DE102018204707A1

DE102018204707A1 - Lighting device, selective laser melting system and method

Info

Publication number: DE102018204707A1
Application number: DE102018204707.3A
Authority: DE
Inventors: Dmitriy Mikhaylov; Thomas Kiedrowski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Additive Fertigungsverfahren nutzen häufig Laser, wie beispielsweise beim Selektiven Laserauftragschweisen. Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung 1 zum gerichteten Beleuchten einer Bearbeitungsfläche 3 mit mehreren Laserstrahlen 6 vorgeschlagen, insbesondere für eine SLM-Anlage, mit einer Slidereinrichtung 12 und einer Linearantriebseinheit 13 zur translatorischen Bewegung der Slidereinrichtung 12 in eine Sliderrichtung 14, mit einer Mehrzahl an Ablenkeinheiten 7 zum Ablenken der Laserstrahlen 6 auf die Bearbeitungsfläche 3 in eine Querrichtung 11 zur Sliderrichtung 14, wobei die Ablenkeinheiten 7 an der Slidereinrichtung 12 zur Verschiebung in Sliderrichtung 14 angeordnet sind.Additive manufacturing processes often use lasers, such as in selective laser deposition. It is an illumination device 1 for directionally illuminating a processing surface 3 with a plurality of laser beams 6 proposed, in particular for a SLM system, with a slider device 12 and a linear drive unit 13 for translational movement of the slider device 12 in a slider 14, with a plurality of deflection units 7 for Deflecting the laser beams 6 onto the processing surface 3 in a transverse direction 11 to the slider direction 14, the deflection units 7 being arranged on the slider device 12 for displacement in the slider direction 14.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zum gerichteten Beleuchten einer Bearbeitungsfläche mit Laserstrahlen . Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Slidereinrichtung und eine Linearantriebseinheit zur translatorischen Bewegung der Slidereinrichtung in eine Sliderrichtung relativ zu der Bearbeitungsfläche auf.The invention relates to a lighting device for directionally illuminating a processing surface with laser beams. The illumination device has a slider device and a linear drive unit for the translatory movement of the slider device in a slider direction relative to the processing surface.

Additive Fertigungsverfahren werden zur Herstellung einer Vielzahl an Produkten eingesetzt. Ein solches Verfahren stellt das selektive Laserschmelzen (SLM: selective laser melting) dar. Bei dem SLM-Verfahren wird eine dünne Schicht eines Grundmaterials in Pulverform auf eine Trägereinheit aufgebracht, wonach das Pulver an gewünschten Stellen mit Hilfe eines Laserstrahls umgeschmolzen und verbunden wird. Auf diesen Schritt folgt ein weiteres Auftragen einer Pulverschicht, welches anschließend wieder belichtet und umgeschmolzen wird. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis ein ganzes Bauteil gefertigt ist.Additive manufacturing processes are used to produce a variety of products. One such method is Selective Laser Melting (SLM). In the SLM process, a thin layer of a base material in powder form is applied to a carrier unit, after which the powder is remelted and bonded at desired locations by means of a laser beam. This step is followed by another application of a powder layer, which is subsequently exposed again and remelted. This process continues until an entire component is manufactured.

In solchen SLM-Verfahren wird häufig eine Belichtungsstrategie verwendet, welche zwei Laserscanner zur Ablenkung in zwei Richtungen aufweist. Die Ablenkung in X-Richtung erfolgt dabei mittels eines Scannerspiegels, wobei die Ablenkung in Y-Richtung mithilfe eines zweiten Scannerspiegels erfolgt. Der Strahlengang verläuft dabei häufig von einer Laserquelle in einen Scanner - zum ersten Spiegel, dann zum zweiten Spiegel und von dort aus zum Umschmelzort. Die Ablenkung in X-Richtung erfolgt dabei mittels eines Scanners, wobei die Ablenkung in eine Y-Richtung mit Hilfe eines weiteren Scanners erfolgt. Der Strahlengang verläuft dabei häufig von einer Laserquelle über den ersten Scanner zum zweiten Scanner und von dort aus zum Umschmelzort. Dieses Belichtungsverfahren hat den Nachteil, dass hier immer nur ein Laserstrahl zur gewünschten Position auf dem Pulverbett gelenkt werden kann. Durch das Hinzunehmen weiterer solcher Ablenkeinheiten, bestehend jeweils aus zwei Ablenkspiegeln, steigt der Preis einer solchen Fertigungsanlage immens an, wobei zusätzlich auch der Platzbedarf zum Unterbringen der Vielzahl an Scannern rasant ansteigt.In such SLM methods, an exposure strategy is often used which has two laser scanners for bidirectional deflection. The distraction in X Direction takes place by means of a scanner mirror, the deflection in Y Direction using a second scanner mirror. The beam path often runs from a laser source into a scanner - to the first mirror, then to the second mirror and from there to Umschmelzort. The distraction in X Direction takes place by means of a scanner, the deflection in a Y Direction with the help of another scanner. The beam path often extends from a laser source via the first scanner to the second scanner and from there to Umschmelzort. This exposure method has the disadvantage that only one laser beam can be directed to the desired position on the powder bed. By adding more such deflection units, each consisting of two deflecting mirrors, the price of such a production system increases immensely, in addition, the space required to accommodate the large number of scanners also increases rapidly.

