DE102016218951A1

DE102016218951A1 - Verfahren und Vorrichtung zur generativen Fertigung von Bauteilen auf einer Grundplatte mit Oberflächentopologie

Info

Publication number: DE102016218951A1
Application number: DE102016218951.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Pichler; Florian Eibl; Wilhelm Meiners
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur generativen Fertigung eines oder mehrerer Bauteile, bei dem die Bauteile durch ortsselektive Belichtung eines Werkstoffes mit energetischer Strahlung schichtweise über einer Grundplatte aufgebaut werden. Bei dem Verfahren wird vor dem Aufbau der Bauteile die Oberflächentopologie der Grundplatte vermessen oder es werden Daten über die Oberflächentopologie der Grundplatte bereitgestellt. Die Belichtungsparameter für die Belichtung wenigstens einer ersten Werkstoffschicht, die auf die Grundplatte aufgebracht und geglättet wird, werden dann in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentopologie so ortsselektiv angepasst, dass die erste Werkstoffschicht an den belichteten Bereichen vollständig an die Grundplatte angebunden wird. Das Verfahren ermöglicht bei einem generativen Fertigungsverfahren die sichere Anbindung der Bauteile an die Grundplatte ohne eine aufwändige Oberflächenbearbeitung der Oberfläche der Grundplatte oder eine Mehrfachbelichtung der ersten Werkstoffschicht.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Fertigung eines oder mehrerer Bauteile, insbesondere mittels selektivem Laser-Schmelzen oder Laser-Sintern, bei dem die Bauteile durch ortsselektive Belichtung eines Werkstoffes mit energetischer Strahlung schichtweise über einer Grundplatte aufgebaut werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.
Bei pulverbettbasierten Strahlschmelzverfahren wie zum Beispiel dem selektiven Laserschmelzen (SLM: Selective Laser Melting) werden Bauteile generativ direkt aus 3D-CAD-Modellen gefertigt. Durch einen sich wiederholenden Prozess aus schichtweisem Auftragen einer dünnen Pulverschicht eines Werkstoffes mit einer Dicke von weniger als 200μm und anschließendem selektiven Aufschmelzen bestimmter Bereiche dieser Pulverschicht durch Laserstrahlung, entsprechend der Geometrieinformationen des 3D-CAD-Modells, entstehen dreidimensionale Bauteile von nahezu unbegrenzter Komplexität. Als Grundlage derartiger Fertigungsverfahren dient eine Grundplatte, auf der die Pulverschichten nacheinander aufgebracht werden. Die Grundplatte kann dabei durch die Bauplattform der Anlage oder durch eine separate Substratplatte gebildet werden, die auf der Bauplattform aufliegt. Die Laserstrahlung wird beispielsweise mit Hilfe von Galvanometer-Scannern über die jeweilige Pulverschicht geführt.
Der Umschmelzvorgang wird dabei unter Beibehaltung bestimmter Prozessparameter durchgeführt. Der grundlegende Zusammenhang dieser Prozessparameter wird durch die theoretische Aufbaurate V [m³/s] beschrieben: V . = D_S·Δy_S·v_S mit

D_S:: Dicke der Pulverschicht
Δy_S:: Versatz des Laserstrahls zwischen zwei Schmelzspuren
v_S:: Scangeschwindigkeit

In Verbindung mit der Leistung des Lasers P_L ergibt sich aus V . die Volumenenergiedichte E_V:
mit

P_L:: Laserleistung

Die Prozessparametersätze können experimentell bestimmt werden, wobei die Zielsetzung typischerweise darin besteht, Bauteile mit einer Dichte von nahezu 100% zu fertigen. Neben fest definierten Werten für Scangeschwindigkeit v_S und Versatz Δy_S gelten die Parametersätze für eine spezifische Schichtdicke D_S.
Eine Veränderung der Schichtdicke unter Beibehaltung der übrigen Parameter kann zu einer Beeinträchtigung des Prozesses führen, da sich die in das Pulvermaterial eingebrachte Volumenenergiedichte E_V verändert.
