diese Schicht, festlegen.Securing a predetermined delay time can be ensured, for example, by modifying the order in which the locations of the layer corresponding to the at least one object cross-section are determined by radiation input so that the radiation is directed to the measuring range of the temperature measuring device only after the predetermined delay time has elapsed becomes. The term "predetermined" expresses here that the delay time does not change arbitrarily from layer to layer, but deliberately ensures a certain length of the delay time. On the one hand this can be done by setting the delay time before the start of a generative layer construction process to a fixed value, on the other hand, a control device, the length of the delay time for each layer in dependence on other parameters, such. B. the total duration of a solidification step for this layer set.

Bevorzugt wird an einen Benutzer ein Warnsignal bzw. eine Warnung ausgegeben, wenn sich die die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendige Zeit durch das Einfügen der vorbestimmten Verzögerungszeit um einen Betrag vergrößert, der einen vordefinierten Maximalbetrag übersteigt. In weiter bevorzugter Weise wird das Warnsignal bzw. die Warnung ausgegeben, wenn die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendige Zeit oder die vorbestimmte Verzögerungszeit einen größeren Betrag aufweist als eine Zeit, die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendig ist.Preferably, a warning signal or a warning is output to a user if the time necessary for carrying out the solidification step in a shift increases by the insertion of the predetermined delay time by an amount which exceeds a predefined maximum amount. In a further preferred manner, the warning signal or the warning is issued if the time required for carrying out the solidification step in a layer or the predetermined delay time has a greater amount than a time which is necessary for carrying out the solidification step in a layer.

Gerade wenn es in einer Schicht nur wenige zu verfestigende Stellen gibt, kann die hierfür erforderliche Gesamtdauer eines Verfestigungsschrittes sehr klein sein. In solch einem Falle würde das Vorsehen einer vorgegebenen Verzögerungszeit eventuell dazu führen, dass die infolge der Verzögerungszeit tatsächlich benötigte Dauer für den Verfestigungsschritt erheblich länger als die eigentlich erforderliche Gesamtdauer für den Verfestigungsschritt ist, unter Umständen sogar die Verzögerungszeit selbst länger ist als die Zeitdauer für den Verfestigungsschritt. Dies liegt daran, dass erst die vorgegebene Verzögerungszeit abgewartet wird, bevor innerhalb des Messbereichs der Temperaturmesseinrichtung verfestigt wird.Especially if there are only a few places to be consolidated in a layer, the total duration of a solidification step required for this can be very small. In such a case, the provision of a predetermined delay time could eventually result in the duration actually required by the delay time for the solidification step being significantly longer than the actual total time required for the solidification step, even the delay time itself may be longer than the time duration for the solidification step consolidation step. This is because only the predetermined delay time is awaited before it is solidified within the measuring range of the temperature measuring device.

Alternativ oder zusätzlich wird an den Bediener der generativen Schichtbauvorrichtung eine Warnung ausgegeben, wenn sich die die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendige Zeit durch das Einfügen der Verzögerungszeit um einen Prozentsatz vergrößert, der einen vordefinierten Maximalprozentsatz übersteigt. Der Maximalprozentsatz ist dabei beispielsweise jener Prozentsatz, um den sich die Dauer des Verfestigungsschritts vergrößern darf, ohne dass nicht mehr tolerierbare Temperaturunterschiede innerhalb einer zu belichtenden Schicht resultieren. Weiterhin kann der Maximalprozentsatz auch dadurch festgelegt wird, dass mittels einer Simulation von Umgebungsparametern (z. B. die Stärke oder Richtung einer Schutzgasströmung) am Ort des Messbereichs eine gerade noch tolerierbare Fluktuation derselben ermittelt wird und der Maximalprozentsatz kleiner als der Prozentsatz festgelegt wird, bei dem die gerade noch tolerierbare Fluktuation auftritt.Alternatively or additionally, a warning is issued to the operator of the generative layer building apparatus if the time required to perform the solidification step in a layer increases by the addition of the delay time by a percentage exceeding a predefined maximum percentage. The maximum percentage is, for example, that percentage by which the duration of the Grouting step may increase without resulting intolerable temperature differences within a layer to be exposed. Furthermore, the maximum percentage may also be determined by a just tolerable fluctuation thereof being determined by means of a simulation of environmental parameters (eg the strength or direction of a protective gas flow) at the location of the measuring range and the maximum percentage being set smaller than the percentage which the just tolerable fluctuation occurs.

Bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, wird die Warnung an den Bediener gleich zu Beginn des Bauprozesses ausgegeben, damit dieser entscheiden kann, ob der Herstellungsvorgang trotz etwaiger Qualitätseinbußen fortgesetzt werden soll oder ob der Herstellungsvorgang besser abgebrochen werden soll.Preferably, but not necessarily, the warning is given to the operator right at the beginning of the building process, so that he can decide whether the production process should continue despite any loss of quality or whether the production process should be better stopped.

In einer weiteren Variante wird eine Maximalverzögerungszeit ermittelt und einem Benutzer eine Warnung, z. B. ein Warnsignal, ausgegeben, wenn die vorbestimmte Verzögerungszeit einen größeren Betrag aufweist als die Maximalverzögerungszeit.In a further variant, a maximum delay time is determined and a warning to a user, for. As a warning signal, output when the predetermined delay time has a greater amount than the maximum delay time.

Das Einfügen der vorbestimmten Verzögerungszeit könnte dazu führen, dass sich die Temperaturunterschiede innerhalb der zu belichtenden Schicht grundlegend ändern, da dem Messbereich und seiner Umgebung zu einem anderen Zeitpunkt als dem ursprünglich vorgesehenen Zeitpunkt Wärmeenergie zugeführt wird. Dies kann durch die Berechnung einer Maximalverzögerungszeit, bevorzugt für jede Schicht, berücksichtigt werden. Die Maximalverzögerungszeit ist dabei beispielsweise jene Verzögerungszeit, deren Einfügung in den Belichtungsablauf zu gerade noch tolerierbaren Temperaturunterschieden innerhalb einer zu belichtenden Schicht führt. Weiterhin kann die Maximalverzögerungszeit auch eine Zeit sein, innerhalb derer die simulierten Umgebungsparameter (z. B. die Stärke oder Richtung einer Schutzgasströmung) am Ort des Messbereichs eine gerade noch tolerierbare Fluktuation zeigen. Auf ein Warnsignal hin könnte ein Bediener der Vorrichtung beispielsweise nicht mehr tolerierbaren Temperaturinhomogenitäten durch Änderungen der Belichtungsreihenfolge in nachfolgenden Schichten entgegenwirken.The inclusion of the predetermined delay time could cause the temperature differences within the layer to be exposed to change fundamentally, since heat energy is supplied to the measurement area and its surroundings at a time other than the originally scheduled time. This can be taken into account by calculating a maximum delay time, preferably for each layer. The maximum delay time is, for example, that delay time whose insertion into the exposure process results in barely tolerable temperature differences within a layer to be exposed. Furthermore, the maximum delay time may also be a time within which the simulated environmental parameters (eg the strength or direction of a protective gas flow) at the location of the measuring range show a fluctuation which is still tolerable. In response to a warning signal, an operator of the device could, for example, counteract intolerable temperature inhomogeneities by changes in the exposure order in subsequent layers.

Bevorzugt wird für den Fall, dass während eines Verfestigungsschritts einer Schicht eine Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung stattfindet, ein Ablauf des Verfestigungsschritts so angepasst, dass die Strahlung den Stellen im Messbereich im Wesentlichen erst am Ende des Verfestigungsschritts zugeführt wird.In the event that an exposure takes place in the measuring range of the temperature measuring device during a solidification step of a layer, a sequence of the solidification step is preferably adjusted so that the radiation is supplied to the points in the measuring region essentially only at the end of the solidification step.

