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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente gemäß den Hauptansprüchen.
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In modernen 3D-Druckern zur Herstellung von verschiedensten Komponenten werden diese Komponenten oftmals durch ein Schreiben eines Laserstrahls in einem pulverförmigen oder flüssigen Schichtbildungsmaterial schichtweise zusammengesetzt. Auf diese Weise lassen sich sehr einfach verschiedenste Strukturen mit technisch einfachen und kostengünstigen Mitteln realisieren. Zu beachten ist jedoch, dass für die Herstellung von Komponenten versichert relevante Anwendungen sehr strenge Qualitätsstandards einzuhalten sind, bei denen beispielsweise eine Prüfung auf das Vorliegen von Poren oder Fehldruckstellen sehr aufwändig und kostspielig ist und nicht dem gewünschten Qualitätsstandard entsprechende Teile nicht mehr korrigiert werden können und als Ausschuss zu betrachten sind. Zugleich ist die Durchführung einer solchen Prozess- oder Qualitätskontrolle über eine externe Kamera oder einen externen Scanner erforderlich, was einerseits einen zusätzlichen erforderlichen Bauraum für eine solche Kamera oder einen Scanner erfordert. Möglicherweise können auch Hinterschneidungen, die beim Herstellen der entsprechenden Mehrschicht-Komponente entstehen, eventuell nur mit einer zusätzlichen Mechanik überprüft werden, was wiederum die Kosten für die Überprüfung einer solchen hergestellten Komponente erhöht. Selbst bei Elementen, die für eine Kamera einsehbar sind, sind ermittelte Fehler nur mit einer geringen Toleranz korrigierbar.
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Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Bilden einer Schicht der Mehrschicht-Komponente durch Beaufschlagen eines Schichtbildungsmaterials mit einem Schichtbildungsstrahl;
- - Analysieren der gebildeten Schicht mittels eines Analysestrahls; und
- - Erzeugen zumindest einer weiteren Schicht der Mehrschicht-Komponente durch Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials mit einem weiteren Schichtbildungsstrahl, um die Mehrschicht-Komponente herzustellen.
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Unter einer Mehrschicht-Komponente kann beispielsweise ein Element verstanden werden, welches lagenweise oder schichtweise hergestellt wird oder wurde, wie dies beispielsweise bei einem Bekannten Rapid-Prototyping der Fall ist. Hierbei werden einzelne Lagen beziehungsweise Schichten der Mehrschicht-Komponente beispielsweise durch das Beaufschlagen, wie ein Belichten oder Erhitzen eines pulverförmigen oder flüssigen Schichtbildungsmaterials (beispielsweise eines Metallpulvers oder eines viskosen Harzes oder Kunststoffs) hergestellt. Unter einem Beaufschlagen kann verstanden werden, dass das Schichtbildungsmaterial dem Schichtbildungsstrahl ausgesetzt wird und eine Wirkung in dem Schichtbildungsmaterial erzeugt. Beispielsweise kann das Beaufschlagen, ein Belichten oder Erhitzen des Schichtbildungsmaterials bewirken und Partikel diees Materials miteinander verbinden. Das Beaufschlagen kann beispielsweise unter Verwendung des Schichtbildungsstrahls wie beispielsweise eines Laserstrahls, eines Infrarot-Lichtstrahls und/oder eines Ultraviolett-Licht-Strahls erfolgen, wodurch eine sehr feinkörnige Strukturierung der Schicht aus dem Schichtbildungsmaterial ermöglicht wird. Unter einem Analysestrahl kann beispielsweise ebenfalls ein Laserstrahl, ein Infrarot-Lichtstrahl und/oder ein Ultraviolett-Licht-Strahl verstanden werden. Beispielsweise können auch der Analysestrahl und der Schichtbildungsstrahl physikalisch abweichende oder zumindest nur teilwise gleiche Eigenschaften haben, jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgegeben werden und somit für das Bilden der Schicht bzw. das Analysieren der gebildeten Schicht verwendet werden. Unter einer weiteren Schicht kann eine sich von der Schicht unterscheidende Lage bzw. Schicht der Mehrschicht-Komponente verstanden werden, die beispielsweise eine andere Strukturierung als die Schicht der Mehrschicht-Komponente aufweist.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass eine verbesserte Herstellung eines einer Mehrschicht-Komponente dadurch erreicht werden kann, dass zuerst eine Schicht gebildet wird, diese analysiert wird und hierauf ansprechend eine weitere Schicht auf der Schicht erzeugt wird. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht die Erkennung und möglicherweise die Behebung von Fehlern, die beim Bilden der Schicht entstanden sind, sodass in der Folge eine Möglichkeit besteht, die Mehrschicht-Komponente fehlerfrei herzustellen. Auf diese Weise lässt sich vorteilhafterweise eine Ausschuss-Rate bei der Herstellung der Mehrschicht-Komponente erreichen.