Im Hinblick auf einen sicheren Verlauf des Aufbau- bzw. Strahlschmelzprozesses ist es unter anderem erforderlich, eine sichere und möglichst vollständige Anbindung des in der ersten Pulverschicht umgeschmolzenen Materials an die Grundplatte zu gewährleisten. Ein Problem stellt hierbei jedoch eine nicht vollständig ebene Grundplatte mit einer entsprechenden Oberflächentopologie dar.
Grundplatten unterliegen je nach Fertigungsverfahren bestimmten Ebenheitstoleranzen und weisen unterschiedliche Rauheiten auf. Je größer die Dimensionen der Grundplatte dabei ausfallen, umso größer fallen diese Ebenheitstoleranzen typischerweise aus oder umso aufwändiger und kostenintensiver ist die Fertigung von Grundplatten mit möglichst geringen Ebenheitstoleranzen. Zum Teil ist die Einhaltung bestimmter Toleranzvorgaben, je nach Dimensionen der Grundplatte, nicht mehr möglich. Die Oberflächentopologie der Grundplatte führt dann zu einer variierenden Schichtdicke der ersten auf die Grundplatte aufgebrachten Pulverschicht. Dies kann zu einem verringerten Energieeintrag – induziert durch eine erhöhte Schichtdicke D_S – an einigen Stellen der Pulverschicht bei der generativen Fertigung führen. In diesem Fall kann es zu einer unvollständigen Anbindung der Bauteile an die Grundplatte kommen, da nicht das gesamte Pulvermaterial der ersten Schicht umgeschmolzen wird.
1 zeigt hierzu eine schematische Ansicht einer Substratplatte 1 mit aufgetragener erster Pulverschicht 2. Die Ebenheitstoleranz der dargestellten Substratplatte betrage 100μm. Bei einer ideal und damit möglichst dünn aufgetragenen ersten Pulverschicht 2 würde die Dicke dieser Pulverschicht an bestimmten Positionen der Ebenheitstoleranz der Substratplatte von bis zu 100μm entsprechen. Bei Verwendung typischer Prozessparameter für das SLM, beispielsweise entwickelt für eine Schichtdicke von 50μm, läge die rechnerische Volumenenergiedichte an diesen Positionen somit nur noch bei 50% der ursprünglichen Volumenenergie. Unter diesen Umständen ist es dann sehr wahrscheinlich, dass das Material insbesondere an diesen Positionen und gegebenenfalls auch an anderen Stellen, an denen die nominelle Schichtdicke von 50μm überschritten wird, nicht mehr vollständig umgeschmolzen wird und keine Anbindung an die Substratplatte erfolgen kann.
Stand der Technik
Zur Vermeidung dieser Problematik ist es bekannt, die ersten Bauteilschichten eines Baujobs bei pulverbettbasierten Strahlschmelzverfahren mehrfach mittels Laserstrahlung umzuschmelzen, um eine Anbindung des umgeschmolzenen Materials an die Grundplatte sicherzustellen. Ein derartiges Verfahren ist in der Bediensoftware einiger kommerzieller SLM-Anlagen bereits implementiert.
Die DE 10 2014 213 888 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Substratplatte mittels einer Messeinrichtung automatisiert möglichst eben ausgerichtet wird, um eine möglichst homogene Schichtstärke der ersten Schicht sicherzustellen. Damit soll auch eine manuelle Ausrichtung der Substratplatte, beispielsweise mittels Fühlerlehre, vermieden werden.