Wenn die Strahlung den Stellen im Messbereich im Wesentlichen erst am Ende des Verfestigungsschritts zugeführt wird, dann spielt es keine Rolle, wenn der Regelung für die Heizleistung überhöhte Temperaturen zugrunde gelegt werden. Selbst wenn die Heizleistung in zu hohem Maße verringert wird, hat dies keine Auswirkungen, da nach dem Ende des Verfestigungsschrittes eine neue Schicht des Aufbaumaterials aufgetragen wird und der Heizleistungsregelung dann die Temperaturmessdaten für die neue Schicht zugrunde gelegt werden.If the radiation is supplied to the points in the measuring range substantially only at the end of the solidification step, then it does not matter if the regulation for the heating power is based on excessive temperatures. Even if the heating power is reduced too much, this has no effect since, after the end of the solidification step, a new layer of the building material is applied and the heating power control is then based on the temperature measurement data for the new layer.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach Ablauf der Verzögerungszeit die Heizleistung der Heizvorrichtung bis zum Ende des Verfestigungsschritts in Abhängigkeit von einem extrapolierten zeitlichen Verlauf der Heizleistung bzw. von extrapolierten Temperaturwerten gesteuert. Die extrapolierten Temperaturwerte werden dabei aus dem zeitlichen Verlauf der von der Temperaturmesseinrichtung während der Verzögerungszeit gemessenen Temperaturwerte ermittelt.In a preferred embodiment of the invention, after the end of the delay time, the heating power of the heating device is controlled until the end of the solidification step as a function of an extrapolated time profile of the heating power or of extrapolated temperature values. The extrapolated temperature values are determined from the time profile of the temperature values measured by the temperature measuring device during the delay time.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Regelung der Heizleistung ein Temperaturwert zugrunde gelegt, der höchstwahrscheinlich ermittelt worden wäre, wenn zu diesem Zeitpunkt die Belichtung nicht im Messbereich sondern an einer anderen Stelle der Schicht stattgefunden hätte. Dies ermöglicht eine weitestgehend realistische Regelung der Heizleistung.According to this preferred embodiment of the invention, the regulation of the heating power is based on a temperature value which would most likely have been determined if the exposure had not taken place in the measuring area but at another point of the layer at that time. This allows a largely realistic control of the heating power.

Bevorzugt bilden die extrapolierten Temperaturwerte die Fortsetzung des zeitlichen Verlaufs der von der Temperaturmesseinrichtung während der Verzögerungszeit gemessenen Temperaturwerte. Damit kann die Extrapolation auf einfache Weise dadurch stattfinden, dass an den zeitlichen Verlauf der Temperaturmesswerte während der Verzögerungszeit eine Kurve (beispielsweise basierend auf einem Polynom) angefittet wird und der Kurvenverlauf in den Zeitraum der Belichtung des Messbereichs hinein verlängert wird.The extrapolated temperature values preferably form the continuation of the time profile of the temperature values measured by the temperature measuring device during the delay time. Thus, the extrapolation can take place in a simple manner by fitting a curve (for example based on a polynomial) to the time profile of the temperature measured values during the delay time and extending the curve into the period of exposure of the measuring range.

Weiter bevorzugt wird bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte zusätzlich noch die zeitliche Änderung von Umgebungsparametern während des Verfestigungsschrittes berücksichtigt. Die Extrapolation der Temperaturwerte wird dadurch besser der Realität angepasst, da mehr Parameter, die sich mit der Zeit ändern können, berücksichtigt werden.In addition, when determining the extrapolated temperature values, the temporal change of ambient parameters during the solidification step is additionally taken into account. The extrapolation of the temperature values is thereby better adapted to the reality, as more parameters that can change over time are taken into account.

Insbesondere kann bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte eine Änderung eines Parameters einer Schutzgasströmung, die über die aufgetragene Schicht geführt wird, berücksichtigt werden. Beispielsweise kann sich die Richtung oder Stärke einer Schutzgasströmung verändern, welche über die zu verfestigende Pulverschicht geführt wird zur Verhinderung von Reaktionen des Aufbaumaterials mit Sauerstoff oder aber auch. zur Beseitigung von Dämpfen, die dem verfestigten Material entweichen. Insbesondere wenn es bei einer Schutzgasströmung zu Turbulenzen kommt, kann sich die Strömung kurzfristig lokal ändern. Bei einer Überwachung des Strömungsverhaltens kann dann solch eine Fluktuation bei der Extrapolation von Temperaturwerten mitberücksichtigt werden.In particular, when determining the extrapolated temperature values, a change in a parameter of an inert gas flow which is conducted over the applied layer can be taken into account. For example, the direction or strength of an inert gas flow, which is passed over the powder layer to be solidified to prevent reactions of the building material with oxygen or else. for elimination vapors that escape the solidified material. In particular, when turbulence occurs in a protective gas flow, the flow can change locally in the short term. When monitoring the flow behavior, such a fluctuation in the extrapolation of temperature values can then be taken into account.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird während eines Teils der Verzögerungszeit im Wesentlichen keine Zufuhr von Strahlung zu der aufgetragenen Schicht durchgeführt.In a preferred variant of the invention substantially no supply of radiation to the applied layer is carried out during a part of the delay time.

Für den Fall, dass die eigentliche Zeitdauer des Verfestigungsschrittes so gering ist, dass keine vernünftige Extrapolation innerhalb solch einer kurzen Zeitdauer möglich ist, kann die Zeitdauer eines Verfestigungsschrittes dadurch künstlich verlängert werden, dass zur Gewinnung einer hinreichend langen Verzögerungszeit zur Ermittlung des Temperaturverlaufs eine Wartezeit eingefügt wird, in der keine Verfestigung von Stellen der aufgetragenen Schicht stattfindet. Auf diese Weise kann trotz geringer Zeitdauer des Verfestigungsschrittes dennoch ein verlässlicher Temperaturwert für die Zeitdauer der Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung gewonnen werden. Ebenso kann durch eine Verlängerung der Verzögerungszeit eine Anpassung der Temperaturverhältnisse innerhalb einer Schicht an die gewünschte Temperaturverteilung sichergestellt werden.In the event that the actual duration of the solidification step is so small that no reasonable extrapolation is possible within such a short period of time, the time duration of a solidification step can be artificially prolonged by inserting a waiting time to obtain a sufficiently long delay time to determine the temperature profile in which no solidification of sites of the applied layer takes place. In this way, despite a short time duration of the solidification step, a reliable temperature value for the duration of the exposure in the measuring range of the temperature measuring device can still be obtained. Likewise, by extending the delay time, an adaptation of the temperature conditions within a layer to the desired temperature distribution can be ensured.

Bevorzugt wird die Position des Messbereichs der Temperaturmesseinrichtung während eines Verfestigungsschrittes, insbesondere während des gesamten Herstellungsvorgangs des mindestens einen Objekts, nicht verändert.Preferably, the position of the measuring range of the temperature measuring device is not changed during a solidification step, in particular during the entire production process of the at least one object.

Natürlich wäre es möglich, im Falle einer Verfestigung im vorbestimmten Messbereich der Temperaturmesseinrichtung einfach die Temperaturmesseinrichtung in einem anderen Bereich der Schicht eine Temperaturmessung durchführen zu lassen. Dies wäre aber aufwendiger, da für eine Möglichkeit gesorgt werden müsste, die Temperaturmesseinrichtung, beispielsweise ein berührungslos messendes Punktpyrometer, auf einen anderen Bereich der Schicht richten zu können. Hier ermöglicht die Erfindung die Beibehaltung einer einfachen Konstruktion für die Temperaturmesseinrichtung.Of course, in the case of solidification in the predetermined measuring range of the temperature measuring device, it would be possible simply to have the temperature measuring device carry out a temperature measurement in another region of the layer. However, this would be more expensive, since there would have to be a possibility of being able to direct the temperature measuring device, for example a point pyrometer measuring without contact, to another area of the layer. Here, the invention makes it possible to maintain a simple construction for the temperature measuring device.

Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine generative Schichtbauvorrichtung zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes aus einem Baumaterial mittels aufeinanderfolgenden Verfestigens von Schichten des Baumaterials jeweils an jenen Stellen einer Schicht, die dem Querschnitt des mindestens einen Objekts entsprechen, wobei die Verfestigung durch Einbringen von Wärmeenergie bewerkstelligt wird und die generative Schichtbauvorrichtung mindestens aufweist:
eine Materialauftragseinrichtung zum Bereitstellen einer Schicht eines Baumaterials in einem Materialauftragsschritt auf einer Bauunterlage oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials,
eine Verfestigungseinrichtung, die im Betrieb einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung durchführt, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird,
wobei die generative Schichtbauvorrichtung ausgebildet ist, den Materialauftragsschritt und den Verfestigungsschritt so oft zu wiederholen, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Heizvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist zumindest einen Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials zu erwärmen,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Temperaturmesseinrichtung umfasst, die im Betrieb die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials in einem Messbereich misst, der einen Teilbereich der Schicht umfasst,
ist so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung steuert und in mindestens einem Verfestigungsschritt ermittelt, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich liegen, und falls dies der Fall ist, diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschritts zuführt.
A generative layer constructing apparatus according to the invention for stacking at least one three-dimensional object of a building material by successively solidifying layers of the building material respectively at those locations of a layer corresponding to the cross-section of the at least one object, wherein the solidification is accomplished by introducing thermal energy; the generative layer building apparatus comprises at least:
a material application device for providing a layer of a building material in a material application step on a building substrate or a previously provided layer of the building material,
a solidification device, which in operation performs a solidification step of solidifying the applied layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation in which the radiation acts on sites of the layer to be solidified, so that the building material is solidified at these locations by the thermal energy introduced by the radiation,
wherein the generative layer building apparatus is configured to repeat the material application step and the solidification step until all cross sections of the at least one three-dimensional object to be produced have solidified,
and wherein the generative layer building apparatus comprises a heating device configured to heat at least a portion of an applied layer of the building material.
and wherein the generative layer building apparatus comprises a temperature measuring device, which in operation measures the temperature of a deposited layer of the building material in a measuring area comprising a portion of the layer,
is designed so that it controls the heating power of the heating device in dependence on the determined temperature and determines in at least one solidification step, if there are sites of the layer to be consolidated, which are within the measuring range, and if this is the case, the radiation only after the lapse of a predetermined delay time after the start of the solidification step.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren automatisch durchzuführen. In aller Regel wird eine generative Schichtbauvorrichtung einen modularen Aufbau aufweisen und die Steuervorgänge werden in einer eigens vorgesehenen Steuereinrichtung ablaufen. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann dabei eine eigene Steuereinrichtung sein, die mit einem Steuermodul einer generativen Schichtbauvorrichtung zusammenwirkt, oder aber ein Teil des Steuermoduls einer generativen Schichtbauvorrichtung sein.The control device according to the invention is suitable for carrying out the method according to the invention automatically. As a rule, a generative layer construction device will have a modular design and the control processes will take place in a control device provided specifically for this purpose. In this case, the control device according to the invention can be a separate control device which cooperates with a control module of a generative layer construction device, or it can be a part of the control module of a generative layer construction device.

Eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung weist auf:
eine Materialauftragseinrichtung zum Bereitstellen einer Schicht eines Baumaterials in einem Materialauftragsschritt auf einer Bauunterlage oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials,
eine Verfestigungseinrichtung, die im Betrieb einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung durchführt, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird,
wobei die generative Schichtbauvorrichtung ausgebildet ist, den Materialauftragsschritt und den Verfestigungsschritt so oft zu wiederholen, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Heizvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist zumindest einen Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials zu erwärmen,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Temperaturmesseinrichtung umfasst, die im Betrieb die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials in einem Messbereich misst, der einen Teilbereich der Schicht umfasst,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung weiter die erfindungsgemäße Steuereinrichtung aufweist.
A generative layer construction device according to the invention has:
a material application device for providing a layer of a building material in a material application step on a building substrate or a previously provided layer of the building material,
a solidification device, which in operation comprises a solidification step of solidifying the coated layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation, in which the radiation acts on sites of the layer to be solidified, so that the building material is solidified at these locations by the heat energy introduced by the radiation,
wherein the generative layer building apparatus is configured to repeat the material application step and the solidification step until all cross sections of the at least one three-dimensional object to be produced have solidified,
and wherein the generative layer building apparatus comprises a heating device configured to heat at least a portion of an applied layer of the building material.
and wherein the generative layer building apparatus comprises a temperature measuring device, which in operation measures the temperature of a deposited layer of the building material in a measuring area comprising a portion of the layer,
and wherein the generative layer construction device further comprises the control device according to the invention.

Auch wenn es theoretisch möglich ist, dass die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit einer generativen Schichtbauvorrichtung über ein Kabel oder Netzwerk zusammenwirkt, also außerhalb der generativen Schichtbauvorrichtung angeordnet ist, so wird es doch von Vorteil sein, wenn die erfindungsgemäße Steuereinrichtung unmittelbar in der generativen Schichtbauvorrichtung angeordnet ist, um die Signalwege kurz zu halten, so dass möglichst eine Echtzeitverarbeitung von Temperaturmesswerten stattfinden kann und ebenfalls in den Ablauf eines Verfestigungsschrittes durch Einfügen einer Verzögerungszeit in Echtzeit eingegriffen werden kann.Although it is theoretically possible that the control device according to the invention interacts with a generative layer construction device via a cable or network, ie is arranged outside the generative layer construction device, it will nevertheless be advantageous if the control device according to the invention is arranged directly in the generative layer construction device, in order to keep the signal paths short so that as far as possible a real-time processing of temperature measured values can take place and also in the course of a solidification step by inserting a delay time in real time can be intervened.

Bevorzugt umfasst die Temperaturmesseinrichtung in der erfindungsgemäßen generativen Schichtbauvorrichtung ein Pyrometer. Auch wenn es theoretisch möglich ist, dass es sich bei der Temperaturmesseinrichtung um eine großflächige, Bilder liefernde Infrarotkamera handelt, so bringen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung dann den meisten Nutzen, wenn als Temperaturmesseinrichtung ein Pyrometer vorhanden ist, das einen festen Messbereich (Messort) innerhalb des Baufeldes der generativen Schichtbauvorrichtung besitzt.Preferably, the temperature measuring device in the generative layer construction device according to the invention comprises a pyrometer. Although it is theoretically possible that the temperature measuring device is a large-area image-providing infrared camera, the method according to the invention and the generative layer construction device according to the invention bring the most benefit if a pyrometer is present as a temperature measuring device that has a fixed measuring range ( Measuring location) within the construction field of the generative layer construction device has.

Insbesondere wird eine generative Schichtbauvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann.In particular, a generative layer construction device according to the present invention will be designed so that it can carry out the method according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfasst eine Abfolge von Befehlen, durch welche ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinrichtung oder einer generativen Schichtbauvorrichtung ausgeführt wird.A computer program according to the invention comprises a sequence of instructions by which a method according to the invention is carried out when the computer program is executed in a control device or a generative layer construction device.

Auch wenn es möglich ist, eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung allein mittels Hardware-Komponenten so auszulegen, dass diese ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen kann, so wird es in aller Regel zweckdienlicher sein, mittels eines Computerprogramms, das in einer Datenverarbeitungseinrichtung abläuft, die einzelnen Verfahrensschritte der erfindungsgemäßen Verfahren zu implementieren.Even if it is possible to design a control device according to the invention solely by means of hardware components in such a way that it can carry out a method according to the invention, it will generally be more expedient to use a computer program that runs in a data processing device to determine the individual method steps of the method according to the invention to implement.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer generativen Schichtbauvorrichtung am Beispiel einer Lasersintervorrichtung. 1 shows a schematic representation of a generative layer building apparatus using the example of a laser sintering apparatus.

2 und 3 zeigen schematisch die Vorgehensweise gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und 2 and 3 schematically show the procedure according to a first embodiment of the method according to the invention and

4 zeigt schematisch die Vorgehensweise gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 schematically shows the procedure according to a second embodiment of the method according to the invention.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen generativen Schichtbauvorrichtung 1 beschrieben. Die in 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4.The following is with reference to 1 An embodiment of a generative layer building apparatus according to the invention 1 described. In the 1 The device shown is a laser sintering or laser melting device 1 , To build an object 2 it contains a process chamber 3 with a chamber wall 4 ,

In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Wandung 6 angeordnet. In dem Behälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 7 angeordnet, an dem eine Grundplatte 8 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 8 kann eine getrennt von dem Träger 7 gebildete Platte sein, die an dem Träger 7 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 7 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 8 noch eine Bauplattform 9 angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 8 selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform dient. In 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 9 zu bildende Objekt 2 unterhalb einer Arbeitsebene 10 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 11.In the process chamber 3 is an open-topped container 5 with a wall 6 arranged. In the container 5 is a movable in a vertical direction V carrier 7 arranged on which a base plate 8th attached to the container 5 closes down and thus forms its bottom. The base plate 8th can be a separate from the carrier 7 be formed plate attached to the carrier 7 is attached, or it can be integral with the carrier 7 be formed. Depending on the powder and process used may be on the base plate 8th another building platform 9 be attached to the object 2 is built. The object 2 but also on the base plate 8th be built yourself, which then serves as a construction platform. In 1 is that in the container 5 on the build platform 9 object to be formed 2 below a working level 10 presented in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by unreinforced building material 11 ,

Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiter einen Pulverbehälter 12 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial 13 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 14 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 13 auf die Arbeitsebene 10. An ihrer Oberseite enthält die Wandung 4 der Prozesskammer 3 ein Einkoppelfenster 15 für eine zum Verfestigen des Pulvers dienende Strahlung. In der Prozesskammer 3 sind ferner eine Strahlungsheizung 16 und eine Temperaturmesseinrichtung 17 angeordnet.The laser sintering device 1 also contains a powder container 12 for a solidified by electromagnetic radiation powdery building material 13 and a coater movable in a horizontal direction H. 14 for applying the building material 13 to the working level 10 , At its top contains the wall 4 of the process chamber 3 a coupling window 15 for a radiation serving to solidify the powder. In the process chamber 3 are also a radiant heater 16 and a temperature measuring device 17 arranged.

