DE102017205053A1

DE102017205053A1 - Belichtungsstrategie in Mehrstrahl-AM-Systemen

Info

Publication number: DE102017205053A1
Application number: DE102017205053.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Schade; Albert Fruth; Robert Achim Domröse
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-09-27
Also published as: WO2018172080A1; EP3579996A1; US11914341B2; US20210114111A1

Abstract

Es wird ein computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung, in der das Objekt Schicht auf Schicht aufgebaut und durch Richten einer Mehrzahl von Strahlbündeln (22) auf unterschiedliche Regionen einer aufgetragenen Schicht hergestellt wird, bereit gestellt, In einem ersten Schritt (S1) wird auf einen Schichtdatensatz zugegriffen, der ein Datenmodell einer während der Herstellung selektiv zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht aufweist, wobei in dem Datenmodell einem Objektquerschnitt entsprechende Stellen gekennzeichnet sind, an denen eine Verfestigung des Aufbaumaterials (15) stattfinden soll, auf. In einem zweiten Schritt (S2) wird der Schichtdatensatz derart abgeändert, dass für zumindest einen Abschnitt des Objektquerschnitts, bevorzugt automatisch, in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln (22) das Aufbaumaterial (15) innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist. In einem dritten Schritt (S3) wird der abgeänderte Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung.
Generative Schichtbauvorrichtungen und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise herbeigeführt werden mittels Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlen desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z.B. Lasersintern (SLS) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen) oder aber durch Herbeiführen einer Vernetzungsreaktion im Aufbaumaterial (z.B. Stereolithographie). Die ursprünglich im Prototypenbau eingesetzten Vorrichtungen und Verfahren werden zunehmend für die Serienfertigung eingesetzt, wofür sich der Begriff „Additive Manufacturing“ eingebürgert hat.
Insbesondere beim Additive Manufacturing ist es wichtig, die Objekte nicht nur mit hoher Präzision herzustellen, sondern ebenfalls innerhalb einer geringen Fertigungszeit. Die Fertigungszeit lässt sich dabei verringern, wenn zur Verfestigung der einem oder mehreren Objektquerschnitten in einer Schicht entsprechenden Stellen mehrere energetische Strahlen, z.B. Laserstrahlen, zeitgleich eingesetzt werden.
WO 2016/110440 A1 beschreibt eine entsprechende Vorrichtung, bei der unterschiedlichen Bereichen einer Schicht unterschiedliche Laserstrahlen zugeordnet sind, wobei es Bereiche gibt, in denen mehrere Strahlen auf das Aufbaumaterial einwirken können, d.h. Bereiche, auf die nicht nur ein Laserstrahl, sondern mehrere Laserstrahlen gerichtet werden können.
12 veranschaulicht dieses Vorgehen anhand eines Baufeldes, auf welches vier Laserstrahlen gleichzeitig einwirken können. In dem Baufeld 8 in 12 sind jene Bereiche, in denen lediglich einer der vier Laserstrahlen bei der Verfestigung zum Einsatz gelangen kann, mit A1 bis A4 gekennzeichnet. Bereiche, in denen zwei Laserstrahlen gemeinsam zum Verfestigen verwendet werden können, sind mit dem Buchstaben „B“ gekennzeichnet, wobei die auf den Buchstaben folgenden Zahlen kennzeichnen, welcher der vier Laserstrahlen (mit 1 bis 4 durchnummeriert) zum Einsatz gelangt. Schließlich gibt es noch einen Zentralbereich C1234, in dem alle vier Laserstrahlen gemeinsam für die Verfestigung eines oder mehrerer Querschnitte in diesem Bereich zum Einsatz kommen können.
WO 2016/110440 A1 beschäftigt sich mit dem Problem, dass koordiniert werden muss, welcher der Laserstrahlen, die in einem gemeinsamen Bereich zum Einsatz kommen können, auf eine bestimmte Stelle in diesem Bereich gerichtet wird. Die Koordination kann insbesondere so erfolgen, dass ein Laserstrahl, in dessen Einwirkbereich nur wenige Stellen innerhalb einer Schicht zu verfestigen sind, in einem benachbarten Einwirkbereich eingesetzt werden kann, in dem viele Stellen verfestigt werden müssen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass im Grenzbereich der Einwirkzonen verschiedener Laserstrahlen, also beispielsweise in der Region B12 in 12, an der Grenzlinie G zwischen dem Bereich B121, der vom Laserstrahl 1 verfestigt wird, und dem Bereich B122, der vom Laserstrahl 2 verfestigt wird, das Aufschmelzverhalten bzw. Verfestigungsverhalten des Aufbaumaterials geringfügig anders ist, als in anderen Bereichen. Insbesondere konnten die Erfinder feststellen, dass an der Grenzlinie geringfügige Inhomogenitäten der Bauteileigenschaften auftreten, beispielsweise verschlechterte mechanische Parameter. Zwar kann durch den Einsatz mehrerer Laserstrahlen die Fertigungszeit deutlich verringert werden, jedoch haben die Erfinder herausgefunden, dass man beim Einsatz mehrerer Laserstrahlen mit Einbußen in der Qualität der hergestellten Objekte rechnen muss.
Angesichts der soeben dargestellten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Objekten mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, insbesondere eines Additive Manufacturing-Verfahrens, bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein computergestütztes Verfahren nach Anspruch 1, ein generatives Schichtbauverfahren nach Anspruch 13, eine Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerdatensatzes nach Anspruch 14 und ein Computerprogramm nach Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch untenstehende beziehungsweise in den abhängigen Ansprüchen ausgeführte Merkmale der erfindungsgemäßen Verfahren weitergebildet sein und umgekehrt. Ferner können die im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch zur Weiterbildung einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, selbst wenn dies nicht explizit angegeben wird.
Ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist:

Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht, und
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle durch eine Eintragseinrichtung auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials,
wobei die Eintragseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln auf unterschiedliche Regionen einer aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird,

einen ersten Schritt des Zugriffs auf einen Schichtdatensatz, der ein Datenmodell einer während der Herstellung selektiv zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht aufweist, wobei in dem Datenmodell einem Objektquerschnitt entsprechende Stellen gekennzeichnet sind, an denen eine Verfestigung des Aufbaumaterials stattfinden soll,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt der Schichtdatensatz derart abgeändert wird, dass für zumindest einen Abschnitt des Objektquerschnitts, bevorzugt automatisch, in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist, und
in einem dritten Schritt der abgeänderte Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitgestellt wird.