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Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansaztes, bei dem im Schritt des Bildens ein Schichtbildungsstrahl verwendet wird, der von einem Strahlbildungselement gebildet wird, das auch den im Schritt des Analysierens verwendeten Analysestrahl bildet und/oder wobei im Schritt des Analsysierens eine Strahlweiche im Strahlengang des Analysestrahls verwendet wird, um den Analysestrahl auf die gebildete Schicht zu lenken und einen von der gebildeten Schicht reflektierten Anteil des Analysestrahls auf einen Detektor zu lenken. Unter einem Strahl Bildungselement kann beispielsweise eine Lichtquelle wie eine Laserdiode oder dergleichen verstanden werden. Unter einer Strahlweiche kann beispielsweise ein halb- oder teildurchlässiger Spiegel verstanden werden, der einen Lichtstrahl, der in einer ersten Richtung auf die Strahlweiche eintrifft, umgelenkt und einen Lichtstrahl, der aus einer anderen Richtung auf die Strahlweiche eintrifft passieren lässt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, den hier vorgestellten Ansatz mit einer geringen Anzahl von technischen Bauelementen und/oder einem geringen erforderlichen Bauraum realisieren zu können. Verlauf der Weise können für unterschiedliche Schritte erforderliche Baugruppen zusätzlich zur Realisierung von anderen Schritten eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Bildens der Schichtbildungsstrahl in einem Bewegungsweg durch das Schichtbildungsmaterial geführt wird, wobei im Schritt des Analysierens der Analysestrahl zumindest teilweise, insbesondere vollständig in dem Bewegungsweg über die gebildete Schicht geführt wird, um die gebildete Schicht zu analysieren. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, durch den zumindest abschnittsweise gleichen Bewegungsweg des Schichtbildungsstrahls als auch des Analysestrahls sehr schnell und zuverlässig die gebildete Schicht analysieren zu können. Es kann somit vermieden werden, Bereiche im Schichtbildungsmaterial zu analysieren, die nicht von dem Schichtbildungsstrahl erfasst wurden.
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Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Analysierens die gebildete Schicht mit einem erwarteten Schichtmuster vergleichen wird, um einen Fehler in der im Schritt des Bildens gebildeten Schicht zu erkennen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die gebildete Schicht direkt nach dem Bilden (und vor einem Erzeugen einer weiteren Schicht) analysieren zu können, wobei durch die Verwendung eines erwarteten Schichtmusters die Strukturierung der gebildeten Schicht sehr genau und präzise analysiert werden kann. Auf diese Weise lassen sich bereits in einem sehr frühen Herstellungsstadium mögliche Fehler in einer Schicht der Mehrschicht-Komponente erkennen.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei dem nach dem Schritt des Analysierens und vor dem Schritt des Erzeugens ein Schritt des Nachbearbeitens der Schicht ausgeführt wird, wenn im Schritt des Analysierens eine Abweichung der im Schritt des Bildens gebildeten Schicht von dem erwarteten Schichtmuster erkannt wird, insbesondere wobei im Schitt des Nachbearbeitens ein Beaufschlagen der Schicht und/oder des Schichtbildungsmaterials mit dem Schichtbildungsstrahl erfolgt, um den Fehler in der gebildeten Schicht zu beheben. In einem Schritt des Nachbearbeitens der Schicht kann beispielsweise die Schicht oder ein Teil der Schicht nochmals mit dem Schichtbildungsstrahl beaufschlagt, beispielsweise beleuchtet werden, sodass mögliche Fehler bei der Bildung der Schicht behoben werden können. Beispielsweise kann ein Verschmelzen oder Aushärten von bestimmten Partikeln des Schichtbildungsmaterials durch das Nachbearbeiten der Schicht mittels dem erneuten Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials mit dem Schichtbildungsstrahl in einem bestimmten Bereich der Schicht sichergestellt werden, in dem die betreffenden Partikel bei einem ersten Beaufschlagen möglicherweise noch nicht verschmolzen oder ausgewertet wurden. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Qualität der Mehrschicht-Komponente bereits bei der Ausbildung der einzelnen Schichten sicherstellen, sodass eine Ausschuss-Rate bei der Herstellung der Mehrschicht-Komponente sehr gering gehalten werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Schritt des Erzeugens erst dann nach dem Schritt des Analysierens ausgeführt wird, wenn in dem Schritt des Analysierens erkannt wurde, dass die Schicht fehlerfrei gebildet wurde. Gerade hierdurch lässt sich eine schichtweise Analyse der Qualität bei der Ausbildung der unterschiedlichen Schichten der Mehrschicht-Komponente sicherstellen.