Die Strahlungsheizung 16 ist dazu ausgelegt, zumindest einen Teilbereich des Baufeldes zu beheizen, bevorzugt das gesamte Baufeld. Bei dem Baufeld handelt es sich dabei um jenen Bereich der Arbeitsebene 10, der innerhalb der oberen Öffnung des Behälters 5 liegt. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, dass an Stelle der Strahlungsheizung 16 auch eine anders geartete Heizeinrichtung zur Beheizung der obersten Schicht verwendet werden kann. Auf welche Art geheizt wird ist für die Erfindung nur von untergeordneter Bedeutung.The radiant heating 16 is designed to heat at least a portion of the construction field, preferably the entire construction field. The construction field is that area of the working level 10 that is inside the upper opening of the container 5 lies. It should be noted in this regard that in place of radiant heating 16 Also, a different type of heater can be used to heat the top layer. In what way is heated is for the invention only of minor importance.

Bei der Temperaturmesseinrichtung 17 handelt es sich bevorzugt um ein berührungslos messendes Punktpyrometer, obwohl auch die Verwendung einer IR-Kamera möglich ist, die größere, nicht notwendigerweise zusammenhängende Bereiche des Baufelds erfasst. Die Temperaturmesseinrichtung erfasst die Temperatur der obersten Pulverschicht in einem Messbereich 17a, der ein Teilbereich der obersten Pulverschicht ist und in 2 und 3 gezeigt ist. Anhand der Messwerte der Temperaturmesseinrichtung 17 regelt das Steuermodul 29 die Heizleistung der Strahlungsheizung 16.At the temperature measuring device 17 it is preferably a non-contact point pyrometer, although it is also possible to use an IR camera that captures larger, not necessarily contiguous areas of the construction field. The temperature measuring device detects the temperature of the uppermost powder layer in a measuring range 17a which is a portion of the uppermost powder layer and in 2 and 3 is shown. Based on the measured values of the temperature measuring device 17 controls the control module 29 the heating power of the radiant heater 16 ,

Die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über das Einkoppelfenster 15 auf das Baufeld fokussiert wird.The laser sintering or laser melting device 1 also includes an exposure device 20 with a laser 21 , a laser beam 22 generated by a deflection device 23 deflected and by a focusing device 24 via the coupling window 15 focused on the construction field.

Weiter enthält die Vorrichtung 1 ein Steuermodul 29, über das die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Das Steuermodul kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in das Steuermodul geladen werden kann.Next contains the device 1 a control module 29 , about which the individual components of the device 1 be controlled in a coordinated manner to carry out the construction process. The control module may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the device on a storage medium, from which it can be loaded into the device, in particular into the control module.

Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger 7 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Durch Verfahren des Beschichters 14 über die Arbeitsebene 10 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials 13 aufgetragen. Das Auftragen erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld. Die aufgebrachte Pulverschicht wird durch die Strahlungsheizung 16 vorgeheizt. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 mit dem Laserstrahl 22 abgetastet, so dass das pulverförmige Aufbaumaterial 13 an den Stellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 entsprechen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt 2 fertiggestellt ist und dem Bauraum entnommen werden kann.In operation, the carrier is first applied to apply a powder layer 7 lowered by a height corresponding to the desired layer thickness. By method of the coater 14 over the working level 10 then becomes a layer of the powdery building material 13 applied. The application takes place at least over the entire cross section of the object to be produced 2 , preferably over the entire construction field. The applied powder layer is heated by the radiant heating 16 preheated. Subsequently, the cross section of the object to be produced 2 with the laser beam 22 scanned so that the powdered building material 13 is solidified at the points that the cross-section of the object to be produced 2 correspond. These steps are repeated until the object 2 is completed and the installation space can be removed.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels der in 1 gezeigten generativen Schichtbauvorrichtung durchgeführt werden. Hierzu weist die generative Schichtbauvorrichtung in 1 eine Steuereinrichtung 100 auf, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren implementiert werden kann. Diese Steuereinrichtung 100 kann entweder, wie in 1 gezeigt, Bestandteil der generativen Schichtbauvorrichtung, insbesondere des Steuermoduls 29, sein oder aber getrennt von der generativen Schichtbauvorrichtung vorhanden sein und mit letzterer über ein Netzwerk oder ein Kabel oder Bussystem verbunden sein.The inventive method can by means of in 1 shown generative layer building apparatus are performed. For this purpose, the generative layer construction device in 1 a control device 100 on, by means of which the method according to the invention can be implemented. This control device 100 can either, as in 1 shown, part of the generative layer building apparatus, in particular of the control module 29 , or be separate from the generative layer building apparatus and connected to the latter via a network or a cable or bus system.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.A first embodiment of the invention will now be described with reference to FIG 2 and 3 described.

2 und 3 zeigen jeweils eine Draufsicht auf das Baufeld der Lasersintervorrichtung von 1, also auf den Bereich der Arbeitsebene 10, der innerhalb der oberen Öffnung des Behälters 5 liegt. In dem hier beschriebenen Beispiel wird in einem Bauvorgang nicht ein einziges Objekt 2 hergestellt, sondern es werden sechs Objekte parallel hergestellt. Dies soll jedoch nicht heißen, dass die Erfindung nicht auch auf die Herstellung einer anderen Anzahl von Objekten (also beispielsweise auch nur eines Objektes) anwendbar ist. 2 and 3 each show a plan view of the construction field of the laser sintering device of 1 ie the area of the working level 10 that is inside the upper opening of the container 5 lies. In the example described here, in a construction process, not a single object 2 but six objects are produced in parallel. However, this does not mean that the invention is not also applicable to the production of a different number of objects (ie, for example, only one object).

2 und 3 zeigen einen Blick auf die zu einem gewissen Zeitpunkt während des Bauvorgangs oberste Pulverschicht während des Verfestigungsschrittes. Der besseren Verständlichkeit halber sind in den 2 und 3 die in dieser Schicht zu verfestigenden Querschnitte 2a bis 2f der herzustellenden Objekte vollständig, also in bereits verfestigtem Zustand gezeigt. Weiterhin ist in den beiden Figuren der Messbereich 17a der Temperaturmesseinrichtung, beispielsweise eines berührungslos messenden Punktpyrometers, schraffiert gezeigt. Die Reihenfolge, in der die einzelnen Objektquerschnitte 2a bis 2f verfestigt werden, ist durch die Angabe der Großbuchstaben A bis F veranschaulicht. Wie man sieht, ist zunächst, also vor Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, beabsichtigt, den Objektquerschnitt 2e nach dem Objektquerschnitt 2d und vor dem Objektquerschnitt 2f zu verfestigen. 2 and 3 show a view of the top powder layer during the building process at a certain time during the solidification step. The sake of clarity are in the 2 and 3 the cross sections to be consolidated in this layer 2a to 2f the objects to be produced completely, that is shown in already solidified state. Furthermore, in the two figures, the measuring range 17a the temperature measuring device, such as a non-contact measuring point pyrometer, shown hatched. The order in which the individual object sections 2a to 2f is solidified by specifying the capital letters A to F. As you can see, at first, ie before the end of the method according to the invention, the object cross-section is intended 2e according to the object cross section 2d and in front of the object cross section 2f to solidify.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren prüft vor Beginn des Verfestigungsschritts einer Schicht die Steuereinrichtung 100 ab, ob einer der zu verfestigenden Querschnitte zumindest teilweise im Messbereich 17a des Punktpyrometers liegt. Für diese Abprüfung kann die Steuereinrichtung 100 beispielsweise auf den Eingangsdatensatz der generativen Schichtbauvorrichtung zugreifen, in dem spezifiziert ist, an welchen Stellen in einer Schicht eine Verfestigung mittels des Laserstrahls stattfinden soll und in welcher Reihenfolge der Laserstrahl auf die zu verfestigenden Stellen der Schicht gerichtet wird. Die Lage des Messbereichs 17a des Punktpyrometers im Baufeld kann der Steuereinrichtung 100 beispielsweise über eine Bedienereingabe eingegeben werden oder aber diese Information wird der Steuereinrichtung 100 von dem Steuermodul 29 der Lasersintervorrichtung übergeben. Sobald die Steuereinrichtung 100 eine Überlappung des Messbereichs 17a mit einem zu verfestigenden Querschnitt entdeckt hat, greift die Steuereinrichtung 100 in den Ablauf des Verfestigungsschritts ein (beispielsweise durch direkten Zugriff auf die Eingangsdaten des Steuermoduls 29 oder aber. durch Kommunikation mit dem Steuermodul 29).According to the method according to the invention, the control device checks before starting the solidification step of a layer 100 from whether one of the cross-sections to be consolidated at least partially in the measuring range 17a of the dot pyrometer. For this test, the control device 100 For example, access the input data set of the generative layer building apparatus, in which it is specified at which points in a layer a solidification by means of the laser beam is to take place and in which order the laser beam is directed to the points to be solidified of the layer. The location of the measuring range 17a of the Punktpyrometers in the construction field, the controller 100 For example, be entered via an operator input or this information is the controller 100 from the control module 29 passed the laser sintering device. Once the controller 100 an overlap of the measuring range 17a discovered with a cross-section to be consolidated, engages the controller 100 in the course of the solidification step (for example, by direct access to the input data of the control module 29 or but. through communication with the control module 29 ).