Hierbei kann die Strahlungsquelle beispielsweise ein Laser oder eine Elektronenstrahlquelle sein, denkbar wäre aber auch an eine Einrichtung beim 3D-Drucken, die einen Bindemittelstrahl erzeugt (selbst wenn in diesem Zusammenhang der Begriff „Strahlung“ eher selten verwendet wird) oder eine UV-Lichtquelle in der Stereolithographie. Der Begriff „Strahlbündel“ soll zum Ausdruck bringen, dass nicht nur Strahlen gemeint sind, die beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial einen kleinen bzw. runden Querschnitt aufweisen, sondern ebenfalls Strahlen, die z. B. einen linienförmigen Querschnitt aufweisen oder gar Strahlung, die gleichzeitig in einen größeren Bereich des Aufbaumaterials (also flächig) eingetragen wird.
Als Schichtdatensatz wird hierbei ein Datensatz angesehen, der ein Datenmodell einer während des Herstellungsverfahrens an den Stellen eines Objektquerschnitts zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht enthält. Insbesondere weist solch ein Datenmodell eine zweidimensionale Repräsentation des in einer Schicht mittels eines oder mehrerer Strahlbündel zu verfestigenden Objektquerschnitts auf. In dem Schichtdatensatz können, müssen aber nicht, noch weitere Informationen hinsichtlich der Herstellung des Objektquerschnitts enthalten sein, z. B. die Schichtdicke, der Durchmesser eines auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahls, etc. Wenn von einem Zugriff auf einen Schichtdatensatz die Rede ist, dann ist damit gemeint, dass ein Schichtdatensatz aus einem Speicher ausgelesen wird oder aber die dem Schichtdatensatz entsprechenden Daten über ein Netzwerk entgegengenommen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen wird ein Herstellvorgang automatisch an die Qualitäts- und/oder Geschwindigkeitsvorgaben für einzelne oder alle Abschnitte eines Objektquerschnitts angepasst. Die Qualität eines hergestellten Objekts bzw. Objektabschnitts wird durch eine Vielzahl von Randbedingungen bei der Herstellung beeinflusst: die Beschaffenheit des Baumaterials, die vorhandenen Umgebungsparameter (z. B. eine Temperatur oder Temperaturverteilung im Bauraum), apparative Eigenheiten der generativen Schichtbauvorrichtung (z. B. Variationen in den optischen Eigenschaften der Strahlformungsoptik und/oder in Größe bzw. Gestalt einer Auftrefffläche eines Strahls und/oder in einer Energieverteilung über eine Auftrefffläche eines Strahls innerhalb des Baufeldes), etc. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben hier erkannt, dass auch die Anzahl der zur Verfestigung eines Objektabschnitts verwendeten Strahlbündel die Qualität beeinflusst.
Der Begriff „Qualität“, wie er in der vorliegenden Anmeldung verstanden wird, beschreibt die Streubreite von Eigenschaften, z. B. der Dichte, eines Objekts, mit anderen Worten, in welchem Ausmaß eine Objekteigenschaft über das Objekt hinweg variiert. Zwar streuen Objekteigenschaften in der Realität immer. Bei einer hohen Qualität wird eine angestrebte Objekteigenschaft jedoch nur in geringem Ausmaß über das Objekt hinweg oder von Objekt zu Objekt variieren. Bei einer niedrigen Qualität wird die angestrebte Eigenschaft stark variieren, so dass man letztendlich eine geringere Kontrolle über die Eigenschaft hat, z. B. also darüber, ob die Dichte einen bestimmten Wert hat. Eine Qualität kann durch Vorgabe eines oder mehrerer Qualitätsindikatoren vorgegeben werden, denen Werte zugeordnet sind, die als Maß für die Qualität angesehen werden, z. B. Grenzwerte für bestimmte Objekteigenschaften oder Prozessparameter, die den Herstellungsvorgang mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung charakterisieren. Beispiele für Objekteigenschaften sind hierbei mechanische Parameter, wie Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit, die Porosität des verfestigten Aufbaumaterials, die Mikrostruktur, also insbesondere das Kristallgefüge, ein Ausmaß an Verunreinigungen im Material, auf die Oberflächenbeschaffenheit bezogene Parameter, wie z. B. die Rauheit, oder aber z. B. die Farbe des verfestigten Aufbaumaterials.
Die Qualität eines hergestellten Objekts bzw. Objektabschnitts im Sinne der vorliegenden Erfindung kann speziell als Homogenität des hergestellten Objekts bzw. Objektabschnitts angesehen werden. Eine hohe Homogenität wird im Rahmen der Erfindung mit einer hohen Qualität assoziiert. Mit Homogenität ist dabei gemeint, dass Schwankungen von Objekteigenschaften (insbesondere sprunghafte Änderungen) hinsichtlich ihrer Absolutwerte oder statistischen Schwankungen unterhalb einer vordefinierten Grenze bleiben. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass abrupte Änderungen bestimmter Eigenschaften innerhalb eines hergestellten Objekts oder aber von Objekt zu Objekt (bei mehreren parallel hergestellten Objekten), die trotz Konstanthaltens der entsprechenden Steuerdaten der generativen Schichtbauvorrichtung auftreten können, ein bestimmtes Maß mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht überschreiten werden. Da es bei jedem Verfestigungsstrahlbündel apparative Schwankungen gibt (z.B. Schwankungen des Strahlbündeldurchmessers beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial, etc.), ist unmittelbar einsichtig, dass eine geringere Anzahl von eingesetzten Verfestigungsstrahlbündeln zu einer größeren Homogenität von Eigenschaften führt. Darüber hinaus gibt es bei einer geringeren Anzahl von eingesetzten Verfestigungsstrahlbündeln, z.B. Laserstrahlen, naturgemäß auch weniger Grenzbereiche zwischen den Einwirkzonen der unterschiedlichen Verfestigungsstrahlbündel. Da es in der Praxis immer leicht unterschiedliche Strahlparameter für unterschiedliche Verfestigungsstrahlbündel gibt, z.B. einen Versatz von Scanlinien, unterschiedliche Strahlungsauftreffwinkel etc., treten gerade in den Grenzbereichen vermehrt abrupte Änderungen z.B. von mechanischen Eigenschaften oder einer Oberflächenbeschaffenheit des Objekts auf. Je weniger Verfestigungsstrahlbündel zum Einsatz kommen, umso homogener ist daher das hergestellte Objekt oder ein Abschnitt desselben in seinen Eigenschaften. Auch die Maßhaltigkeit ist umso besser, je weniger Grenzbereiche es gibt.
Erfindungsgemäß wird für die vorgegebenen Randbedingungen (Qualität und Fertigungszeit) automatisch die bestmögliche Anzahl der zu verwendenden Verfestigungsstrahlbündel gewählt. Damit können auch bei einer möglichst kurz gewählten Soll-Fertigungszeit Qualitätseinbußen verhindert werden. Insbesondere kann dadurch nur in vorgegebenen Abschnitten, in denen dies für notwendig erachtet wird, mit hoher Qualität (bzw. Homogenität) gefertigt werden, während in anderen Abschnitten die zur Verfestigung des Aufbaumaterials notwendige Zeit minimiert wird. Damit kann individuell auf bei der Herstellung eines bestimmten Objekts vorliegende Anforderungen reagiert werden.
Es sei insbesondere noch erwähnt, dass selbst bei der Wahl der bestmöglichen Anzahl der zu verwendenden Verfestigungsstrahlbündel nicht garantiert ist, dass die vorgegebene Homogenität des hergestellten Objekts bzw. Objektabschnitts bei seiner Herstellung auch tatsächlich erreicht werden kann. Wie bereits erwähnt, beeinflussen viele Parameter die Qualität bzw. Homogenität eines herzustellenden Objekts. So können apparative Parameter während der Herstellung schwanken und zu Inhomogenitäten im Bauraum bzw. Bauprozess und als Folge davon auch zu Inhomogenitäten von Eigenschaften eines hergestellten Objekts führen. Allerdings schließt ein Nutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens durch das erfindungsgemäße Vorgehen aus, dass die Homogenität des herzustellenden Objekts bzw. Objektabschnitts schlechter als erwünscht ausfällt, obwohl alle übrigen die Homogenität beeinflussenden Parameter optimal sind. Mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen wird das Risiko für Inhomogenitäten vermindert und mit der Vorgabe einer Qualität (bzw. Homogenität) gibt ein Anwender im Grunde ein tolerierbares Inhomogenitätsrisiko bzw. eine Inhomogenitätsrisikostufe vor.
Weiterhin kann man, sobald die Anzahl der Verfestigungsstrahlbündel festgelegt wurde, zusätzlich noch die jeweiligen Belichtungsstrategien für die jeweiligen Verfestigungsstrahlbündel festlegen. Damit ist z.B. eine Festlegung von den einzelnen Verfestigungsstrahlbündeln zugewiesenen Teilbereichen eines Objektabschnitts gemeint und/oder eine Festlegung der jeweiligen zeitlichen und räumlichen Muster, mit denen die Verfestigungsstrahlbündel über die ihnen zugewiesenen Teilbereiche bewegt werden.
Bei einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im ersten Schritt auf einen Schichtdatensatzes zugegriffen, der ein Datenmodell aufweist, in dem den Querschnitten mehrerer Objekte in der zugehörigen Aufbaumaterialschicht entsprechende Stellen gekennzeichnet sind, an denen eine Verfestigung des Aufbaumaterials stattfinden soll, wobei dann im zweiten Schritt der Schichtdatensatz derart abgeändert wird, dass für zumindest zwei Abschnitte, welche den Querschnitten unterschiedlicher Objekte zugeordnet sind, in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts, bevorzugt automatisch festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln das Aufbaumaterial innerhalb dieser Abschnitte jeweils zu verfestigen ist.
Bei der eben beschriebenen Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Qualitätsvorgaben in Situationen berücksichtigt werden, bei denen eine Mehrzahl von Objekten in einer generativen Schichtbauvorrichtung parallel hergestellt wird und die Qualität sich anhand der Variation von Eigenschaften von Objekt zu Objekt bemisst. Die in dieser Anmeldung beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Vorgehens können bei der eben beschriebenen Abwandlung eingesetzt werden.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren in einem zwischen den zweiten und dritten Schritt eingefügten weiteren Schritt der Schichtdatensatz derart abgeändert, dass für jede der dem Abschnitt entsprechenden Stellen unter Berücksichtigung der Festlegung gemäß dem zweiten Schritt gekennzeichnet ist, mittels welches Strahlbündels das Aufbaumaterial an dieser Stelle zu verfestigen ist. Für einen vereinfachten Ablauf bei der Herstellung ist es von Vorteil, wenn diese Festlegung bereits im Vorfeld getroffen wird bei der Festlegung der Anzahl der zu verwendenden Strahlbündel. Insbesondere kann diese Festlegung in den zweiten Schritt integriert sein.
Weiter bevorzugt wird in dem Verfahren ein Steuerdatensatz für eine generative Schichtbauvorrichtung generiert, die so ausgebildet ist, dass n Strahlbündel gleichzeitig auf eine Schicht des Aufbaumaterials gerichtet werden können, wobei n eine natürliche Zahl größer als Eins ist. Eine möglichst geringe Fertigungszeit ist insbesondere mit generativen Schichtbauvorrichtungen erzielbar, in denen eine gleichzeitige Verfestigung mit mehreren Strahlbündeln stattfindet. Besonders bevorzugt wird das Verfahren in Zusammenhang mit einer generativen Schichtbauvorrichtung angewendet, die so ausgebildet ist, dass vier Strahlbündel gleichzeitig auf eine Schicht des Aufbaumaterials gerichtet werden können.
Der Einsatz einer großen Anzahl von Strahlbündeln führt einerseits zu hohen Anforderungen an die Koordination der unterschiedlichen Strahlbündel und andererseits bei Verwendung einer Mehrzahl von Strahlungsquellen zu deutlich höheren Kosten der generativen Schichtbauvorrichtung. Die Verwendbarkeit von vier Strahlbündeln gleichzeitig in der generativen Schichtbauvorrichtung ist hier ein guter Kompromiss zwischen erzielbaren Fertigungszeiten und den Kosten der Vorrichtung.
Bevorzugt werden Vorgaben für eine Qualität bzw. Homogenität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, gemacht. Dadurch kann ein Bediener individuell für ein zu fertigendes Objekt festlegen, welche Abschnitte eines Objektquerschnitts eine hohe Homogenität aufweisen müssen und welche Vorgaben hinsichtlich der Bauzeit (= Fertigungszeit) gemacht werden.
Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass ein Bediener zur Vorgabe der Qualität bzw. Homogenität mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, eine von n vorgegebenen aufeinanderfolgenden Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufen auswählt. Dabei ist n eine natürliche Zahl größer Eins und ist bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, gleich der Anzahl der vorhandenen Strahlbündel in der generativen Schichtbauvorrichtung. Ferner wird vorausgesetzt, dass die vorgegebenen Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufen einer Ordnungsrelation unterliegen und alle zueinander unterschiedlich sind. Die Vorgabe von diskreten Homogenitätsstufen erleichtert einerseits die Bedienbarkeit und andererseits die Anpassbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens an eine gegebene generative Schichtbauvorrichtung.
Insbesondere kann so vorgegangen werden, dass bei einer durch den Bediener vorgegebenen höchsten Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufe für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts im zweiten Schritt festgelegt wird, dass das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts mit lediglich einem Strahlbündel zu verfestigen ist, und/oder