Ein pragmatischer Ansatz zur Lösung des Problems kann auch darin bestehen, die Oberfläche der Grundplatte durch geeignete Präzisionsbearbeitung wie beispielsweise Fräsen oder Schleifen, auf die gewünschte Rauheits- und Ebenheitstoleranz einzustellen. Dieser Vorgang führt jedoch einerseits zu deutlichem Mehraufwand und ist andererseits aus fertigungstechnischer Sicht insbesondere bei größeren Grundplatten hinsichtlich der erreichbaren Toleranzen beschränkt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine zuverlässige Anbindung der Bauteile beim schichtweisen Aufbau mit einem generativen Fertigungsverfahren über einer Grundplatte ermöglichen, die eine unebene Oberflächentopologie aufweist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Bauteile durch ortsselektive Belichtung eines Werkstoffes mit energetischer Strahlung schichtweise über einer Grundplatte aufgebaut. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Aufbau der Bauteile die Oberflächentopologie der Grundplatte vermessen wird oder entsprechende Daten über eine Oberflächentopologie der Grundplatte bereitgestellt werden. Die Belichtungsparameter für die Belichtung wenigstens einer ersten Werkstoffschicht, die auf die Grundplatte aufgebracht und geglättet wird, werden dann in Abhängigkeit von der Oberflächentopologie so ortsselektiv variiert bzw. angepasst, dass die erste Werkstoffschicht in den belichteten Bereichen vollständig an die Grundplatte angebunden wird. Die ortsselektive Anpassung erfolgt dabei an die aufgrund der Oberflächentopologie lokal unterschiedlichen Schichtdicken der ersten Werkstoffschicht.
Aufgrund der bekannten Oberflächentopologie ist auch die über die Grundplatte variierende Schichtdicke der ersten Werkstoffschicht nach dem Auftrag und der Glättung dieser Werkstoffschicht bekannt. Damit kann beispielsweise bei dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens oder selektiven Lasersinterns die Belichtung in Abhängigkeit von dem jeweils belichteten Ort bzw. der dort vorhandenen Oberflächentopologie bzw. Schichtdicke während des Scans mit dem energetischen Strahl so variiert werden, dass die Werkstoffschicht jeweils vollständig über ihre gesamte Dicke umgeschmolzen bzw. gesintert wird. Dies führt zu einer sicheren Anbindung der belichteten Bereiche dieser Schicht und damit auch der darauf aufgebauten Bauteilbereiche an die Grundplatte.
Durch das vorgeschlagene Verfahren lassen sich Prozessunsicherheiten verhindern, die aus einer unvollständigen Anbindung des belichteten Materials der untersten Materialschicht an die Grundplatte entstehen. So kann aus einer unvollständigen Anbindung beispielsweise ein Hochziehen, also ein Ablösen der Bauteile von der Grundplatte resultieren. Dies kann zu einer Beschädigung des entsprechenden Bauteils oder der Pulverauftragseinheit sowie zu einem damit verbundenen Abbruch des gesamten Baujobs führen. Der Eintritt dieser schadhaften Ereignisse ist dabei nicht prognostizierbar, da er sich aus der individuellen Oberflächentopologie der Grundplatte in Verbindung mit der Geometrie der zu fertigenden Bauteile ergibt.
Mit dem vorgeschlagenem Verfahren kann im Hinblick auf den Einsatz größerer Grundplatten der steigende Aufwand einer Präzisionsbearbeitung der Oberfläche vermindert werden. Im Vergleich zu bisher bekannten Lösungen, wie beispielsweise Mehrfachbelichtung oder Präzisionsbearbeitung der Substratplattenoberfläche, besteht ein wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens darin, dass nicht die gesamte Oberfläche der Grundplatte einer Sonderbearbeitung unterzogen wird, sondern nur für die Bereiche die Belichtungsparameter angepasst werden, die aufgrund der erfassten Oberflächentopologie als kritisch angesehen werden.
Die Anpassung der Belichtungsparameter erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die in die erste Werkstoffschicht durch die Belichtung eingebrachte Volumenenergie über die belichteten Bereiche konstant bleibt. Vorzugsweise werden bei Belichtung mit einem oder mehreren energetischen Strahlen, die mittels einer Scaneinrichtung, beispielsweise einem oder mehreren Galvanometerscannern, über die Werkstoffschicht geführt werden, als Belichtungsparameter die Scangeschwindigkeit v_S und/oder die Leistung der energetischen Strahlung, beispielsweise die Laserleistung P_L, entsprechend variiert bzw. an die lokale Schichtdicke angepasst.