Das Resultat dieses Eingriffs in den Ablauf des Verfestigungsschrittes ist in der 3 dargestellt. Wie man erkennt, wird nun der Querschnitt 2e, der mit dem Messbereich 17a des Punktpyrometers überlappt, innerhalb der Schicht als letztes verfestigt. Innerhalb dieses Querschnitts 2e wiederum wird bevorzugt jener Bereich, der mit dem Messbereich 17a überlappt, zuletzt verfestigt. Anders ausgedrückt sieht die Steuereinrichtung 100 für den Querschnitt 2e eine vorbestimmte Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschritts vor, so dass dieser Querschnitt 2e erst nach Ablauf dieser vorbestimmten Verzögerungszeit verfestigt wird. Die in den 2 und 3 veranschaulichte Umsortierung der Reihenfolge, in der die Querschnitte mit dem Laserstrahl verfestigt werden, ist nichts anderes als das Einfügen einer Verzögerungszeit für den Querschnitt 2e, da als Resultat der Umsortierung erfindungsgemäß der Querschnitt 2e, der mit dem Messbereich 17a des Punktpyrometers überlappt, stets zu einem späteren Zeitpunkt verfestigt werden wird als ursprünglich vorgesehen. Der Sinn dieses automatischen Sicherstellens einer vorbestimmten Verzögerungszeit bei der Belichtung für Stellen, die im Messbereich des Pyrometers liegen, ist Folgender:
Ein automatisches Herunterregeln der Heizleistung infolge zu hoher Temperaturmesswerte des Pyrometers durch eine Belichtung im Messbereich 17a des Pyrometers ist gegen Ende des Verfestigungsvorgangs für eine Pulverschicht weniger schädlich als zu Beginn des Verfestigungsschritts. Findet die Verfestigung im Messbereich 17a erst gegen Ende des Verfestigungsschritts statt, so gibt es nur wenige noch zu verfestigende Stellen in der Schicht, an denen eine Verfestigung bei zu niedriger Pulvermaterialtemperatur infolge zu geringer Heizleistung der Heizstrahler 16 während der vorangegangenen Belichtung im Messbereich 17a des Pyrometers stattfindet. Selbst wenn die Verfestigung des den Messbereich 17a überlappenden Querschnitts bzw. des Überlappbereichs mit dem Messbereich 17a nicht gegen Ende des Verfestigungsschritts stattfindet, jedoch dennoch mit einer gewissen Verzögerungszeit seit dem Beginn des Verfestigungsschritts stattfindet, lässt sich ein positiver Effekt beobachten.
The result of this intervention in the course of the solidification step is in the 3 shown. As you can see, now the cross section 2e that with the measuring range 17a of the point pyrometer overlaps, solidified within the layer last. Within this cross section 2e in turn, that range is preferred which coincides with the measuring range 17a overlapped, last solidified. In other words, the controller sees 100 for the cross section 2e a predetermined delay time after the start of the solidification step, so that this cross section 2e is solidified after the expiration of this predetermined delay time. The in the 2 and 3 illustrated reordering of the order in which the cross sections are solidified with the laser beam is nothing else than the insertion of a delay time for the cross section 2e , as a result of the resorting according to the invention, the cross section 2e that with the measuring range 17a overlaps the point pyrometer, will always be solidified at a later date than originally provided. The purpose of this automatic ensuring a predetermined delay time in the exposure for locations that are in the range of the pyrometer, is the following:
An automatic shutdown of the heating power due to high temperature readings of the pyrometer by an exposure in the measuring range 17a of the pyrometer is less harmful towards the end of the solidification process for a powder layer than at the beginning of the solidification step. Finds the solidification in the measuring range 17a Only at the end of the solidification step instead, there are only a few places to be consolidated in the layer, where a solidification at too low powder material temperature due to low heat output of the radiant heater 16 during the previous exposure in the measuring range 17a takes place of the pyrometer. Even if the solidification of the measuring range 17a overlapping cross-section or the overlap area with the measuring range 17a does not take place towards the end of the solidification step, but nevertheless takes place with a certain delay time since the start of the solidification step, a positive effect can be observed.

Natürlich ist keine Umstellung der Belichtungsreihenfolge notwendig, wenn bereits vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens feststeht, dass der Pyrometermessbereich erst zu eifern späten Zeitpunkt während des Verfestigungsschritts, also insbesondere erst nach der erfindungsgemäß vorbestimmten Verzögerungszeit, belichtet wird. Der Sinn des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in solch einem Fall jedoch der, dass explizit abgeprüft wird, ob die vorbestimmte Verzögerungszeit für die Belichtung des Messbereichs eingehalten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren garantiert also die Einhaltung der vorbestimmten Verzögerungszeit. Die vorbestimmte Verzögerungszeit definiert sich bevorzugt daraus, wie viel Zeit notwendig ist, um eine ausreichend genaue Extrapolation (s. u.) zu gewährleisten.Of course, no adjustment of the exposure order is necessary if it has already been established prior to carrying out the method according to the invention that the pyrometer measuring area is only exposed to a late time during the solidification step, ie in particular only after the delay time determined according to the invention. However, in such a case, the purpose of the method according to the invention is that it is explicitly checked whether the predetermined delay time for the exposure of the measuring range is maintained. The inventive method thus guarantees compliance with the predetermined delay time. The predetermined delay time is preferably defined by how much time is necessary to ensure sufficiently accurate extrapolation (see below).

Auch für den Fall, dass lediglich ein einziges großes Bauteil gefertigt wird und eine Belichtung mit dem Laserstrahl im Messbereich 17a des Punktpyrometers erforderlich ist, wird erfindungsgemäß der Bereich des Objektquerschnitts, der im Messbereich 17a des Pyrometers liegt, erst nach einer gewissen Verzögerungszeit ab dem Beginn des Verfestigungsschritts, bevorzugt erst gegen Ende des Verfestigungsschritts, verfestigt. Man kann dies beispielsweise dadurch bewerkstelligen, dass die Steuereinrichtung 100 eine Zerlegung des zu verfestigenden Querschnitts des einzigen großen Objekts in Segmente durchführt, wobei das Segment, das den Messbereich 17a schneidet bzw. vollständig in diesem Messbereich 17a liegt, erst zu einem möglichst späten Zeitpunkt verfestigt wird. Mit anderen Worten erfolgt eine Umsortierung der Segmente des Querschnitts dergestalt, dass jene Segmente, die den Messbereich 17a schneiden, erst zu einem späten Zeitpunkt während des Verfestigungsschrittes, bevorzugt erst gegen Ende des Verfestigungsschrittes, verfestigt werden.Also in the case that only a single large component is manufactured and an exposure to the laser beam in the measuring range 17a the point pyrometer is required, according to the invention the area of the object cross-section which is in the measuring range 17a of the pyrometer, only after a certain delay time from the beginning of the solidification step, preferably until the end of the solidification step, solidified. This can be done, for example, by the control device 100 a division of the cross-section to be solidified of the single large object into segments, wherein the segment that the measuring range 17a cuts or completely in this measuring range 17a is solidified until the earliest possible date. In other words, a re-sorting of the segments of the cross-section takes place in such a way that those segments which cover the measuring range 17a cut, only at a late time during the solidification step, preferably only towards the end of the solidification step, solidified.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird während einer Verfestigung im Messbereich 17a der Temperaturmesseinrichtung die normale Regelung der Heizleistung der Heizvorrichtung außer Kraft gesetzt und durch eine spezielle Regelung, nachfolgend als ”Ausnahmeregelung” bezeichnet, ersetzt. Ein beispielhaftes Vorgehen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. In 4 sind die Heizleistung P sowie die von der Temperaturmesseinrichtung für die Regelung bereitgestellte Temperatur T in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Wie man erkennt, steigt zunächst mit Beginn des Verfestigungsvorgangs zum Zeitpunkt t0 die von der Temperaturmesseinrichtung ermittelte Temperatur T allmählich an, und entsprechend wird die Heizleistung P durch die Regelung allmählich heruntergeregelt.According to a second embodiment of the invention is during solidification in the measuring range 17a the temperature measuring device, the normal control of the heating power of the heater overridden and replaced by a special regulation, hereinafter referred to as "exception" replaced. An exemplary procedure will be described below with reference to FIG 4 described. In 4 the heating power P as well as the temperature T provided by the temperature measuring device for the control are shown as a function of time. As one recognizes, rises first with Beginning of the solidification process at time t 0, the temperature T detected by the temperature measuring means gradually, and accordingly, the heating power P is gradually controlled down by the control.