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Technisch sehr einfach umzusetzen ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der in dem Schritt des Bildens die Schicht und im Schritt des Erzeugens die weitere Schicht der Mehrschicht-Komponente aus einem pulverförmigen oder flüssigen Schichtbildungsmaterial gebildet oder erzeugt wird und/oder bei der ein Laserstrahl und/oder ein Infrarot-Lichtstrahl und/oder ein Ultraviolett-Licht-Strahl im Schritt des Bildens und/oder im Schritt des Erzeugens als Schichtbildungsstrahl oder im Schritt des Analysierens als Analysestrahl verwendet wird.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes können die Schritte des Verfahrens zyklisch wiederholt ausgeführt werden, um die Mehrschicht-Komponente herzustellen. Auf diese Weise lassen sich Mehrschicht-Komponenten herstellen, die ein sehr hohes Maß an Qualität bzw. an Präzision und Fehlerfreiheit aufweisen.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer Herstellungsvorrichtung einer Mehrschicht-Komponente mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 mehrere Darstellungen unterschiedlicher Stadien bei der Herstellung einer Mehrschicht-Komponente in Verbindung mit Schritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Herstellungsvorrichtung 100 zur Herstellung einer Mehrschicht-Komponente 105. Diese Mehrschicht-Komponente 105 kann durch einen schichtweisen Aufbau hergestellt werden, beispielsweise indem zur Bildung einer (ersten) Schicht 110 ein Schichtbildungsstrahl 115 von einer Strahlquelle 120 (die auch als Strahlbildungselement bezeichnet werden kann) ausgesandt wird, an einer Strahlweiche 125 umgelenkt und auf einen Scanner 130 geführt wird. Der Scanner 130 kann beispielsweise mit einem Spiegel 135 den Schichtbildungsstrahl 115 ablenken und durch eine Optikeinheit 140 und eine Scheibe 142 auf eine Oberfläche eines in einem Schichtbildungsmaterialbehälter 145 befindlichen Schichtbildungsmaterials 150 führen. Das Schichtbildungsmaterial 150 bzw. der Schichtbildungsmaterialbehälter 145 können zur Vermeidung oder Reduktion von Verschmutzungen oder Fehlern bei der Bildung der Schicht 110 in einem gegen eine Außenumgebung hermetisch abgedichteten Gehäuse 152 angeordnet sein.
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Das Schichtbildungsmaterial 150 kann beispielsweise ein pulverförmiges Material oder ein flüssiges Material sein. Denkbar ist beispielsweise, dass sich bei dem Schichtbildungsmaterial 150 um ein Metallpulver oder ein flüssiges Kunststoffmaterial handelt, welches durch den Schichtbildungsstrahl 115, der beispielsweise als Laserstrahl. Infrarot-Lichtstrahl und/oder Ultraviolett-Licht-Strahl implementiert ist, erhitzt wird, sodass Partikel des Schichtbildungsmaterials 150 an denjenigen Stellen miteinander verblieben oder sich fest verwenden, an denen es von dem Schichtbildungsstrahl 115 beaufschlagt bzw. beleuchtet oder erhitzt wird. Die Strukturierung einer (ersten) Schicht 110 aus dem Schichtbildungsaterial 150 erreichen. Hierzu kann der Scanner 130 den Spiegel 135 derart auslenken, dass der Schichtbildungs-strahl 115 zweidimensional über unterschiedliche Bereiche der Oberfläche des Schichtbildungsstrahl Materials 150 überstreichen kann.