bei einer durch den Bediener vorgegebenen niedrigsten Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufe für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts im zweiten Schritt festgelegt wird, dass das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts mit der Maximalzahl der vorhandenen Strahlbündel zu verfestigen ist, und/oder
bei einer durch den Bediener vorgegebenen mittleren Qualität- bzw. Homogenitätsstufe für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts im zweiten Schritt festgelegt wird, dass das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts mit einer Anzahl von Strahlbündeln zu verfestigen ist, die größer als Eins und kleiner als die Maximalzahl der Strahlbündel ist, wobei für eine höhere Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufe jeweils die zu verwendende Anzahl von Strahlbündeln kleiner oder gleich der Anzahl der für eine niedrigere Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufe zu verwendenden Strahlbündel ist.

Dem Vorgehen liegt dabei die Idee zugrunde, dass mit zunehmender Anzahl von in einem Abschnitt gemeinsam zur Verfestigung eingesetzten Strahlbündeln auch die Anzahl der Grenzbereiche ansteigt und entsprechend die Homogenität sinkt. Mit dem beschriebenen Vorgehen gibt es eine direkte Korrelation zwischen der vorgegebenen Homogenität für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts und der Anzahl der in diesem Abschnitt zur Verfestigung eingesetzten Strahlbündel. Die Anzahl der zu verwendenden Strahlbündel fällt monoton mit zunehmender Homogenitätsstufe. Insbesondere wenn die Anzahl der vorgegebenen Homogenitätsstufen mit der Anzahl der gemeinsam einsetzbaren Strahlbündel in der generativen Schichtbauvorrichtung übereinstimmt, kann die Anzahl der tatsächlich für die Verfestigung eines Abschnitts eingesetzten Strahlbündel umgekehrt proportional zur vorgegebenen Homogenitätsstufe gewählt werden.
Bevorzugt wird durch den Bediener zusätzlich zu einer Qualität bzw. Homogenität eines Abschnitts eines Objektquerschnitts oder einer Anzahl von Abschnitten eines Objektquerschnitts eine Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts vorgegeben und eine Fehlermeldung an den Bediener ausgegeben, insbesondere über eine graphische Bedieneroberfläche, falls die vorgegebene Qualität bzw. Homogenität und die vorgegebene Fertigungszeit nicht miteinander kompatibel, d. h. nicht beide zugleich erzielbar sind. Damit erhält ein Bediener bereits vor dem Start eines Herstellungsvorgangs eine Information darüber, dass mit den geplanten Randbedingungen (Homogenität und Fertigungszeit) eine Herstellung des Objekts nicht möglich ist. Dadurch können Kosten eingespart werden, da vergebliche Versuche, das Objekt mit inkompatiblen Randbedingungen herzustellen, vermieden werden.
Weiter bevorzugt werden die Vorgaben für eine Qualität bzw. Homogenität eines herzustellenden Objekts aus den in dem Schichtdatensatz vorhandenen Informationen, insbesondere einem Detaillierungsgrad eines Datenmodells des herzustellenden Objekts, einer Gestalt der einzelnen Objektquerschnitte und/oder einer Art und Weise, in der die Strahlung dem Aufbaumaterial zugeführt wird und/oder einer Art und/oder Beschaffenheit des Aufbaumaterials abgeleitet. Damit kann das Verfahren vollautomatisch ablaufen, ohne dass noch Eingaben eines Bedieners notwendig sind. Natürlich ist es aber auch denkbar, dass sowohl auf Informationen in dem Schichtdatensatz zurückgegriffen wird als auch zusätzliche Angaben durch den Bediener (beispielsweise die Vorgabe einer maximalen Fertigungszeit) für die Festlegung im zweiten Schritt herangezogen werden.
Weiter bevorzugt werden im zweiten Schritt Vorgaben für einen Abschnitt des herzustellenden Objekts, bevorzugt für das gesamte herzustellende Objekt, berücksichtigt. Wenn die Homogenität und/oder Fertigungszeit nicht nur für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts, sondern für einen gesamten Objektquerschnitt, einen sich über Teile von mehreren Objektquerschnitten erstreckenden Abschnitt des Objekts oder gar das gesamte Objekt vorgegeben werden, dann können sich dadurch Vereinfachungen insofern ergeben, als dann nicht Vorgaben für viele einzelne Abschnitte von Objektquerschnitten vorgegeben werden müssen, sondern lediglich für größere Teilbereiche eines Objekts, so dass dann die Festlegung der Anzahl der für die Verfestigung einzusetzenden Strahlbündel davon abhängt, ob sich der zu verfestigende Bereich innerhalb des Objektteilbereichs (für den z. B. eine hohe Homogenität spezifiziert wurde) befindet oder nicht.
Weiter bevorzugt wird durch den Bediener lediglich eine Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts vorgegeben und es wird eine zu erwartende Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufe für das herzustellende Objekt an den Bediener ausgegeben, welche bei Herstellung des Objekts innerhalb der vorgegebenen Fertigungszeit erzielt werden würde. Bei solch einer Vorgehensweise wird z. B. zunächst ermittelt, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln verfestigt werden muss, um die spezifizierte (maximale) Fertigungszeit einhalten zu können. Anschließend wird anhand der Anzahl von zur Verfestigung eines Abschnitts gemeinsam einzusetzenden Strahlbündeln eine Abschätzung über die zu erwartende Homogenität gemacht und an den Bediener eine aus der Abschätzung resultierende Homogenitätsstufe ausgegeben. Damit erhält ein Bediener bereits vor dem Start eines Herstellungsvorgangs eine Information über die zu erwartende Homogenität, wodurch unnötige Herstellungsvorgänge (da die zu erwartende Homogenität möglicherweise nicht akzeptabel wäre) vermieden werden können.
Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Vorgehens wird durch den Bediener lediglich eine Qualität bzw. Homogenität vorgegeben und eine zu erwartende Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts an den Bediener ausgegeben, welche bei Herstellung des Objekts mit der vorgegebenen Qualität bzw. Homogenität zu erwarten ist. Die sich ergebenden Vorteile sind die gleichen wie die im vorangehenden Absatz beschriebenen.
Bei einer vorteilhaften Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in zumindest einem Abschnitt, für den im zweiten Schritt eine Verfestigung mit einer Mehrzahl von Strahlbündeln festgelegt wird, mehrere aneinandergrenzende Teilquerschnitte, also zu verfestigende Teilregionen dieses Abschnitts, festgelegt, wobei für jeden der Teilquerschnitte festgelegt wird, mit welchem Strahlbündel die Stellen in diesem Teilquerschnitt zu verfestigen sind,