Wenn zum Zeitpunkt t1 die Verfestigung im Messbereich 17a der Temperaturmesseinrichtung startet, so liefert die Temperaturmesseinrichtung ab diesem Zeitpunkt höhere Temperaturwerte an die Regelung. In der 4 ist dies lediglich schematisch dargestellt, der genaue Kurvenverlauf kann anders sein. Infolge der höheren Temperaturwerte regelt die Regelung die Heizleistung P während des Zeitraums zwischen t1 und t2, innerhalb dessen eine Verfestigung im Messbereich 17a stattfindet und die Temperaturwerte, die die Temperaturmesseinrichtung ausgibt, erhöht sind, stark herunter. Nach Beendigung der Verfestigung im Messbereich 17a nach dem Zeitpunkt t2 nimmt die von der Temperaturmesseinrichtung ausgegebene Temperatur T allmählich ab und die Heizleistung P steigt allmählich wieder an.If at time t 1, the solidification in the measuring range 17a the temperature measuring device starts, so the temperature measuring device delivers from this point higher temperature values to the control. In the 4 this is only schematically shown, the exact curve may be different. Due to the higher temperature values, the control regulates the heating power P during the period between t 1 and t 2 , within which a solidification in the measuring range 17a takes place and the temperature values that the temperature measuring device outputs are increased sharply. After completion of solidification in the measuring range 17a after the time t 2 , the temperature T outputted from the temperature measuring means gradually decreases, and the heating power P gradually rises again.

Der bis jetzt beschriebene Verlauf, der in der 4 durch durchgezogene Kurven wiedergegeben ist, spiegelt den Normalfall wider, in dem noch nicht die erfindungsgemäße Vorgehensweise angewendet wird. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die zu geringe Heizleistung während der Verfestigung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung (die Heizleistung ist so gering, dass sie in der schematischen 4 während dieses Zeitraums vollkommen fehlt), wie folgt verhindert:
Während des Zeitraums zwischen t1 und t2 werden der Regelung für die Heizleistung Temperatureingangswerte nicht von der Temperaturmesseinrichtung zugeführt, sondern von der Steuereinrichtung 100 bzw. vom Steuermodul 29. Dabei liefert die Steuereinrichtung 100 bzw. das Steuermodul 29 der Regelung Temperaturwerte, die dem in 4 dargestellten gestrichelten Verlauf der Temperaturkurve entsprechen, wie er sich ergeben würde, wenn eine Verfestigung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung unterbleiben würde. Der entsprechend gestrichelte dargestellte Verlauf der Heizleistung P ist ebenfalls gezeigt. Um während des Zeitraums zwischen t1 und t2 der Regelung adäquate Temperaturwerte zuführen zu können, erfasst die Steuereinrichtung 100, nachdem sie festgestellt hat, dass es in einem Verfestigungsschritt zu einer Verfestigung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung kommen wird, zumindest während eines Teils des Zeitraums zwischen t0 und t1 den zeitlichen Verlauf der von der Temperaturmesseinrichtung an die Regelung ausgegebenen Temperaturwerte T. Anhand des erfassten Temperaturverlaufs wird der Temperaturverlauf in dem Zeitraum zwischen t1 und t2 extrapoliert. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 liefert dann die Steuereinrichtung 100 der Regelung die extrapolierten Temperaturwerte anstelle der von der Temperaturmesseinrichtung ausgegebenen Temperaturwerte.
The course described so far, in the 4 is represented by solid curves, reflects the normal case, in which not yet the procedure according to the invention is applied. According to the second embodiment, the too low heating power during solidification in the measuring range of the temperature measuring device (the heating power is so low that they are in the schematic 4 during this period is completely absent), as follows:
During the period between t 1 and t 2 , the regulation for the heating power is not supplied to the temperature input values by the temperature measuring device but by the control device 100 or from the control module 29 , The control device delivers 100 or the control module 29 the control temperature values corresponding to the in 4 represented dashed curve of the temperature curve, as it would result if solidification in the measuring range of the temperature measuring device would be omitted. The corresponding dashed curve shown the heating power P is also shown. To be able to perform adequate temperature values during the period between t 1 and t 2 of the scheme, detects the control means 100 after it has determined that in a solidification step a solidification in the measuring range of the temperature measuring device will occur, at least during a part of the period between t 0 and t 1, the time profile of the temperature values output by the temperature measuring device to the control Temperature course, the temperature profile is extrapolated in the period between t 1 and t 2 . Between the times t 1 and t 2 then supplies the controller 100 the controller, the extrapolated temperature values instead of the output from the temperature measuring device temperature values.

Für die Erfassung des Temperaturverlaufs zwischen t0 und t1 muss dieser Zeitraum genügend lang sein. In der Steuereinrichtung 100 ist dabei bevorzugt eine Mindesterfassungszeit TErf vorbestimmt. Vor Beginn des Verfestigungsschrittes prüft die Steuereinrichtung 100 dann bevorzugt ab, ob der Zeitraum t1–t0 größer ist als TErf. Falls dies nicht der Fall ist, dann führt die Steuereinrichtung 100 entsprechend eine Umsortierung der Reihenfolge der Belichtungen der einzelnen Stellen durch, wie bei der ersten Ausführungsform, um den Zeitraum t1–t0 zu verlängern. Mit anderen Worten, es wird wiederum eine vorbestimmte Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschrittes eingeführt, so dass im Messbereich 17a der Temperaturmesseinrichtung die Verfestigung erst nach Ablauf der Verzögerungszeit stattfindet.For the detection of the temperature profile between t 0 and t 1 , this period must be sufficiently long. In the control device 100 is preferably a minimum detection time T Erf predetermined. Before the beginning of the solidification step, the control device checks 100 then preferably determines whether the period t 1 -t 0 is greater than T Erf . If this is not the case, then the controller leads 100 Accordingly, a reordering of the order of the exposures of the individual points, as in the first embodiment, to extend the period t 1 -t 0 . In other words, a predetermined delay time is again introduced after the start of the solidification step, so that in the measuring range 17a the temperature measuring device, the solidification takes place only after the expiration of the delay time.

Statt die Belichtungsreihenfolge der Schicht umzuändern zur Gewinnung einer genügend großen Zeit t1–t0 ist es bei der ersten und zweiten Ausführungsform alternativ auch möglich, die Reihenfolge, in der die Stellen der Schicht belichtet werden, beizubehalten und lediglich eine Wartezeit einzufügen, in der keine Belichtung stattfindet zur Verlängerung des Zeitraums t1–t0.Alternatively, instead of changing the exposure order of the layer to obtain a sufficiently large time t 1 -t 0 , in the first and second embodiments, it is also possible to maintain the order in which the locations of the layer are exposed and to insert only one waiting time no exposure takes place to extend the period t 1 -t 0 .

Natürlich ist es auch möglich, die erste und zweite Ausführungsform miteinander zu kombinieren: Die Belichtungsreihenfolge kann dergestalt abgeändert werden, dass eine Belichtung der Schicht innerhalb des Messbereichs 17a zeitlich nach hinten verschoben wird, bevorzugt erst am Ende des Verfestigungsschritts durchgeführt wird, und gleichzeitig während der Belichtung im Messbereich 17a von der Steuereinrichtung 100 der Heizleistungsregelung extrapolierte Temperaturwerte zur Verfügung gestellt werden.Of course, it is also possible to combine the first and second embodiments with each other: the exposure order can be changed such that exposure of the layer within the measurement range 17a is moved backwards in time, preferably carried out only at the end of the solidification step, and at the same time during the exposure in the measuring range 17a from the controller 100 the heating power control extrapolated temperature values are provided.