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In einer herkömmlichen Herstellungsvorrichtung zur Herstellung der Mehrschicht-Komponente 105 wird nun beispielsweise durch ein Förderelement 155, welches sich im oder unter dem Schichtbildungsmaterialbehälter 145 befindet, die (erste) Schicht 110 abgesenkt, sodass weiteres Schichtbildungsmaterial 150 über die (erste) Schicht 110 strömen kann. Durch ein erneutes Beaufschlagen dieses nun auf die (erste) Schicht 110 geströmten weiteren Schichtbildungsmaterials 150 mit einem Schichtbildungsstrahl 115 entsprechend der vorstehend genannten Beschreibung ließe sich nun auf analoge Weise zur Bildung der (ersten) Schicht 110 eine weitere Schicht 160 erzeugen. Denkbar ist auch noch, dass die vorstehend beschriebene Vorgehensweise zyklisch wiederholt wird, um noch weitere Schichten der Mehrschicht-Komponente 105 zu bilden oder zu erzeugen. Auf diese Weise kann nun die Mehrschicht-Komponente 105 schichtweise zusammengesetzt bzw. hergestellt werden. Problematisch ist nun jedoch, dass einem Auftreten von Fehlern bei der Bildung oder Herstellung der einzelnen Schichten 110 bzw. 160 ein solcher aufgetretener Fehler nur mit hohem Aufwand erkannt geschweige denn repariert werden kann. An dieser Stelle setzt der hier vorgeschlagene Ansatz an.
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Gemäß der dem hier vorgeschlagenen Ansatz erfolgt nach dem Bilden der (ersten) Schicht 110 ein Analysieren dieser gebildeten (ersten) Schicht 110, um beispielsweise Fehler bei der Bildung dieser Schicht 110 erkennen zu können. Hierzu kann beispielsweise von der Strahlquelle 120 ein Analysestrahl 165 ausgesandt werden, wobei dieser Analysestrahl 165 beispielsweise ebenfalls ein Laserstrahl Infrarot-Lichtstrahl und/oder ein Ultraviolett-Licht-Strahl sein kann. Dabei kann dieser Analysestrahl 165 beispielsweise auch eine schwächere Intensität oder eine andere Wellenlänge aufweisen, um nicht die Wirkung im Schichtbildungsmaterial 150 bzw. der Schicht 110 hervorruft, die durch den Schichtbildungsstrahl 115 erzeugt. Der Analysestrahl 165 kann jedoch in den gleichen Strahlengang wie der Schichtbildungsstrahl 115 eingekoppelt werden, sodass dieser Analysestrahl 165 ebenfalls an der Strahlweiche 125 umgelenkt und auf den Spiegel 135 des Scanners 130 gerichtet wird. Wird nun durch den Scanner 130 der Spiegel 135 so angesteuert, dass der Analysestrahl 165 in einem gleichen Bewegungsweg über die erste Schicht 110 geführt wird, kann dies dazu führen, dass an Partikeln der ersten Schicht 110 ein Teil 165' des Analysestrahls 165 reflektiert wird und über die Optikeinheit und den Spiegel 135 des Scanners 130 auf die Strahlweiche 125 zurückgeworfen wird. Die Strahlweiche 125 kann beispielsweise als dichromatischer oder teildurchlässiger Spiegel ausgeführt sein, wobei dann der reflektierte Teil 165' des Analysestrahls 165 objektiv 170 auf einen Sensor 175 geführt wird. Vom Sensor 175 kann dann ein entsprechendes Signal 180 ausgegeben werden, welches zur Erkennung von Fehlern in der ersten Schicht 110 ausgeliefert werden kann. Beispielsweise kann das Signal 180 ein tatsächliches Strukturierungsmuster der ersten Schicht 110 abbilden, welches aus diesem Signal 180 extrahiert und mit einem erwarteten Strukturierungsmuster verglichen wird, wobei eine Abweichung des tatsächlichen Strukturierungsmusters der ersten Schicht von einem erwarteten Strukturierungsmuster für die erste Schicht 110 ein Fehler bei dem Bilden der ersten Schicht 110 erkannt wird. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, einen bei dem Bilden der Schicht 110 (wie natürlich beispielsweise auch in den anderen Schichten wie der weiteren Schicht 160) aufgetretene Fehler zu erkennen, sondern auch zu korrigieren. Hierzu kann beispielsweise die Lichtquelle 120 erneut angesteuert werden, um den Schichtbildungsstrahl 115 auszugeben, der dann durch entsprechende Ansteuerung des Spiegels 135 des Scanners 130 an denjenigen Stellen der ersten Schicht 110 gelenkt wird, die als fehlerhaft strukturiert erkannt wurden. Erst wenn beispielsweise die erste Schicht 110 als fehlerfrei gebildet erkannt wurde, kann in einem nachfolgenden Schritt die weitere Schicht 160 erzeugt werden, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Natürlich kann auch die weitere Schicht 160 in einem erneut ausgeführten Schritt des Analysierens auf das Vorhandensein von bei der Erzeugung aufgetreten Fehlern realisiert werden und gegebenenfalls diese, in der weiteren Schicht 160 aufgetretenen Fehler möglicherweise korrigiert werden.