Alternativ können im Rahmen von Vorversuchen auch mehrere Parametersätze entwickelt werden, wobei ausgehend von einem für eine bestimmte Schichtdicke ermittelten Grundparametersatz die Schichtdicke in diskreten Schritten, beispielsweise 20μm variiert wird. Die Oberfläche der Grundplatte kann daraufhin auf Basis der Oberflächentopologie in diesen diskreten Abstufungen in verschiedene Bereiche eingeteilt werden. Jedem Bereich kann so entsprechend der lokalen Dicke der Werkstoffschicht ein spezifischer Parametersatz zugeordnet werden, um ein vollständiges Anbinden bzw. Umschmelzen oder Sintern des Werkstoffmaterials sicherzustellen. Die Anpassung der Belichtungsparameter erfolgt damit in dieser Alternative stufenweise.
Es besteht auch die Möglichkeit, die erste Schicht oder die ersten Schichten eines Baujobs für den Aufbau einer oder mehrerer Bauteile als Kompensationsschicht bzw. Kompensationsschichten auszuführen, um die Ebenheitsabweichungen der Grundplatte auszugleichen. Der Aufbau des oder der Bauteile erfolgt in diesem Fall mit den auf diese Kompensationsschicht(en) folgenden Schichten. Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, zwischen der Grundplatte und dem jeweiligen Bauteil zunächst Stützstrukturen (Supports) zu erzeugen, auf denen dann das Bauteil aufgebaut wird. Der Aufbau dieser Stützstrukturen beginnt dann entweder bereits mit der ersten auf die Grundplatte aufgebrachten Werkstoffschicht oder – bei Nutzung einer oder mehrerer Kompensationsschichten – mit der ersten Schicht über der oder den Kompensationsschichten.
Die Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt vorzugsweise softwareunterstützt, wobei die Erfassung und Analyse der Oberflächentopologie bzw. der daraus erhaltene Datensatz mit der Steuerungseinrichtung der für den Aufbau der Bauteile genutzten Anlage, beispielsweise mit der Steuerung der Laseroptikeinheit einer SLM-Anlage, verknüpft werden muss, um die Anpassung des Parametersatzes zu ermöglichen. Dabei wird der Belichtungseinrichtung für den Aufbau der Bauteile und der Messeinrichtung für die Erfassung der Oberflächentopologie ein gemeinsames Bezugskoordinatensystem zugrunde gelegt.
Die Erfassung der Oberflächentopologie kann einerseits innerhalb der jeweiligen für den Aufbau der Bauteile genutzten Anlage erfolgen. Die Messeinrichtung kann bei einem pulverbettbasierten Strahlschmelzverfahren beispielsweise an der Pulverauftragseinheit der Anlage oder oberhalb der Bauplattform befestigt werden. Vor jedem Baujob kann so die Oberflächentopologie der eingelegten Substratplatte bzw. der genutzten Bauplattform erfasst werden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur generativen Bauteilfertigung unter Nutzung des vorgeschlagenen Verfahrens weist in bekannter Weise, bspw. wie in 1 der DE 196 49 865 C1 dargestellt, eine in einem Behältnis absenkbare Bauplattform, die eine Grundplatte für einen Aufbau von Bauteilen bildet oder auf die eine derartige Grundplatte aufbringbar ist, eine Pulverauftragseinrichtung zum schichtweisen Aufbringen des pulverförmigen Werkstoffes auf die Grundplatte, eine Bearbeitungseinrichtung zum schichtweisen Aufschmelzen des pulverförmigen Werkstoffes durch Belichtung mit einem oder mehreren energetischen Strahlen und eine Steuereinrichtung für die Steuerung der Bearbeitungseinrichtung auf. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich eine Messeinrichtung zur Vermessung der Oberflächentopologie der Grundplatte integriert ist. Die Messeinrichtung kann dabei direkt mit der Steuereinrichtung verbunden sein, um die jeweiligen Messdaten über die Oberflächentopologie an die Steuereinrichtung zu übermitteln. Sie kann diese Messdaten auch in einem Speicher ablegen, auf den die Steuereinrichtung zugreifen kann. Die Steuereinrichtung ist so ausgebildet, dass sie die Belichtungsparameter für die Belichtung wenigstens der ersten Werkstoffschicht, die auf die Grundplatte aufgebracht und geglättet wird, gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren in Abhängigkeit von den Messdaten der Oberflächentopologie so ortsselektiv variiert bzw. angepasst, dass die erste Werkstoffschicht in den belichteten Bereichen vollständig an die Grundplatte angebunden wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung auch vor jedem neuen Baujob bzw. neuen Aufbau von Bauteilen die Messeinrichtung zur Vermessung der Oberflächentopologie der Grundplatte ansteuern.