In einer Abwandlung der Erfindung, die auf beide Ausführungsformen anwendbar ist, wird an einen Benutzer der generativen Schichtbauvorrichtung ein Warnsignal ausgegeben für den Fall, dass der Zeitraum t1–t0, also die Zeit zwischen Beginn des Verfestigungsschritts und Beginn der Verfestigung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung, größer als eine vordefinierte Maximalverzögerungszeit ist. Der Grund hierbei ist folgender:
Wenn durch die Steuereinrichtung 100 der Zeitraum t1–t0 durch eine Umsortierung der Belichtungsreihenfolge bzw. die Einfügung einer Belichtungspause verlängert wird, dann ändert sich der zeitliche Temperaturverlauf an den einzelnen Stellen der Schicht. Wird beispielsweise einem Bereich der Schicht in dem der Messbereich der Temperaturmesseinrichtung liegt die Laserstrahlung erst später zugeführt, so kann sich dieser Schichtbereich, unter der Annnahme dass in der unmittelbar darunter liegenden Schicht eine Verfestigung stattgefunden hat, länger abkühlen und daher wird dort eine andere Temperatur des Pulverförmigen Aufbaumaterials vorliegen als wenn diesem Schichtbereich die Laserstrahlung bereits zugeführt worden wäre. Solche Variationen in der lokalen Temperatur können zu Änderungen in den Eigenschaften des Objekts an den entsprechenden Stellen führen. Für den Bediener ist es daher sehr hilfreich, zu erfahren, ob es große zeitliche Verschiebungen bzw. Verzögerungen im Hinblick auf die unterschiedlichen Verfestigungsbereiche einer Schicht gibt. Die Maximalverzögerungszeit, die zur Ausgabe einer Warnung, beispielsweise eines optischen oder akustischen Signals oder einer Meldung, die auf einem Überwachungsbildschirm ausgegeben wird, führt, hängt vom speziellen Bauprozess ab, beispielsweise also vom verwendeten Baumaterial, vom Füllgrad des Behälters 5, also dem Prozentsatz des Baumaterials im Behälter, das bei der Herstellung von Objekten verfestigt wird, etc. Ebenso kann die Maximalverzögerungszeit von der Dauer des Verfestigungsschrittes abhängig gemacht werden. Ist beispielsweise die Länge des gesamten Verfestigungsschrittes zu klein, um innerhalb dieser Zeit wie bei der zweiten Ausführungsform einen Temperaturverlauf zu erfassen, so kann nicht die Vorgehensweise gemäß der zweiten Ausführungsform gewählt werden. Da in solch einem Falle die Regelung wie beim Stand der Technik auf eine Verfestigung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung reagiert, ist es auch in solch einem Falle wichtig, dem Nutzer durch eine Warnung anzuzeigen, dass für diesen Verfestigungsschritt lediglich eine unzulängliche Regelung für die Heizleistung der Heizvorrichtung vorlag.
In a modification of the invention which is applicable to both embodiments, a warning signal is output to a user of the generative layer building apparatus in the event that the time period t 1 -t 0 , ie the time between the start of the solidification step and the beginning of the solidification in the measuring area of Temperature measuring device, is greater than a predefined maximum delay time. The reason is the following:
If through the control device 100 the period t 1 -t 0 is extended by a reordering of the exposure sequence or the insertion of an exposure pause, then changes the temporal temperature profile at the individual points of the layer. If, for example, a region of the layer in which the measuring range of the temperature measuring device is located, the laser radiation is applied later, then this layer region, under which Assuming that in the immediately underlying layer, a solidification has taken place, cool down longer and therefore there will be a different temperature of the powdered building material than if the laser radiation had already been supplied to this layer region. Such variations in local temperature can lead to changes in the properties of the object at the appropriate locations. It is therefore very helpful for the operator to find out whether there are large temporal shifts or delays with respect to the different solidification areas of a layer. The maximum delay time leading to the issuance of a warning, such as an optical or audible signal or a message issued on a surveillance screen, depends on the particular building process, for example on the building material used, on the fill level of the vessel 5 , ie the percentage of building material in the container that is solidified in the production of objects, etc. Similarly, the maximum delay time can be made dependent on the duration of the solidification step. For example, if the length of the entire solidification step is too small to detect a temperature history within this time as in the second embodiment, the procedure according to the second embodiment can not be selected. In such a case, since the control reacts to solidification in the measuring range of the temperature measuring device as in the prior art, it is important in such a case to notify the user by a warning that for this solidification step only insufficient regulation for the heating power of the heating device present.

In einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform wird bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte zusätzlich noch auf andere Prozessparameter zurückgegriffen. Beispielsweise kann es zu Temperaturänderungen aufgrund von Änderungen in einer Schutzgasströmung, die über das Baufeld streicht, kommen. Greift die Steuereinrichtung 100 in solch einem Fall für die Ermittlung der extrapolierten Temperaturwerte auch auf Informationen über Änderungen in der Schutzgasströmung zu, so kann auch ohne Vorliegen von exakten Messwerten einer Temperaturmesseinrichtung während einer Verfestigung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung sofort auf Änderungen der Prozessparameter bzw. Umgebungsparameter reagiert werden. In solch einem Fall können beispielsweise die an die Regelung ausgegebenen Temperaturwerte in Reaktion auf geänderte Schutzgasparameter während des Belichtungszeitraums im Messbereich 17a (also zwischen t1 und t2) angepasst werden.In a modification of the second embodiment, when determining the extrapolated temperature values, additional process parameters are additionally used. For example, there may be temperature changes due to changes in a protective gas flow that sweeps over the construction field. Attacks the controller 100 In such a case, for ascertaining the extrapolated temperature values, also for information about changes in the protective gas flow, it is possible to react immediately to changes in the process parameters or environmental parameters without the existence of exact measured values of a temperature measuring device during solidification in the measuring range of the temperature measuring device. In such a case, for example, the temperature values output to the controller in response to changed inert gas parameters during the exposure period in the measuring range 17a (ie between t 1 and t 2 ) are adjusted.

Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials angewendet werden.Although the present invention has been described with reference to a laser sintering or laser melting apparatus, it is not limited to laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods of manufacturing a three-dimensional object by layering and selectively solidifying a powdery building material.

Der Laser kann beispielsweise einen Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser umfassen. Allgemein kann jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine Mehrzahl von Lasern, eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial zu verfestigen. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Maske verwendet werden, oder auf das Absorptions- bzw. Inhibitionssintern kann die Erfindung angewendet werden.The laser may include, for example, a gas or solid state laser or any other type of laser. In general, any means by which energy can be applied selectively to a layer of building material can be used. Instead of a laser, for example, a plurality of lasers, another light source, an electron beam or any other source of energy or radiation suitable for solidifying the building material may be used. The invention can also be applied to selective mask sintering using an extended light source and a mask, or to absorption sintering.

Als pulverförmiges Aufbaumaterial können alle Pulver bzw. Pulvermischungen verwendet werden, die durch einen Wärmeenergieeintrag erweicht, angeschmolzen oder aufgeschmolzen werden, und nach dem Wiedererkalten sich zu einem Festkörper verbunden haben. Solche Pulver umfassen z. B. Kunststoffpulver wie Polyamid oder Polystyrol, PAEK (Polyaryl Ether Ketone), Elastomere, wie PEBA (Polyether Block Amide), kunststoffbeschichteten Sand, Keramikpulver oder Metallpulver, z. B. Edelstahlpulver oder andere, an den jeweiligen Zweck angepasste Metallpulver, insbesondere Legierungen.As powdered building material, all powders or powder mixtures can be used, which are softened by a heat energy input, melted or melted, and have joined after refolding to a solid. Such powders include, for. As plastic powder such as polyamide or polystyrene, PAEK (polyaryl ether ketones), elastomers such as PEBA (polyether block amides), plastic-coated sand, ceramic powder or metal powder, eg. As stainless steel powder or other, adapted to the particular purpose metal powder, in particular alloys.

Als Schutzgas eignet sich je nach verwendetem Aufbaumaterial ein Gas, das mit dem Aufbaumaterial im Wesentlichen keine chemische Reaktion eingeht, beispielsweise bei Kunststoffpulver vorzugsweise Stickstoff oder bei Metallpulver vorzugsweise Argon und/oder Stickstoff.Depending on the building material used, a suitable gas is a gas which essentially does not undergo any chemical reaction with the building material, for example preferably nitrogen in the case of plastic powder or preferably argon and / or nitrogen in the case of metal powder.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0764079 B1 [0002, 0003, 0004] EP 0764079 B1 [0002, 0003, 0004]

Claims (15)