wobei die Teilquerschnitte so festgelegt werden, dass ein Grenzbereich, also ein an der Grenze zwischen verschiedenen Teilquerschnitten liegender Bereich, in seiner Gestalt und/oder Lage in der Schichtebene gegenüber der Gestalt und/oder Lage eines Grenzbereichs in einem der unmittelbar vorangegangenen oder der unmittelbar darauffolgenden Schicht zugeordneten Schichtdatensatz unterschiedlich ist. Damit kann beispielsweise verhindert werden, dass in einem hergestellten Objekt in größeren zusammenhängenden Bereichen Inhomogenitäten beim Verfestigen des Aufbaumaterials, die an den Grenzen zwischen den Einwirkbereichen unterschiedlicher Verfestigungsstrahlbündel auftreten können, vorhanden sind. Dadurch sind die mechanischen Parameter (z. B. die Reißdehnung) für das hergestellte Objekt besser. Auch kann beispielsweise eine Wulstbildung an der Objektoberfläche, wie sie durch Grenzen zwischen den Einwirkbereichen, die in mehreren Schichten übereinander liegen, auftreten kann, vermieden werden.

Ein erfindungsgemäßes generatives Schichtbauverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung, wobei die Herstellung die Schritte aufweist:

Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht,
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle durch eine Eintragseinrichtung auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials,
wobei die Eintragseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln insbesondere gleichzeitig auf unterschiedliche Regionen der aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird,

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes während der Herstellung des dreidimensionalen Objekts ausgeführt werden, so dass die Verfestigungsrandbedingungen zur Optimierung von Homogenität und Fertigungszeit dynamisch festgelegt werden können.
Eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung weist eine Steuervorrichtung auf, welche einen Herstellvorgang eines Objekts unter Verwendung eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren generierten Steuerdatensatzes steuert.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist:

eine Zugriffseinheit, die geeignet ist, auf einen Schichtdatensatz zuzugreifen, der ein Datenmodell einer während der Herstellung selektiv zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht aufweist,
wobei in dem Datenmodell gekennzeichnet ist, mittels welches Strahlbündels das Aufbaumaterial an den dem jeweiligen Objektquerschnitt entsprechenden Stellen zu verfestigen ist,
eine Festlegungseinheit, die geeignet ist, den Schichtdatensatz derart abzuändern, dass für zumindest einen Abschnitt des Objektquerschnitts, bevorzugt automatisch, in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Qualität bzw. Homogenität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist, und
eine Bereitstellungseinheit, die geeignet ist, den durch die Festlegungseinheit abgeänderten Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitzustellen.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes zur Durchführung irgendeiner der Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes geeignet. Bei der erwähnten Zugriffseinheit kann es sich um eine Eingangsschnittstelle handeln, welche Daten von einem mobilen Datenträger einlesen kann oder Daten über ein Netzwerk entgegennimmt oder aber Daten direkt aus einem Speicher ausliest. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere nicht nur als separate Einheit implementiert werden, sondern kann Bestandteil eines umfassenderen EDV-Systems sein (beispielsweise eines CAD-Entwurfssystems) oder aber in eine generative Schichtbauvorrichtung integriert sein. In den letztgenannten beiden Fällen handelt es sich bei der Zugriffseinheit dann bevorzugt um eine Software-Schnittstelle, die mit anderen Systemkomponenten kommuniziert. Insbesondere muss die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht zwangsweise Bestandteil einer generativen Schichtbauvorrichtung sein. Dies ist deshalb von Vorteil, weil unter Umständen Schichtdatensätze für ein zu bearbeitendes Objekt nicht am Ort der generativen Schichtbauvorrichtung vorliegen, sondern dort, wo das zu bearbeitende Objekt entworfen wurde. Darüber hinaus kann von der Zugriffseinheit auch auf Schichtdatensätze zugegriffen werden, die in einem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhandenen Speicher abgelegt sind.
Auf der anderen Seite ist eine enge Koppelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes an eine generative Schichtbauvorrichtung, für die der Steuerdatensatz erzeugt wird, von Vorteil, da dann rasch auf durch die generative Schichtbauvorrichtung vorgegebene technische Randbedingungen (z. B. sich ändernde Prozessparameter, wie die Bauraumtemperatur, etc.) reagiert werden kann.
Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich noch eine Datenabänderungseinheit, die geeignet ist, in dem durch die Festlegungseinheit abgeänderten Schichtdatensatz für jede der dem Abschnitt entsprechenden Stellen zu kennzeichnen, mittels welcher Strahlbündel das Aufbaumaterial an dieser Stelle zu verfestigen ist. Damit ein Herstellvorgang in einer generativen Schichtbauvorrichtung durchgeführt werden kann, ist es erforderlich, irgendwann festzulegen, welches Strahlbündel auf eine Stelle einer Schicht gerichtet werden soll. Für einen vereinfachten Ablauf bei der Herstellung ist es von Vorteil, wenn diese Festlegung bereits im Vorfeld getroffen wird, z. B. bei der Festlegung der Anzahl der zu verwendenden Strahlbündel. Insbesondere kann die Datenabänderungseinheit in die Festlegungseinheit integriert sein.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes oder eines erfindungsgemäßen generativen Schichtbauverfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Datenprozessor, insbesondere einem mit einer generativen Schichtbauvorrichtung zusammenwirkenden Datenprozessor, ausgeführt wird. „Zusammenwirken“ heißt dabei, dass der Datenprozessor entweder in die generative Schichtbauvorrichtung integriert ist oder mit ihr Daten austauschen kann.
Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes sowie der zugehörigen Vorrichtung mittels Software ermöglicht eine einfache Installierbarkeit auf verschiedenen EDV-Systemen an verschiedenen Orten (beispielsweise beim Ersteller des Designs des zu bearbeitenden Objekts oder aber beim Betreiber der generativen Schichtbauvorrichtung).
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.

1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 und 3 zeigen jeweils eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich des Baufelds einer generativen Schichtbauvorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Vorgehens,
4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen computergestützten Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung,
5 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes gemäß der vorliegenden Erfindung,
6 zeigt den schematischen Aufbau einer abgewandelten Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes gemäß der vorliegenden Erfindung,
7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen computergestützten Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes mittels der abgewandelten Vorrichtung von 6,
8 zeigt ein beispielhaftes graphisches Bedienelement zur Vorgabe einer Qualität bzw. Homogenität durch einen Bediener,
9 zeigt ein beispielhaftes graphisches Bedienelement zur Vorgabe einer Fertigungszeit durch einen Bediener,
10 zeigt ein beispielhaftes graphisches Bedienelement zur Vorgabe von Qualität bzw. Homogenität und Fertigungszeit durch einen Bediener,
11 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich des Baufelds einer generativen Schichtbauvorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Vorgehens für den Konturbereich und
12 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Baufeld einer generativen Schichtbauvorrichtung zur Erläuterung des Vorgehens beim Vorhandensein mehrerer Verfestigungsstrahlen,

Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden. Es sei an dieser Stelle vermerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff „Anzahl“ stets im Sinne von „ein oder mehrere“ zu verstehen ist. Ferner sei bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen generativen Schichtbauvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können, auch in solchen Fällen, in denen nur von einem Objekt die Rede ist.
Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4.
In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13.
Die Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Strahlungsheizung 17 angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 15 dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
Die beispielhafte Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird.
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 29 auch teilweise oder ganz außerhalb der Vorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung 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 die Steuereinrichtung geladen werden kann.
Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der Träger 10 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Umlenkvorrichtung 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24 angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels des Lasers durch Abtasten dieser Stellen mit dem Laser.
Beim Lasersintern oder Laserschmelzen kann eine Belichtungsvorrichtung beispielsweise einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie z.B. Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), oder eine Zeile dieser Laser umfassen. Allgemein kann an Stelle eines Lasers jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial zu verfestigen. Der in 1 gezeigte spezifische Aufbau einer Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung ist daher nur beispielhaft und kann natürlich auch abgewandelt werden, insbesondere bei Verwendung einer anderen Belichtungsvorrichtung als der gezeigten.
Auch wenn in 1 als Beispiel einer generativen Schichtbauvorrichtung eine Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auch im Zusammenhang mit anderen Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials angewendet werden. Hier seien lediglich beispielhaft das Laserschmelzen, FLM (Aufbringen eines thermoplastischen Materials aus einer Düse), 3D-Drucken, Maskensinterverfahren und stereolithografische Verfahren genannt. Wenn es sich nicht um ein Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren handelt, dann ist die Belichtungsvorrichtung 20 in Abhängigkeit vom Verfahren durch eine andere Eintragseinrichtung ersetzt, im Falle eines 3D-Druckverfahrens durch eine Vorrichtung, welche einen oder mehrere Bindemittelstrahlen auf das Aufbaumaterial spritzt, im Falle eines Stereolithographieverfahrens durch eine UV-Lichtquelle. In allen Fällen enthält die Eintragsvorrichtung irgendeine Art von Strahlenquelle, ausgehend von der mindestens ein auf das Aufbaumaterial treffender Strahl gerichtet wird. Dabei kann die vorliegende Erfindungsidee am Vorteilhaftesten in Zusammenhang mit einer generativen Schichtbauvorrichtung realisiert werden, bei der eine Eintragseinrichtung so eingerichtet ist, dass sie eine Mehrzahl von Strahlen bzw. Strahlbündeln auf einen Bereich einer Aufbaumaterialschicht richten kann. Beispielsweise kann eine generative Schichtbauvorrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht, eine Mehrzahl von Strahlungsquellen 21 aufweisen, wobei bevorzugt, aber nicht zwangsweise, jedem Strahlen bzw. Strahlbündel eine eigene Strahlungsquelle zugeordnet ist. 1 zeigt lediglich aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nur eine einzige Belichtungsvorrichtung 20 mit einer einzigen Strahlungsquelle 21 und einem einzigen Strahl 22.
Auch wenn im weiteren Verlauf zur Beschreibung der Erfindung auf eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung Bezug genommen wird, so geschieht dies nur beispielhaft und die Ausführungen gelten entsprechend auch für anders geartete generative Schichtbauvorrichtungen, wie sie gerade skizziert wurden.
Als Aufbaumaterial in einem generativen Schichtbauverfahren können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Pulver oder Pasten bzw. Gele, insbesondere Metallpulver, aber auch Kunststoffpulver, Keramikpulver oder Sand, wobei auch die Verwendung von gefüllten oder gemischten Pulvern möglich ist. Insbesondere in der Stereolithographie kommen (flüssige) Photopolymere zum Einsatz.
In der soeben beispielhaft beschriebenen generativen Schichtbauvorrichtung geht ein Herstellvorgang so vonstatten, dass die Steuereinheit 29 einen Steuerbefehlssatz abarbeitet, bei dem es sich um Anweisungen handelt, Schichten des Aufbaumaterials nacheinander aufzutragen und Bereiche der jeweiligen Schichten, die dem Querschnitt eines herzustellenden Objektes entsprechen, selektiv mit der Laserstrahlung zu bestrahlen, um das Aufbaumaterial zu verfestigen. In dem Steuerbefehlssatz sind also Informationen über die innerhalb einer Schicht zu verfestigenden Stellen sowie die Art der Zerlegung des herzustellenden Objektes in Schichten enthalten.
Im Detail basiert der Steuerbefehlssatz auf einem computerbasierten Modell des oder der herzustellenden Objekte, bevorzugt einem CAD-Volumenmodell. Des Weiteren fließen in den Steuerbefehlssatz auch herstellungsspezifische Informationen ein, beispielsweise die Lage und Orientierung der Objekte im Behälter 5 oder ein Strahldurchmesser beim Auftreffen eines Laserstrahls auf das Aufbaumaterial. Schließlich ist in dem Steuerbefehlssatz auch die Schichtinformation enthalten, d.h. in welcher Weise das oder die herzustellenden Objekte in Schichten unterteilt sind, die den Aufbaumaterialschichten während der schichtweisen generativen Herstellung entsprechen. Der Steuerbefehlssatz legt für jede Aufbaumaterialschicht während der Herstellung insbesondere die Dicke des Schichtauftrags und die Stellen, an denen durch Strahlungszufuhr eine Verfestigung des Aufbaumaterials bewirkt werden soll, fest. Der Steuerbefehlssatz kann somit als Gesamtheit aller für die Steuerung des Herstellungsvorgangs in einer generativen Schichtbauvorrichtung vorgegebenen Steuerdaten angesehen werden. Die auf eine einzelne Schicht bezogenen Steuerdaten werden dabei auch als Schichtdatensatz bezeichnet. Insbesondere enthält der Steuerbefehlssatz auch alle zur Steuerung der Belichtungsvorrichtung erforderlichen Daten, wodurch u.a. die Energiedichte der von der Belichtungsvorrichtung emittierten Strahlung und gegebenenfalls die Verfahrgeschwindigkeit des Strahls über das Baufeld 8 festgelegt werden.
Das erfindungsgemäße Vorgehen wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Wie in 5 gezeigt, enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine bestimmte generative Schichtbauvorrichtung eine Zugriffseinheit 101, eine Festlegungseinheit 102 und eine Bereitstellungseinheit 103. Die Funktionsweise der Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 2 und 3 dienen dabei der weiteren Veranschaulichung.
Hierbei zeigen 2 und 3 jeweils eine Draufsicht auf einen Teilbereich des Baufelds 8 einer generativen Schichtbauvorrichtung, in welchem die Arbeitsbereiche von vier Verfestigungsstrahlen bzw. Strahlbündeln, d.h. die Orte im Baufeld, auf die die Verfestigungsstrahlen bzw. Strahlbündel jeweils gerichtet werden können, dargestellt sind. Analog zu 12 bezeichnet A jene Bereiche, in denen lediglich ein Verfestigungsstrahl, z. B. ein Laserstrahl, bei der Verfestigung zum Einsatz gelangen kann. Die Bereiche, innerhalb denen beide Verfestigungsstrahlen gemeinsam zum Verfestigen verwendet werden können, sind mit B gekennzeichnet und der Bereich, in dem vier Verfestigungsstrahlen gemeinsam zum Verfestigen verwendet werden können ist mit C bezeichnet.
In 2 und 3 ist beispielhaft ein parallelogrammförmiger Objektquerschnitt 55 eines herzustellenden Objekts dargestellt, der während des Herstellungsvorgangs in einer Schicht k des Aufbaumaterials zu verfestigen ist. 2 und 3 zeigen so gesehen jeweils eine Draufsicht auf die Schicht k des Aufbaumaterials.
In der in 5 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen computergestützten Verfahrens in einem ersten Schritt von einer Zugriffseinheit 101 auf einen Schichtdatensatz des herzustellenden Objekts zugegriffen. In dem in 4 gezeigten Verfahrensablauf ist dies der Schritt S1.
Mit dem Begriff Zugreifen ist dabei gemeint, dass die Zugriffseinheit 101 einen Schichtdatensatz aus einem Speicher ausliest oder aber die dem Schichtdatensatz entsprechenden Daten über ein Netzwerk entgegennimmt. Ebenso kann die Zugriffseinheit auch auf einen Speicher in der Vorrichtung 100 zugreifen, in dem der Schichtdatensatz abgespeichert ist.