Alternativ kann die Erfassung der Oberflächentopologie auch in einer externen Vorrichtung durchgeführt werden. Alle zu verwendenden Grund- oder Substratplatten können so einer Eingangskontrolle unterzogen werden, wobei die Informationen zur Oberflächentopologie z.B. als Messdatensatz auf einem zentral verfügbaren Speichermedium hinterlegt werden. So können die Informationen beispielsweise in einer Fertigungsumgebung mit mehreren SLM-Anlagen auf jeder SLM-Anlage abgerufen werden. In diesem Fall verfügen die Substratplatten bevorzugt über Barcodes, RFID-Tags oder andere Einrichtungen, die zur eindeutigen Zuordnung von Substratplatte und Messdatensatz geeignet sind.
Das Verfahren eignet sich besonders für pulverbettbasierte Strahlschmelzverfahren bzw. Strahlschmelzanlagen, bei denen die Verwendung einer Substratplatte oder Bauplattform notwendig ist. Dabei ist der Einsatz des Verfahrens bei Verwendung großer Substratplatten mit entsprechend großen Ebenheitsabweichungen von besonderem Interesse. Durch den Entwicklungstrend in der SLM-Anlagentechnik, die Dimensionen der Substratplatten weiter zu erhöhen, gewinnt das vorgeschlagene Verfahren zukünftig weiter an Relevanz. Es ist auch ein Einsatz des Verfahrens in anderen Bereichen der additiven Fertigung, zum Beispiel beim (Kunststoff-)Lasersintern oder beim Elektronenstrahlschmelzen möglich. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 einen schematischen Ausschnitt einer Substratplatte mit aufgetragener erster Pulverschicht; und
2 ein Beispiel für eine Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zum Ausgleich der Oberflächentopologie der Substratplatte.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens anhand von zwei beispielhaften Verfahrensabläufen am Beispiel eines SLM-Prozesses erläutert. Die Problematik einer Oberflächentopologie der bei einem SLM-Prozess eingesetzten Substratplatte mit Abweichungen von der Ebenheit im Bereich von beispielsweise 100μm wurde bereits in der Beschreibungseinleitung in Verbindung mit 1 erläutert. Für eine sichere Anbindung der auf einer derartigen Substratplatte aufgebauten Bauteile werden beim vorgeschlagenen Verfahren die Belichtungsparameter des SLM-Prozesses innerhalb der ersten Pulverschicht(en) in Abhängigkeit von der Oberflächentopologie der Substratplatte variabel angepasst, um eine Anbindung des umgeschmolzenen Pulvermaterials an die Substratplatte sicherzustellen.
Im ersten Beispiel wird hierzu in einem ersten Schritt die Oberflächentopologie der Substratplatte mittels einer Messeinrichtung ermittelt. Die Messung kann dabei sowohl innerhalb der SLM-Anlage als auch in einer externen Vorrichtung erfolgen. Als Messeinrichtung kann beispielsweise ein 3D-Laser-Scanner (Linienscanner), ein OCT-Scanner (OCT: Optische Kohärenztomographie) oder ein anderes geeignetes Messmittel eingesetzt werden.