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Die Vorgehensweise bzw. das Verfahren gemäß einem hier vorgestellten Ansatz oder Ausführungsbeispiel kann in diesem Zusammenhang von einer entsprechenden Vorrichtung 185 gesteuert werden. Beispielsweise kann in einer Bildungseinheit 187 die Strahlquelle 120 und der Scanner 130 derart angesteuert werden, dass die Schicht 110 unter Verwendung des Schichtbildungsstrahls 115 gebildet wird. Nachfolgend kann beispielsweise in einer Analyseeinheit 190 ebenfalls die Strahlquelle 120 sowie der Scanner 130 angesteuert werden, um den Analysestrahl 165 auf die Schicht 110 zu lenken, um einen Teil 165' des Analysestrahls 165 über die Strahlweiche 125, das Objektiv 170 und dem Sensor 175 zu empfangen, ein entsprechendes Signal 180 auf das Vorhandensein eines oder mehrerer Fehler in der Struktur der Schicht 110 auswerten zu können. Wird durch die Analyseeinheit 190 beispielsweise kein Fehler in der Struktur der Schicht 110 erkannt, kann in einer Erzeugungseinheit 195 ebenfalls wieder die Strahlungsquelle 120 sowie der Scanner 130 angesteuert werden, um unter Verwendung eines weiteren Schichtbildungsstrahl 115 die weitere Schicht 160 (auf der Schicht 110) herzustellen.
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2 zeigt schematisch in mehreren Teilfiguren das Vorgehen gemäß einzelnen Schritten eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Verfahrens. Zunächst wird, in der 2A dargestellt ist, von der Herstellungsvorrichtung 100, die beispielsweise auch als MMT (MMD = Micro Maschining Tool = engl. Microherstellungswerkzeug) bezeichnet werden kann, ein Schichtbildungsstrahl 115 auf das Schichtbildungsmaterial 150 gelenkt, um eine Struktur, die gemäß der Abbildung in der 2A sternförmig ist, als erste Schicht 110 zu bilden.
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Wie in der 2A dargestellt ist, treten bei der Bildung der ersten Schicht 110 Fehler auf, derart, dass sich das Schichtbildungsmaterial 145 in Bereichen 200 durch das Beaufschlagen mit dem Schichtbildungsstrahl 115 verwendet. Hierdurch würden Poren oder Löcher als Fehlstellen in der ersten Schicht 110 auftreten, wenn direkt auf die so hergestellte erste Schicht 110 nun die weitere Schicht 160 erzeugt wird.
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Zur Vermeidung von solchen Fehlern wird nun entsprechend der Darstellung aus 2B gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes in einem nachfolgenden Schritt des Analysierens nun von der Herstellungsvorrichtung 100 aus ein Analysestrahl 165 auf die Struktur der ersten Schicht 110 gelenkt und der reflektierte Teil 165' des Analysestrahls 165 ausgewertet, um die Lage und Anzahl der Bereiche 200 zu identifizieren, an welchen die Fehler in der Form der Poren, Löcher oder Fehlstellen liegen.
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In der 2C ist nochmal die Struktur der ersten Schicht 110 in der Form eines Sterns mit den Löchern oder Fehlstellen in den entsprechenden Bereichen 200 dargestellt.
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Um nun eine möglichst fehlerfreie Mehrschicht-Komponente herstellen zu können, wird nun entsprechend der Darstellung aus der 2D von der Herstellungsvorrichtung 100 nochmals ein Schichtbildungsstrahl 115, beispielsweise die Bereiche 200 ausgesandt, in denen die Löcher bzw. Fehlstellen der ersten Schicht 110 erkannt wurden. Auf diese Weise kann durch ein solches Nachbearbeiten eine Verbindung von Partikeln des Schichtbildungsmaterials 145 durch ein nochmaliges Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials 145 durch den Schichtbildungsstrahl 115 erreicht werden, sodass die Fehler in der ersten Schicht 110 repariert werden können.