Die Druckschrift DE 1985 39 79 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus einem pulverförmigen Grundmaterial. Die Vorrichtung weist einen Prozessraum mit einem Prozessraumgehäuse auf und eine Trägeranordnung, die in dem Prozessraum angeordnet ist. Auf die Trägeranordnung werden schichtweise Pulverschichten aufgetragen, wobei die oberste Pulverschicht jeweils mit einer Bestrahlungseinrichtung bestrahlt wird und selektiv und/oder punktweise umgeschmolzen wird. Durch das Prozessraumgehäuse und/oder den Prozessraum wird Schutzgas mittels einer Schutzgasfördereinrichtung geleitet, um so das Niederschlagen von Schmutz, verursacht durch Rauchentwicklung beim Aufschmelzen des Werkstoffs, zu verhindern.The publication DE 1985 39 79 A1 , which is probably the closest prior art, describes a device for the production of articles by layering of a powdered base material. The device has a process space with a process space housing and a carrier arrangement which is arranged in the process space. Powder layers are applied in layers on the carrier arrangement, wherein the uppermost powder layer is irradiated in each case with an irradiation device and is selectively and / or pointwise remelted. Protective gas is passed through the process space housing and / or the process space by means of a protective gas delivery device, in order to prevent the precipitation of dirt caused by smoke during the melting of the material.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird eine Anlage zum selektivem Laserschmelzen (SLM-Anlage) mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Weitere Vorteile und/oder Wirkungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.It is proposed a lighting device with the features of claim 1. Furthermore, a system for selective laser melting (SLM system) with the features of claim 14 and a method with the features of claim 15 is proposed. Further advantages and / or effects will become apparent from the following description and the accompanying drawings.

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung zum gerichteten Beleuchten und/oder Bestrahlen einer Bearbeitungsfläche mit einer Mehrzahl an Laserstrahlen vorgeschlagen. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere für eine Anlage der additiven Fertigung und im Speziellen für eine SLM-Anlage. Die Beleuchtungsvorrichtung ist beispielsweise integrierbar in der Anlage zur additiven Fertigung und/oder SLM-Anlage. Die Bearbeitungsfläche ist vorzugsweise eine ebene Fläche. Alternativ kann die Bearbeitungsfläche gekrümmt sein. Die Bearbeitungsfläche weist einen Flächeninhalt von insbesondere mehr als 25 Quadratzentimeter, vorzugsweise mehr als 100 Quadratzentimeter und im Speziellen von mehr als 300 Quadratzentimeter auf. Die Bearbeitungsfläche ist vorzugsweise eine Fläche, welche eine Pulverschicht aufweist und/oder in der obersten Pulverschicht liegt. Die Pulverschicht in der Bearbeitungsfläche wird insbesondere auch die oberste Pulverschicht genannt. Die Laserstrahlen sind beispielsweise von einem Laser-Array bereitgestellt. Die Laserstrahlen besitzen einen Fokus, wobei der Fokus insbesondere in der Bearbeitungsfläche liegt. Die Laserstrahlen und/oder die Beleuchtungsvorrichtung sind zur Multispotbeleuchtung der Bearbeitungsfläche ausgebildet. Die Laserstrahlen sind zum Energieeintrag und/oder zum Aufschmelzen eines Pulvers in der Bearbeitungsfläche ausgelegt.An illumination device is proposed for directionally illuminating and / or irradiating a processing surface with a plurality of laser beams. The lighting device is in particular for a plant of additive manufacturing and in particular for a SLM plant. The lighting device can be integrated, for example, in the plant for additive manufacturing and / or SLM plant. The working surface is preferably a flat surface. Alternatively, the processing surface may be curved. The working surface has a surface area of, in particular, more than 25 square centimeters, preferably more than 100 square centimeters and in particular more than 300 square centimeters. The processing surface is preferably a surface which has a powder layer and / or lies in the uppermost powder layer. In particular, the powder layer in the processing surface is also called the uppermost powder layer. The laser beams are provided, for example, by a laser array. The laser beams have a focus, the focus being in particular in the processing surface. The laser beams and / or the illumination device are designed for multi-spot illumination of the processing surface. The laser beams are designed for energy input and / or for melting a powder in the processing area.

Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine als Linearachseinrichtung ausgebildete Slidereinrichtung auf. Ferner weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Linearantriebseinheit auf. Die Linearantriebseinheit ist antriebstechnisch mit der Slidereinrichtung verbunden, um die Slidereinrichtung translatorisch in eine Sliderrichtung relativ zu der Bearbeitungsfläche zu bewegen. Beispielsweise ist die Bearbeitungsfläche in ein kartesisches Koordinatensystem mit einer X- und einer Y-Achse einteilbar, wobei beispielsweise die Slidereinrichtung in X-Richtung bewegt wird. Die Linearantriebseinheit ist zur gleichförmigen Bewegung der Slidereinrichtung ausgebildet. Alternativ kann die Linearantriebseinheit zur beschleunigten Bewegung der Slidereinrichtung ausgebildet sein. Die Slidereinrichtung wird insbesondere auf einem geraden Weg durch die Linearantriebseinheit bewegt. Die Slidereinrichtung wird von der Linearantriebseinheit ferner vorzugsweise über die Bearbeitungsfläche bewegt. Alternativ oder zusätzlich wird die Bearbeitungsfläche durch die Linearantriebseinheit relativ zu der ortsfesten Slidereinrichtung bewegt.The lighting device has a slider device designed as a linear device. Furthermore, the lighting device has a linear drive unit. The linear drive unit is drivingly connected to the slider means for translating the slider means in a slider direction relative to the processing surface. For example, the machining surface can be divided into a Cartesian coordinate system having an X and a Y axis, for example, the slider device being moved in the X direction. The linear drive unit is for formed uniform movement of the slider device. Alternatively, the linear drive unit can be designed for accelerated movement of the slider device. The slider device is moved in particular on a straight path through the linear drive unit. The slider device is also preferably moved by the linear drive unit over the processing surface. Alternatively or additionally, the processing surface is moved by the linear drive unit relative to the stationary slide device.

Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Mehrzahl an Ablenkeinheiten zum gezielten Ablenken der Laserstrahlen auf die Bearbeitungsfläche in einer Querrichtung zur Sliderrichtung auf. Die Ablenkeinheiten sind dabei ausgebildet, jeweils einen Laserstrahl auf einen gewünschten Punkt in der Bearbeitungsfläche zu lenken. Insbesondere sind die Ablenkeinheiten als Scanner-Einrichtungen ausgebildet. Die Scanner-Einrichtungen weisen dazu beispielsweise ein Spiegelelement auf. Die Laserstrahlen werden durch die Ablenkeinheit in eine Querrichtung zur Sliderrichtung abgelenkt. Die Querrichtung ist beispielsweise die Y-Achse des kartesischen Koordinatensystems, welches durch die Bearbeitungsfläche definiert wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Querrichtung zur Sliderrichtung in einem Ablenkwinkel steht, wobei der Ablenkwinkel beispielsweise zwischen 70 und 110 Grad groß ist. Im Speziellen ist der Ablenkwinkel zwischen 80 und 100 Grad groß und vorzugsweise beträgt der Ablenkwinkel 90 Grad. Die Linearantriebseinheit kann beispielsweise ein Kugelgewindegetriebe, ein Rollengetriebe, einen Hydraulikzylinder oder einen Pneumatikzylinder aufweisen. Insbesondere ist die Linearantriebseinheit als ein elektromechanisches Lineargetriebe ausgebildet und umfasst beispielsweise einen Linearmotor oder einen Linearaktor, im Speziellen basierend auf einem piezoelektrischen Wirkprinzip.The illumination device has a plurality of deflection units for targeted deflection of the laser beams onto the processing surface in a transverse direction to the slider direction. The deflection units are designed to direct a respective laser beam to a desired point in the processing surface. In particular, the deflection units are designed as scanner devices. The scanner devices have, for example, a mirror element. The laser beams are deflected by the deflection unit in a transverse direction to the slider direction. The transverse direction is, for example, the Y-axis of the Cartesian coordinate system, which is defined by the processing surface. In particular, it is provided that the transverse direction to the slider direction is at a deflection angle, wherein the deflection angle is, for example, between 70 and 110 degrees. Specifically, the deflection angle is between 80 and 100 degrees and preferably the deflection angle is 90 degrees. The linear drive unit may comprise, for example, a ball screw gear, a roller gear, a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder. In particular, the linear drive unit is designed as an electromechanical linear drive and includes, for example, a linear motor or a linear actuator, in particular based on a piezoelectric operating principle.