Im zweiten Schritt wird im SLM-Prozess die erste Schicht Werkstoffpulver auf die Substratplatte aufgetragen und geglättet. Aus der ermittelten Oberflächentopologie der Substratplatte ist die Dicke der Pulverschicht bezogen auf die Oberfläche der Substratplatte an jeder Position auf der Substratplatte bekannt, sofern Lage und Genauigkeit der Pulverauftragsvorrichtung beim Pulverauftrag ebenfalls bekannt sind. Die letzte Voraussetzung ist bei bekannten SLM-Anlagen in der Regel erfüllt.
Im dritten Schritt wird während der Belichtung in Abhängigkeit von der lokalen Dicke der Pulverschicht der verwendete Belichtungsparametersatz an den verschiedenen zu belichtenden Positionen auf der Substratplatte angepasst, um die vollständige Anbindung des umgeschmolzenen Pulvermaterials an die Substratplatte sicherzustellen. Hierbei können, wie bereits vorangehend beschrieben, die Parameter Laserleistung P_L oder Scangeschwindigkeit v_s, ausgehend von einem Grundparametersatz, so an die lokale Pulverschichtdicke angepasst werden, dass die eingebrachte Volumenenergie E_V konstant bleibt. Diese Anpassung kann kontinuierlich erfolgen. Alternativ können die Belichtungsparameter auch stufenweise verändert werden, wie ebenfalls bereits beschrieben wurde.
Im zweiten Beispiel wird die erste Schicht des Baujobs als Kompensationsschicht ausgeführt. Hierzu wird im ersten Schritt in gleicher Weise wie im vorangegangenen ersten Beispiel zunächst die Oberflächentopologie der Substratplatte mittels einer Messeinrichtung ermittelt.
Im zweiten Schritt wird dann im SLM-Prozess die erste Schicht Werkstoffpulver auf die Substratplatte aufgetragen, die als Kompensationsschicht dienen soll, auf der dann erst die eigentlichen Bauteile aufgebaut werden. Teilabbildung A) der 2 zeigt hierzu die Substratplatte 1 mit einer entsprechenden Oberflächentopologie und der aufgetragenen Kompensationsschicht 3. Der in der darauffolgenden Schicht zu belichtende Bereich 4 für den Aufbau des Bauteils ist in dieser Teilabbildung ebenfalls bereits angedeutet.
Im dritten Schritt werden dann diejenigen Bereiche 6 der Kompensationsschicht 3, über denen in der darauffolgenden Schicht Material umgeschmolzen werden soll, mit dem Laserstrahl 5 umgeschmolzen. Dies ist in Teilabbildung B) der 2 angedeutet ist. Dabei wird das vorgeschlagene Verfahren zur lokalen Anpassung der Prozess- bzw. Belichtungsparameter angewendet, um die zuverlässige Anbindung dieser Bereiche der Kompensationsschicht 3 an die Substratplatte 1 sicherzustellen.
Nachdem alle oben genannten Bereiche 6 der Kompensationsschicht 3 umgeschmolzen sind, wie in Teillabbildung C) der 2 dargestellt, kann im vierten Schritt die nächste Pulverschicht aufgetragen werden. Diese Pulverschicht entspricht dann der ersten Schicht, in der Bauteilbereiche für den Aufbau des Bauteils umgeschmolzen werden.
Mit dem fünften Schritt beginnt dann die eigentliche Fertigung des Bauteils bzw. das Umschmelzen der entsprechenden Bereiche der Pulverschicht entsprechend der Bauteilgeometrie. Dies ist in Teilabbildung D) der 2 schematisch dargestellt, die einen umgeschmolzenen Bereich 7 der ersten Bauteilschicht andeutet. Durch das vorherige Umschmelzen der entsprechenden Bereiche der Kompensationsschicht 3 ist für diese Bauteilbereiche eine Anbindung des Bauteils an die Substratplatte 1 sichergestellt. Das Verfahren ist analog durchführbar, wenn in den ersten Schichten noch nicht das eigentliche Bauteil sondern Stützstrukturen aufgebaut werden.