Ein Schichtdatensatz muss zunächst für die zugehörige Aufbaumaterialschicht nur Informationen darüber enthalten, an welchen Stellen der Aufbaumaterialschicht während der Herstellung des Objekts eine Verfestigung des Aufbaumaterials durch Richten von Strahlbündeln auf die Aufbaumaterialschicht bewirkt werden soll. Es können natürlich auch bereits weitere Prozessinformationen (z.B. Schichtdicke oder Strahldurchmesser, etc.) enthalten sein.
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, haben die Erfinder erkannt, dass die Anzahl der Strahlbündel (z.B. Laserstrahlen), die innerhalb eines Abschnitts eines Objektquerschnitts für die Verfestigung des Aufbaumaterials eingesetzt werden, Auswirkungen auf die Homogenität des Objekts in diesem Abschnitt hat. Je größer die Anzahl der für die Verfestigung eingesetzten Strahlbündel, desto schlechter wird im Allgemeinen die Homogenität sein, obwohl natürlich die erforderliche Zeitdauer für die Verfestigung des Abschnitts (also die Fertigungszeit) mit zunehmender Anzahl der Strahlbündel sinkt. In einem in 4 gezeigten Schritt S2 wird daher durch die Festlegungseinheit 102 der Schichtdatensatz dergestalt abgeändert, dass für zumindest einen Abschnitt des Objektquerschnitts in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Homogenität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist.
Die 2 und 3 zeigen hier zwei mögliche Ergebnisse der Festlegung. Der Einfachheit halber werde dabei angenommen, dass der Abschnitt, für den im Schritt S2 die Festlegung getroffen wird, den gesamten Objektquerschnitt 55 umfasse.
2 veranschaulicht den Fall, in dem eine möglichst geringe Fertigungszeit vorgegeben wurde. Man erkennt die Einwirkbereiche 31, 32, 33, 34 der vier Strahlbündel 1000, 2000, 3000, 4000. Um eine geringe Fertigungszeit zu erreichen, werden also vier Strahlbündel gemeinsam für die Verfestigung des Objektquerschnitts 55 verwendet. Grenzbereiche 35, 36, 37, 38 trennen dabei die Einwirkbereiche voneinander. Im Grunde handelt es sich bei den Grenzbereichen um Grenzlinien. Je nach verwendetem Aufbaumaterial und gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Objekts kann es jedoch vorkommen, dass Einwirkbereiche verschiedener Strahlbündel, dort wo sie aneinander grenzen, beim Verfestigen überlappen oder aber Lücken zwischen den Einwirkbereichen entstehen. Aus diesem Grunde wurde in der vorliegenden Anmeldung der Begriff „Grenzbereich“ gewählt. Darüber hinaus kann bei genügend starker Vergrößerung jede reale Linie als Bereich angesehen werden.
3 veranschaulicht den Fall, in dem für den Objektquerschnitt 55 eine recht hohe Genauigkeit vorgegeben wurde. Entsprechend wurde durch die Festlegungseinheit 102 festgelegt, dass lediglich zwei Strahlbündel für die Verfestigung des Objektquerschnitts verwendet werden, obwohl mehr Strahlbündel zur Verfügung gestanden hätten. Man erkennt in 3 die Einwirkbereiche 42 und 43 der Strahlbündel 2000 und 3000, die durch den Grenzbereich 45 voneinander getrennt sind. Durch das Vorhandensein nur eines Grenzbereichs 45 gibt es nach der Verfestigung weniger Inhomogenitäten bei dem Objektquerschnitt von 3 im Vergleich zu dem Fall von 2.
In einem in 4 gezeigten Schritt S3 wird schließlich durch die Bereitstellungseinheit 103 der im Schritt S2 abgeänderte Schichtdatensatz einer generativen Schichtbauvorrichtung als Steuerdatensatz bereitgestellt. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann ein Steuerdatensatz als Teilmenge eines Steuerbefehlssatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung angesehen werden. Natürlich kann ein von der Bereitstellungseinheit 103 bereitgestellter Steuerdatensatz auch durch die Bereitstellungseinheit 103 selbst in einen Steuerbefehlssatz integriert werden. Bereitstellen umfasst abgesehen davon auch ein Weiterleiten des Steuerdatensatzes an eine Datenverarbeitungsvorrichtung, welche den Steuerdatensatz in einen Steuerbefehlssatz integriert, oder ein direktes Weiterleiten an eine generative Schichtbauvorrichtung. Insbesondere ist es möglich, während eines Herstellvorgangs in der generativen Schichtbauvorrichtung ihr dynamisch Steuerdaten für noch herzustellende Objektquerschnitte zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin müssen erfindungsgemäß abgeänderte Schichtdatensätze nicht einzeln für einen generativen Schichtbauvorgang bereitgestellt werden. Vielmehr können auch mehrere abgeänderte Schichtdatensätze zunächst gesammelt und anschließend in ihrer Gesamtheit als Steuerdatensatz bereitgestellt werden.
6 zeigt eine abgewandelte erfindungsgemäße Vorrichtung 100a zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung, 7 zeigt ein entsprechend abgewandeltes Verfahren. Vergleicht man die Vorrichtung in 6 mit jener in 5, so erkennt man in 6 zusätzlich eine Datenabänderungseinheit 102a. Diese führt einen in 7 veranschaulichten Schritt S23 aus, bei dem der Schichtdatensatz derart abgeändert wird, dass für jede der dem Abschnitt entsprechenden Stellen unter Berücksichtigung der Festlegung gemäß dem zweiten Schritt S2 gekennzeichnet ist, mittels welcher Strahlbündel das Aufbaumaterial an dieser Stelle zu verfestigen ist.
Die Festlegungseinheit 102, wie sie oben beschrieben wurde, legt in der allgemeinsten Ausführung der Erfindung im Schritt S2 nur die Anzahl der für eine Verfestigung des Abschnitts zu verwendenden Strahlbündel fest. Damit ein Herstellvorgang in einer generativen Schichtbauvorrichtung aber durchgeführt werden kann, ist es auch erforderlich, festzulegen, welches Strahlbündel auf eine Stelle einer Schicht gerichtet werden soll. Dies geht auch bereits aus den zur Veranschaulichung verwendeten 2 und 3 hervor. 'Für einen vereinfachten Ablauf bei der Herstellung ist es von Vorteil, wenn diese Festlegung bereits im Vorfeld getroffen wird. Dies geschieht durch die Datenabänderungseinheit 102a, welche natürlich auch in die Festlegungseinheit 102 integriert sein kann. Der Schritt S23 muss dann nicht notwendigerweise separat ausgeführt werden, sondern kann auch im Zuge der Ausführung des Schritts S2 ausgeführt werden.
Bislang wurde bei der Erläuterung des erfinderischen Vorgehens noch nicht beschrieben, woher die Vorgaben für die Homogenität und/oder Fertigungszeit für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts, den gesamten Objektquerschnitt, einen Teilbereich des Objekts oder gar das gesamte herzustellende Objekt stammen, die von der Festlegungseinheit 102 im zweiten Schritt S2 der Festlegung der zu verwendenden Anzahl von Strahlbündeln zugrunde gelegt werden. Hier gibt es im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Möglichkeiten. In erster Linie bietet es sich an, dass die Vorgaben von einem Bediener an einer Bedienerschnittstelle, z.B. einem Eingabeterminal mit graphischer Bedieneroberfläche, gemacht werden. Beispielsweise kann dem Bediener ein Schieberegler zur Vorgabe der Homogenität eines Abschnitts angezeigt werden (8) oder ein Schieberegler zur Vorgabe der Fertigungszeit eines Abschnitts angezeigt werden (9). Natürlich kann man den Bediener auch beide Vorgaben gleichzeitig machen lassen (10).
Die durch den Bediener vorgenommenen Einstellungen hinsichtlich Homogenität und/oder Fertigungszeit können z.B. in einem Speicher abgelegt werden, auf den die Festlegungseinheit 102 dann zugreift. Grundsätzlich ist es dabei möglich, dass die Vorgaben stufenlos erfolgen, es bietet sich jedoch an, dem Bediener diskrete Stufen für die Vorgaben von Homogenität und/oder Fertigungszeit anzubieten, da auch die mögliche Anzahl an bei der Verfestigung eines Abschnitts zu verwendenden Strahlbündeln diskrete Werte aufweist. In den Darstellungen von 8 bis 10 ist dies bereits berücksichtigt. Beispielsweise erkennt man in 8 bis Fig. 10 fünf diskrete Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufen A, B, C, D, E und fünf diskrete Stufen T1, T2, T3, T4, T5 für die Fertigungszeit. Bei den Homogenitätsstufen kann beispielsweise „A“ für sehr hohe Homogenität stehen, „E“ für niedrige Homogenität und „B“ bis „D“ für mittlere Homogenitätsstufen, wobei eine Ordnungsrelation für die Menge der vorgegebenen Homogenitätsstufen vorgegeben ist und die Homogenitätsstufen voneinander verschieden sind. Analoges gilt für die vorgegebenen Fertigungszeiten „T1“ bis „T5“. Die gleiche Anzahl von Stufen für die Homogenität und Fertigungszeit ist im Übrigen nur in diesem speziellen Beispiel so, die Anzahl der Stufen für die Homogenität kann auch unterschiedlich zur Anzahl der Stufen für die Vorgabe der Fertigungszeit sein. Außerdem können weitere Regler Bestandteil der graphischen Bedieneroberfläche sein, mit welchen ein Bediener auch andere Objekteigenschaften, wie z. B. die weiter oben bei der Erläuterung des Begriffs „Qualität“ aufgeführten, auswählen respektive separat voneinander einstellen bzw. vorgeben kann.