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Denkbar ist ferner nochmal das Ausführen eines Schritts des Analysierens durch die Herstellungsvorrichtung 100 entsprechend der Darstellung aus 2E, wodurch beispielsweise nochmals ein Analysestrahl 165 auf die Struktur der ersten Schicht 110 gelenkt wird und ein reflektierter Teil 165' des Analysestrahls 165 ausgewertet wird, sodass nun beispielsweise erkannt werden, dass die sternförmige Struktur der ersten Schicht 110 nun fehlerfrei gebildet wurde.
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2F zeigt nun die fehlerfreie gebildete sternförmige Struktur der ersten Schicht 110. Hierauf folgend kann nun beispielsweise die in der 1 dargestellte weitere Schicht 160 auf die erste Schicht 110 erzeugt werden, wobei nun beispielsweise ebenfalls wieder eine Analyse und gegebenenfalls eine Korrektur Fehler der erzeugten weiteren Schicht vorgenommen werden kann, wie dies exemplarisch anhand der in den 2A bis 2F dargestellten Vorgehensweise beschrieben wurde.
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 300 zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Bildens einer Schicht der Mehrschicht-Komponenten durch Beaufschlagen eines Schichtbildungsmaterials mit einem Schichtbildungsstrahl. Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Analysierens der gebildeten Schicht mittels eines Analysestrahls und einen Schritt 330 des Erzeugens zumindest einer weiteren Schicht der Mehrschicht-Komponente durch Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials mit einem weiteren Schichtbildungsstrahl, um die Mehrschicht-Komponente herzustellen.
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Zusammenfassend ist anzumerken, dass durch ein oder mehrere Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes in einem 3D-Druckprozess eine integrierte Drucküberwachung durch das optische System der Lasereinheit (Scanner + Objektjv) erfolgen kann. Die Schicht 110 kann beispielsweise mit Laser gedruckt werden, wobei der Scanner 130 fährt mit Kamera die gleiche Bahn bzw. den gleichen Bewegungsweg abfährt wie bei der Belichtung der Schicht 110. Hierdurch kann eine Bilverarbeitung sehr vereinfacht werden. Zugleich kann auch eine Bildanalyse ausgeführt werden und bei möglichen Fehlstellen oder Poren eine Korrektur eingeleitet werden. Die hier beschriebenen Schritte können bis zur vollständigen Bauteilfertigstellung wiederholt werden. Es kann somit durch die direkte Anslyse der gebildeten bzw. erzeugten Schichten eine schrittweise Aufnahme entstehen, sodass ein Tomografie-Model der Mehrschicht-Kompüonente für eine Endprüfung bereitgestellt werden kann.
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Zugleich braucht mit dem hier vorgestellten Ansatz keine externe Strahlquelle bzw. Optikeinheit verwendet werden, da durch die gemeinsame Nutzung des Strahlengangs für die Bereitstellung des Schichtbildungsstrahls und des Analysestrahls sowohl Bauraum als auch Kosten gespart werden können. Zugleich kann eine hochauflösende Tomographie (beispielsweise eine CT) nach dem Druck entfallen, durch die dann auch keine Korrekturen mehr an den einzelnen Schichten möglich wären. Der hier vorgestellte Ansatz bietet daher Vorteile durch das Vorsehen eines Prozesses mit Inline-Überwachung, sodass keine weitere Prüfung notwendig ist und eine höhere und stabile Qualität erreichbar ist. Zugleich fallen keine enormen Kosten durch Fehlteile bzw. Ausschuss an, d. h. in Bezug auf eine erforderliche Zeit und ein aufzuwendendes Material für die Herstellung der Mehrschicht-Komponent. Ferner kann durch die Dokumentation der Analyseergebnisse pro Schicht auch eine Tomografie als Qualitätsnachweis für Kunden bereitgestellt werden. Es ist daher auch keine externe Prozessüberwachung erforderlich, da eine entsprechende Prozessüberwachung bereits bei der Herstellung dser Komponente integriert ist.
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In einzelnen Ausführungsbeispielen kann daher zunächst ein laserbasiertes Drucken erfolgen, gefolgt von einem. Bildscan und einer Analyse. Hiernach kann dann eine eventuelle Korrektur (biespielsweise ein Nachdrucken von Strukturen erfolgen, worauf wiederum ein Bildscan und eine Analyse ausgeführt werden kann.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