Bezugszeichenliste

1: Substratplatte
2: Erste Pulverschicht
3: Aufgetragene Kompensationsschicht
4: Zu belichtender Bauteilbereich der untersten Bauteilschicht
5: Laserstrahl
6: Umgeschmolzener Bereich der Kompensationsschicht
7: Umgeschmolzener Bereich der Bauteilschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014213888 A1 [0011]
DE 19649865 C1 [0024]

Claims

Verfahren zur generativen Fertigung eines oder mehrerer Bauteile, insbesondere mittels selektivem Laser-Schmelzen oder Laser-Sintern, bei dem die Bauteile durch ortsselektive Belichtung eines Werkstoffes mit energetischer Strahlung schichtweise über einer Grundplatte (1) aufgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbau der Bauteile eine Oberflächentopologie der Grundplatte (1) vermessen wird oder Daten über eine Oberflächentopologie der Grundplatte (1) bereitgestellt werden, und Belichtungsparameter für die Belichtung wenigstens einer ersten Werkstoffschicht (2, 3), die auf die Grundplatte (1) aufgebracht und geglättet wird, in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentopologie so ortsselektiv angepasst werden, dass die erste Werkstoffschicht (2, 3) an belichteten Bereichen vollständig an die Grundplatte (1) angebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsparameter so angepasst werden, dass eine in die erste Werkstoffschicht (2, 3) durch die Belichtung eingebrachte Volumenenergie über die belichteten Bereiche konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung durch kontinuierliche Änderung der Belichtungsparameter erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung durch stufenweise Änderung der Belichtungsparameter erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Belichtung mit einem oder mehreren energetischen Strahlen (5), die mittels einer Scaneinrichtung über die Werkstoffschicht (2, 3) geführt werden, als Belichtungsparameter eine Scangeschwindigkeit und/oder Leistung der energetischen Strahlung (5) angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Werkstoffschicht (2, 3) als Kompensationsschicht oder als eine von mehreren übereinander erzeugten Kompensationsschichten zum Ausgleich der Oberflächentopologie genutzt wird, über der oder denen dann die Bauteile schichtweise aufgebaut werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentopologie der Grundplatte (1) mit einer Messeinrichtung vermessen wird, die in eine für die generative Fertigung der Bauteile genutzte Anlage integriert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentopologie der Grundplatte (1) mit einer Messeinrichtung vermessen wird, die kein Bestandteil einer für die generative Fertigung der Bauteile genutzten Anlage ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten über die Oberflächentopologie der Grundplatte (1) auf einem Speichermedium gespeichert werden, von dem alle für die generative Fertigung der Bauteile genutzten Anlagen einer Fertigungsumgebung die Daten abrufen können.
Vorrichtung zur generativen Bauteilfertigung, die – eine in einem Behältnis absenkbare Bauplattform, die eine Grundplatte (1) für einen Aufbau von Bauteilen bildet oder auf die eine derartige Grundplatte (1) aufbringbar ist, – eine Pulverauftragseinrichtung zum schichtweisen Aufbringen eines pulverförmigen Werkstoffes auf die Grundplatte (1), – eine Bearbeitungseinrichtung zum schichtweisen Aufschmelzen des pulverförmigen Werkstoffes durch Belichtung mit einem oder mehreren energetischen Strahlen (5) und – eine Steuereinrichtung für die Steuerung der Bearbeitungseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Vermessung der Oberflächentopologie der Grundplatte (1) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie Belichtungsparameter für die Belichtung wenigstens einer ersten Werkstoffschicht, die auf die Grundplatte (1) aufgebracht und geglättet wird, in Abhängigkeit von Messdaten der Messeinrichtung über die Oberflächentopologie der Grundplatte (1) so ortsselektiv anpasst, dass die erste Werkstoffschicht (2, 3) an belichteten Bereichen vollständig an die Grundplatte (1) angebunden wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung an der Pulverauftragseinrichtung befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung über der Bauplattform angeordnet ist.