Die Festlegung der Anzahl der zu verwendenden Strahlbündel durch die Festlegungseinheit 102 geschieht bevorzugt in Abhängigkeit von Vorversuchen an einer generativen Schichtbauvorrichtung der gleichen Art wie jener, mittels derer die Herstellung des Objekts geplant ist. Im Idealfall wurden die Abschnitte von ähnlichen Objekten in Vorversuchen mit unterschiedlichen Anzahlen von Strahlbündeln verfestigt und hinsichtlich erzielter Homogenität und benötigter Fertigungszeit analysiert. Fehlen solche speziellen Informationen, so kann jedoch die Vorgehensweise der Festlegungseinheit 102 auch auf den Erfahrungen des Fachmanns bei der generativen Schichtbaufertigung von Objekten beruhen. Insbesondere ist es auch möglich, den Herstellungsvorgang zu simulieren und auf Basis der Simulation die Anzahl der für bestimmte Vorgaben zu verwendenden Strahlbündel festzulegen. In jedem Fall kann man sagen, dass die Ergebnisse der Vorversuche oder Simulationen oder aber auch Erfahrungswerte in für die Festlegungseinheit 102 abrufbarer Form vorliegen, beispielsweise in Form einer in einem Speicher abgelegten Tabelle, die eine Relation zwischen der Anzahl der zu verwendenden Strahlbündel und der vorgegebenen Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufe und/oder Fertigungszeit herstellt. Als Grundregel kann man sagen, dass bei Vorgabe der geringstmöglichen Homogenitätsstufe und/oder der geringstmöglichen Fertigungszeit, die Festlegungseinheit 102 im Normalfall die maximal mögliche Anzahl von Strahlbündeln festlegen wird und bei Vorgabe der höchstmöglichen Homogenitätsstufe und/oder der höchstmöglichen Fertigungszeit, die Festlegungseinheit 102 im Normalfall eine Verfestigung mit lediglich einem Strahlbündel festlegen wird. Für den bevorzugten Fall, dass die Anzahl der vorgegebenen Homogenitätsstufen und/oder die Anzahl der vorgegebenen Stufen für die Fertigungszeit gleich der Maximalzahl an Strahlbündeln entspricht, die für die Verfestigung eines Abschnitts eines Objektquerschnitts oder eines gesamten Objektquerschnitts zur Verfügung stehen, kann auch einfach eine bijektive Zuordnung von vorgegebenen Stufen und Anzahlen der zu verwendenden Strahlbündel erfolgen, bei der die Anzahl der zu verwendenden Strahlbündel umgekehrt proportional zur vorgegebenen Stufe für die Homogenität und/oder Fertigungszeit festgelegt wird.
Wird durch den Bediener nur eine Vorgabe für die Fertigungszeit oder nur eine Vorgabe für die gewünschte Homogenität gemacht, so kann optional durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 oder 100a zur Generierung eines Steuerdatensatzes vor der eigentlichen Generierung desselben an den Bediener eine zu erwartende Fertigungszeit (im Fall der Vorgabe der Homogenität) oder eine zu erwartende Homogenität (im Fall der Vorgabe der Fertigungszeit) ausgegeben werden, damit der Bediener die Gelegenheit erhält, seine Vorgabe abzuändern. Bei solch einer Vorgehensweise wird z.B. zunächst ermittelt, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln verfestigt werden muss, um die spezifizierte (maximale) Fertigungszeit einhalten zu können oder die spezifizierte Homogenität erzielen zu können. Anschließend wird anhand der Anzahl von zur Verfestigung eines Abschnitts gemeinsam einzusetzenden Strahlbündeln eine Abschätzung über die zu erwartende Homogenität gemacht und an den Bediener eine aus der Abschätzung resultierende Homogenitätsstufe ausgegeben bzw. eine Abschätzung über die zu erwartende Fertigungszeit gemacht und an den Bediener eine aus der Abschätzung resultierende Fertigungszeit(-stufe) ausgegeben.
Falls von einem Bediener sowohl die Homogenität als auch die Fertigungszeit vorgegeben werden, kann optional dem Bediener gegebenenfalls die Inkompatibilität seiner Vorgaben angezeigt werden. Beispielsweise könnten eine hohe Homogenität und geringe Fertigungszeit nicht zusammen realisierbar sein. Dabei kann zunächst ermittelt werden, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln verfestigt werden muss, um die spezifizierte (maximale) Fertigungszeit einhalten zu können und anschließend kann ermittelt werden, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln die spezifizierte Homogenität erzielt werden kann. Sind die jeweils erhaltenen Werte miteinander inkompatibel, so kann dies dem Bediener mitgeteilt werden.
Auch wenn in den 8 bis 10 als graphische Einstellelemente für die Vorgabe von Qualität bzw. Homogenität und/oder Fertigungszeit lediglich Schieberegler gezeigt sind, so kann ein Bediener die Vorgaben natürlich auch mittels anderer graphischer Steuerelemente (engl. widgets) vornehmen, z.B. Auswahlkästchen bzw. Optionsfelder in einem Menü, etc.
Es ist auch möglich, Vorgaben für die Homogenität nicht durch einen Bediener machen zu lassen, sondern die bei der Herstellung erforderliche Homogenität automatisch zu ermitteln. Dies kann folgendermaßen geschehen:
In Abhängigkeit von der Art des Aufbaumaterials (z.B. Korngrößenverteilung bei Pulvern) und der Art und Weise, wie diesem die Strahlung zur Verfestigung zugeführt wird, ändert sich das Verfestigungsverhalten (z.B. ein Schmelzbaddurchmesser) desselben. Eine Gestalt eines Objektquerschnitts, insbesondere auch eine Detailauflösung, mit welcher dieser Objektquerschnitt in einem Schichtdatensatz charakterisiert ist, lassen Rückschlüsse darauf zu, ob angesichts des Materials und des durch die Verfestigungsbedingungen vorgegebenen Verfestigungsverhaltens die Detailauflösung bei der Herstellung vollständig realisiert werden kann. Damit kann aber abgeschätzt werden, welche Objektqualität überhaupt realisierbar ist, und diese Homogenität als Vorgabe für die Festlegung der Anzahl der einzusetzenden Strahlbündel verwendet werden.
Obwohl in den 2 und 3 insbesondere die Verhältnisse im Innern eines Objektquerschnitts veranschaulicht wurden, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls auf Abschnitte eines Objektquerschnitts angewendet werden, die in der Kontur des Objektquerschnitts liegen. Dieser Fall ist in 11 veranschaulicht.
Die Darstellung in 11 ist ähnlich jener von 2 und 3 und veranschaulicht einen Objektquerschnitt 95 in einer Schicht k. Unterschiedlich zu 2 und 3 wird in 11 nicht der gesamte Objektquerschnitt 95 als Abschnitt betrachtet, für den eine Festlegung getroffen wird, sondern lediglich die Kontur dieses Objektquerschnitts. 11 zeigt ein beispielhaftes Ergebnis einer Festlegung durch die Festlegungseinheit 102, wonach der Konturbereich (Rand) des Objektquerschnitts 95 mittels zweier Strahlbündel 2000 und 3000 verfestigt wird, die jeweils einen Teilabschnitt 92 bzw. 93 des Konturbereichs verfestigen. (Ein Konturbereich wird üblicherweise so verfestigt, dass das verwendete Verfestigungsstrahlbündel, das dort, wo es auf das Aufbaumaterial trifft, einen bestimmten Durchmesser aufweist, die Kontur abfährt. Daher ist es zulässig, Abschnitte der Kontur eines Objektquerschnitts als zweidimensionale Bereiche zu bezeichnen.) Wie im Innern eines Objektquerschnitts, wo zwei Einwirkbereiche von Strahlbündeln aneinandergrenzen, gilt auch im Konturbereich, dass zwei Einwirkbereiche in der Regel nicht exakt aneinander grenzen werden, sondern es an der Grenze einen geringfügigen Spalt oder eine geringfügige Überlappung geben wird. Daher werden auch die beiden Grenzstellen 9392 und 9293 in 11 als Grenzbereiche bezeichnet.
Wie im Innern eines Objektquerschnitts ist auch im Konturbereich mit einer schlechteren Qualität bzw. Homogenität zu rechnen, je mehr Grenzstellen zwischen den unterschiedlichen Einwirkbereichen von Strahlbündeln vorhanden sind. Daher gelten alle oben in Zusammenhang mit dem Innern eines Objektquerschnitts gemachten Aussagen in gleicher Weise für den Konturbereich, wo es insbesondere auch oft auf die optische Qualität der Oberflächen ankommt.
Abschließend sei noch erwähnt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung nicht nur allein durch Softwarekomponenten, sondern auch allein durch Hardware-Komponenten oder Mischungen aus Hard- und Software realisiert sein kann. In der vorliegenden Anmeldung erwähnte Schnittstellen müssen insbesondere nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise, wenn die darüber eingespeisten bzw. ausgegebenen Daten von bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponenten übernommen werden können oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso könnten die Schnittstellen aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel einer Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein.
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