Verfahren zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes (2) aus einem Baumaterial (13) mittels aufeinanderfolgenden Verfestigens von Schichten des Baumaterials (13) jeweils an jenen Stellen einer Schicht, die dem Querschnitt des mindestens einen Objekts entsprechen, wobei die Verfestigung durch Einbringen von Wärmeenergie bewerkstelligt wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: einen Materialauftragsschritt des Bereitstellens einer Schicht eines Baumaterials (13) auf einer Bauunterlage (8, 9) oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials, einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird, wobei der Materialauftragsschritt und der Verfestigungsschritt so oft wiederholt werden, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind, wobei zumindest ein Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mittels einer Heizvorrichtung (16) erwärmt wird, wobei die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mit einer Temperaturmesseinrichtung (17) in einem Messbereich (17a), der einen Teilbereich der Schicht umfasst, gemessen wird und in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung (16) gesteuert wird, wobei in mindestens einem Verfestigungsschritt ermittelt wird, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich (17a) liegen, und falls dies der Fall ist, sichergestellt wird, dass diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschritts zugeführt wird.Process for the layered construction of at least one three-dimensional object ( 2 ) from a building material ( 13 ) by successively solidifying layers of the building material ( 13 ) at respective locations of a layer corresponding to the cross-section of the at least one object, the solidification being accomplished by introducing thermal energy, the method comprising the steps of: a material applying step of providing a layer of building material ( 13 ) on a construction document ( 8th . 9 ) or a previously provided layer of the building material, a solidification step of solidifying the applied layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation, wherein the radiation acts on sites of the layer to be solidified, so that the building material is solidified at these locations by the thermal energy introduced by the radiation wherein the material applying step and the solidifying step are repeated until all cross sections of the at least one three-dimensional object to be produced are solidified, wherein at least a portion of an applied layer of the building material is heated by means of a heating device. 16 ), wherein the temperature of an applied layer of the building material with a temperature measuring device ( 17 ) in a measuring range ( 17a ), which comprises a portion of the layer, is measured and, depending on the determined temperature, the heating power of the heating device ( 16 ) is determined, wherein in at least one solidification step, it is determined whether there are sites of the layer to be consolidated in the measuring range ( 17a ), and if so, ensuring that the radiation is not supplied to these sites until a predetermined delay time has elapsed after the start of the solidification step. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem an einen Benutzer eine Warnung ausgegeben wird, wenn sich die die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendige Zeit durch das Einfügen der vorbestimmten Verzögerungszeit um einen Betrag vergrößert, der einen vordefinierten Maximalbetrag übersteigt.A method according to claim 1, wherein a warning is issued to a user when the time necessary to perform the solidification step in a layer increases by the addition of the predetermined delay time by an amount exceeding a predefined maximum amount. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Maximalverzögerungszeit ermittelt wird und an einen Benutzer eine Warnung ausgegeben wird, wenn die vorbestimmte Verzögerungszeit einen größeren Betrag aufweist als die Maximalverzögerungszeit.The method of claim 1 or 2, wherein a maximum delay time is determined and a warning is issued to a user when the predetermined delay time has a greater amount than the maximum delay time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Ablauf des Verfestigungsschritts so angepasst wird, dass die Strahlung den Stellen im Messbereich (17a) im Wesentlichen erst am Ende des Verfestigungsschritts zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a sequence of the solidification step is adapted such that the radiation reaches the points in the measuring range ( 17a ) is supplied essentially only at the end of the solidification step. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach Ablauf der Verzögerungszeit die Heizleistung der Heizvorrichtung (16) bis zum Ende des Verfestigungsschritts in Abhängigkeit von einem extrapolierten zeitlichen Verlauf der Heizleistung der Heizvorrichtung und/oder von extrapolierten Temperaturwerten geregelt wird, wobei die extrapolierten Temperaturwerte aus dem zeitlichen Verlauf der von der Temperaturmesseinrichtung (17) während der Verzögerungszeit gemessenen Temperaturwerte ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, in which, after the delay time has elapsed, the heating power of the heating device ( 16 ) is regulated up to the end of the solidification step as a function of an extrapolated chronological progression of the heating power of the heating device and / or of extrapolated temperature values, the extrapolated temperature values being determined by the temperature measuring device ( 17 ) during the delay time measured temperature values are determined. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die extrapolierten Temperaturwerte die Fortsetzung des zeitlichen Verlaufs der von der Temperaturmesseinrichtung (17) während der Verzögerungszeit gemessenen Temperaturwerte darstellen.Method according to Claim 5, in which the extrapolated temperature values are the continuation of the time profile of the temperature measurement device ( 17 ) represent measured temperature values during the delay time. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte zusätzlich noch die zeitliche Änderung von Umgebungsparametern während des Verfestigungsschrittes, berücksichtigt wird.The method of claim 5 or 6, wherein in the determination of the extrapolated temperature values additionally the temporal change of environmental parameters during the solidification step, is taken into account. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte eine Änderung eines Parameters einer Schutzgasströmung, die über die aufgetragene Schicht geführt wird, berücksichtigt wird.A method according to claim 7, wherein, in determining the extrapolated temperature values, a change in a parameter of a protective gas flow conducted over the applied layer is taken into account. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während eines Teils der Verzögerungszeit im Wesentlichen keine Zufuhr von Strahlung zu der aufgetragenen Schicht durchgeführt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein substantially no supply of radiation to the applied layer is performed during a portion of the delay time. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Position des Messbereichs (17) während eines Verfestigungsschrittes, insbesondere während des gesamten Herstellungsvorgangs des mindestens einen Objekts (3), nicht verändert wird.Method according to one of the preceding claims, in which the position of the measuring range ( 17 ) during a solidification step, in particular during the entire production process of the at least one object ( 3 ), not changed. Steuereinrichtung (100) für eine generative Schichtbauvorrichtung (1) zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes (2) aus einem Baumaterial (13) mittels aufeinanderfolgenden Verfestigens von Schichten des Baumaterials jeweils an jenen Stellen einer Schicht, die dem Querschnitt des mindestens einen Objekts (2) entsprechen, wobei die Verfestigung durch Einbringen von Wärmeenergie bewerkstelligt wird und die generative Schichtbauvorrichtung (1) mindestens aufweist: eine Materialauftragseinrichtung (14) zum Bereitstellen einer Schicht eines Baumaterials (13) in einem Materialauftragsschritt auf einer Bauunterlage (8, 9) oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials, eine Verfestigungseinrichtung (20), die im Betrieb einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung durchführt, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird, wobei die generative Schichtbauvorrichtung (1) ausgebildet ist, den Materialauftragsschritt und den Verfestigungsschritt so oft zu wiederholen, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts (2) verfestigt sind, und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Heizvorrichtung (16) umfasst, die ausgebildet ist zumindest einen Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials (13) zu erwärmen, und wobei die generative Schichtbauvorrichtung (1) eine Temperaturmesseinrichtung (17) umfasst, die im Betrieb die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials (13) in einem Messbereich (17a) misst, der einen Teilbereich der Schicht umfasst, wobei die Steuereinrichtung (100) so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung (16) steuert und in mindestens einem Verfestigungsschritt ermittelt, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich (17a) liegen, und falls dies der Fall ist, diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschritts zuführt.Control device ( 100 ) for a generative layer building apparatus ( 1 ) for the layered construction of at least one three-dimensional object ( 2 ) from a building material ( 13 by successively solidifying layers of the building material in each case at those points of a layer which correspond to the cross-section of the at least one object ( 2 ), wherein the solidification is accomplished by introducing thermal energy and the generative layer building apparatus ( 1 ) at least comprises: a material application device ( 14 ) for providing a layer of a building material ( 13 ) in a material application step on a construction document ( 8th . 9 ) or a previously provided layer of the building material, a solidification device ( 20 In operation, performing a solidification step of solidifying the coated layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation, wherein the radiation acts on solidified sites of the layer, so that the building material is solidified at these locations by the heat energy introduced by the radiation, wherein the Generative layer construction device ( 1 ) is configured to repeat the material application step and the solidification step until all cross sections of the at least one three-dimensional object ( 2 ) and wherein the generative layer building device comprises a heating device ( 16 ), which is formed at least a portion of an applied layer of the building material ( 13 ), and wherein the generative layer building apparatus ( 1 ) a temperature measuring device ( 17 ), which in use, the temperature of a coated layer of the building material ( 13 ) in a measuring range ( 17a ), which comprises a subregion of the layer, wherein the control device ( 100 ) is designed so that it depends on the determined temperature, the heating power of the heating device ( 16 ) and determines, in at least one solidification step, whether there are sites of the layer to be solidified that are in the measuring range ( 17a ), and if so, does not supply the radiation to these sites until a predetermined delay time has elapsed after the start of the solidification step. Generative Schichtbauvorrichtung (1) mit den Merkmalen der generativen Schichtbauvorrichtung des Anspruchs 11, weiter umfassend eine Steuereinrichtung (100) gemäß Anspruch 11.Generative layer construction device ( 1 ) with the features of the generative layer building apparatus of claim 11, further comprising a control device ( 100 ) according to claim 11. Generative Schichtbauvorrichtung (1) nach Anspruch 12, bei der die Temperaturmesseinrichtung (16) ein Pyrometer umfasst.Generative layer construction device ( 1 ) according to claim 12, wherein the temperature measuring device ( 16 ) comprises a pyrometer. Generative Schichtbauvorrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.Generative layer construction device ( 1 ) according to claim 12 or 13, which is designed to carry out a method according to one of claims 1 to 10. Computerprogramm, das eine Abfolge von Befehlen umfasst, durch welche ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinrichtung (100) nach Anspruch 11 oder einer generativen. Schichtbauvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 ausgeführt wird.A computer program comprising a sequence of instructions by which a method according to any one of claims 1 to 10 is performed when the computer program is stored in a control device ( 100 ) according to claim 11 or a generative one. Layer construction device ( 1 ) is carried out according to one of claims 12 to 14.
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