WO 2016/110440 A1 [0004, 0006]

Claims

Computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht, und gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle (21) durch eine Eintragseinrichtung (20) auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials (15), wobei die Eintragseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln (22) auf unterschiedliche Regionen einer aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel (22) dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial (15) einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird, wobei das Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes aufweist: einen ersten Schritt (S1) des Zugriffs auf einen Schichtdatensatzes, der ein Datenmodell einer während der Herstellung selektiv zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht aufweist, wobei in dem Datenmodell einem Objektquerschnitt entsprechende Stellen gekennzeichnet sind, an denen eine Verfestigung des Aufbaumaterials (15) stattfinden soll, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt (S2) der Schichtdatensatz derart abgeändert wird, dass für zumindest einen Abschnitt des Objektquerschnitts, bevorzugt automatisch, in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln (22) das Aufbaumaterial (15) innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist, und in einem dritten Schritt (S3) der abgeänderte Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einem zwischen den zweiten und dritten Schritt eingefügten weiteren Schritt (S23) der Schichtdatensatz derart abgeändert wird, dass für jede der dem Abschnitt entsprechenden Stellen unter Berücksichtigung der Festlegung gemäß dem zweiten Schritt gekennzeichnet ist, mittels welches Strahlbündels das Aufbaumaterial (15) an dieser Stelle zu verfestigen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Verfahren ein Steuerdatensatz für eine generative Schichtbauvorrichtung generiert wird, die so ausgebildet ist, dass n Strahlbündel (22) gleichzeitig auf eine Schicht des Aufbaumaterials gerichtet werden können, wobei n eine natürliche Zahl größer als Eins ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, gemacht werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Bediener zur Vorgabe der Qualität mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, eine von n vorgegebenen aufeinanderfolgenden Qualitätsstufen auswählt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei einer durch den Bediener vorgegebenen höchsten Qualitätsstufe für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts im zweiten Schritt (S2) festgelegt wird, dass das Aufbaumaterial (15) innerhalb dieses Abschnitts mit lediglich einem Strahlbündel (22) zu verfestigen ist, und/oder bei einer durch den Bediener vorgegebenen niedrigsten Qualitätsstufe für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts im zweiten Schritt (S2) festgelegt wird, dass das Aufbaumaterial (15) innerhalb dieses Abschnitts mit der Maximalzahl der vorhandenen Strahlbündel (22) zu verfestigen ist, und/oder bei einer durch den Bediener vorgegebenen mittleren Qualitätsstufe für einen Abschnitt eines Objektquerschnitts im zweiten Schritt (S2) festgelegt wird, dass das Aufbaumaterial (15) innerhalb dieses Abschnitts mit einer Anzahl von Strahlbündeln (22) zu verfestigen ist, die größer als Eins und kleiner als die Maximalzahl der Strahlbündel ist, wobei für eine höhere Qualitätsstufe jeweils die zu verwendende Anzahl von Strahlbündeln kleiner oder gleich der Anzahl der für eine niedrigere Qualitätsstufe zu verwendenden Strahlbündel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei durch den Bediener zusätzlich zu einer Qualität eines Abschnitts eines Objektquerschnitts oder einer Anzahl von Abschnitten eines Objektquerschnitts eine Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts vorgegeben wird und wobei eine Fehlermeldung an den Bediener ausgegeben wird, insbesondere über eine graphische Bedieneroberfläche, falls die vorgegebene Qualität und die vorgegebene Fertigungszeit nicht miteinander kompatibel sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorgaben für eine Qualität eines herzustellenden Objekts aus den in dem Schichtdatensatz vorhandenen Informationen, insbesondere einem Detaillierungsgrad eines Datenmodells des herzustellenden Objekts, einer Gestalt der einzelnen Objektquerschnitte und/oder einer Art und Weise, in der die Strahlung dem Aufbaumaterial zugeführt wird und/oder einer Art und/oder Beschaffenheit des Aufbaumaterials abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im zweiten Schritt (S2) Vorgaben für einen Abschnitt des herzustellenden Objekts, bevorzugt für das gesamte herzustellende Objekt, berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch den Bediener lediglich eine Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts vorgegeben wird und wobei eine zu erwartende Qualitätsstufe für das herzustellende Objekt an den Bediener ausgegeben wird, welche bei Herstellung des Objekts innerhalb der vorgegebenen Fertigungszeit erzielt werden würde.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in zumindest einem Abschnitt, für den im zweiten Schritt (S2) eine Verfestigung mit einer Mehrzahl von Strahlbündeln festgelegt wird, mehrere aneinandergrenzende Teilquerschnitte, also zu verfestigende Teilregionen dieses Abschnitts, festgelegt werden, wobei für jeden der Teilquerschnitte festgelegt wird, mit welchem Strahlbündel (22) die Stellen in diesem Teilquerschnitt zu verfestigen sind, wobei die Teilquerschnitte so festgelegt werden, dass ein Grenzbereich, also ein an der Grenze zwischen verschiedenen Teilquerschnitten liegender Bereich, in seiner Gestalt und/oder Lage in der Schichtebene gegenüber der Gestalt und/oder Lage eines Grenzbereichs (35, 45) in einem der unmittelbar vorangegangenen oder der unmittelbar darauffolgenden Schicht zugeordneten Schichtdatensatz unterschiedlich ist.
Generatives Schichtbauverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht, gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle (21) durch eine Eintragseinrichtung (20) auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer aufgetragenen Schicht eines Aufbaumaterials (15), wobei die Eintragseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln (22) auf unterschiedliche Regionen der aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel (22) dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial (15) einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird, wobei das generative Schichtbauverfahren für die Herstellung einen durch ein Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes nach einem der vorangehenden Ansprüche generierten Steuerdatensatz verwendet.
Generatives Schichtbauverfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes während der Herstellung des dreidimensionalen Objekts ausgeführt wird.
Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht, gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle (22) durch eine Eintragseinrichtung (20) auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer aufgetragenen Schicht eines Aufbaumaterials (15), wobei die Eintragseinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln auf unterschiedliche Regionen der aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel (22) dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial (15) einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird, wobei die Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerbefehlsdatensatzes aufweist: eine Zugriffseinheit, die geeignet ist, auf einen Schichtdatensatz zuzugreifen, der ein Datenmodell einer während der Herstellung selektiv zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht aufweist, wobei in dem Datenmodell einem Objektquerschnitt entsprechende Stellen gekennzeichnet sind, an denen eine Verfestigung des Aufbaumaterials (15) stattfinden soll, gekennzeichnet durch eine Festlegungseinheit, die geeignet ist, den Schichtdatensatz derart abzuändern, dass für zumindest einen Abschnitt des Objektquerschnitts, bevorzugt automatisch, in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist, und einer Bereitstellungseinheit, die geeignet ist, den abgeänderten Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereit zu stellen.
Computerprogramm, umfassend Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Datenprozessor, insbesondere einem mit einer generativen Schichtbauvorrichtung zusammenwirkenden Datenprozessor, ausgeführt wird.