Die Ablenkeinheiten sind insbesondere momententechnisch und/oder antriebstechnisch mit der Linearantriebseinheit zur Verschiebung in Sliderrichtung verbunden. Beispielsweise sind die Ablenkeinheiten an der Slidereinrichtung angeordnet und/oder befestigt. Alternativ können die Ablenkeinheiten mechanisch an der Linearantriebseinheit befestigt sein und von der Linearantriebseinheit so in Sliderrichtung bewegt werden. Insbesondere werden die Ablenkeinheiten zusammen und/oder gleichgerichtet mit der Slidereinrichtung in Sliderrichtung verschoben. Dabei können Ablenkeinheiten und Slidereinrichtung beispielsweise auch beabstandet, aber gleichförmig und/oder gleichartig, verschoben werden.The deflection units are in particular torque-technically and / or drive-technically connected to the linear drive unit for displacement in the slider direction. For example, the deflection units are arranged and / or attached to the slider device. Alternatively, the deflection units may be mechanically attached to the linear drive unit and thus moved in the slider direction by the linear drive unit. In particular, the deflection units are moved together and / or rectified with the slider device in the slider direction. In this case, deflecting units and slider means can also be displaced, for example, at a distance, but uniformly and / or similarly.

Es ist eine Überlegung der Erfindung, eine günstige und zuverlässige Belichtung der Bearbeitungsfläche bereitzustellen, insbesondere durch eine Kombination einer einfachen Linearbewegung und einer Laserstrahlauslenkung mit einer Ablenkeinheit in eine weitere Richtung. Dabei ist es vorgesehen, dass die Slidereinrichtung durch die Linearantriebseinheit über die gesamte Bearbeitungsfläche, beispielsweise das Pulverbett, bewegt wird. Die Auslenkung in die Querrichtung kann dann mittels der Ablenkeinheit erfolgen. Dadurch kann die Bearbeitungsfläche sehr schnell belichtet werden, insbesondere dadurch, dass die Achsen, die Linearantriebseinheit, die Slidereinrichtung und die Ablenkeinheiten aufeinander abgestimmt sind. Ferner kann durch die Beleuchtungsvorrichtung eine hohe Ausnutzung einer Laser-On-Zeit und zur Verfügung stehenden Laser-Leistung gewährleistet werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Mehrzahl an Ablenkeinheiten und Laserstrahlen eine niedrige Belichtungsdauer gewährleistet werden kann und so große Flächen zeitgleich belichtbar sind.It is a consideration of the invention to provide a favorable and reliable exposure of the working surface, in particular by a combination of a simple linear movement and a laser beam deflection with a deflection unit in a further direction. It is provided that the slide device is moved by the linear drive unit over the entire processing surface, for example the powder bed. The deflection in the transverse direction can then take place by means of the deflection unit. As a result, the processing surface can be exposed very quickly, in particular in that the axes, the linear drive unit, the slider device and the deflection units are matched to one another. Furthermore, a high utilization of a laser on time and available laser power can be ensured by the lighting device. Another advantage of the invention is that a low exposure time can be ensured by the plurality of deflection units and laser beams and so large areas can be exposed at the same time.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Ablenkeinheiten als 1D-Scanner ausgebildet sind. Dabei sind die Ablenkeinheiten ausgebildet, den Laserstrahl jeweils nur in eine Richtung, insbesondere eine Dimension, abzulenken. Die Ablenkeinheiten ist dabei als Laserscannereinrichtungen ausgebildet und/oder Teil einer Laserscannereinrichtung. Beispielsweise umfassen die Laserscannereinheiten einen Schwenkspiegel, wobei der Schwenkspiegel beispielsweise ein oszillierender Schwenkspiegel ist. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Ablenkeinheit einen rotierenden Polygonspiegel, einen Palmer-Scanner oder einen Glasfaserscanner umfasst. Im Speziellen kann es vorgesehen sein, dass die Ablenkeinheiten und/oder die Scanner eine Schwenkachse aufweisen, beispielsweise zum Schwenken des Schwenkspiegels, wobei die Schwenkachse beispielsweise gleichgerichtet oder parallel zur Sliderrichtung angeordnet ist.It is particularly preferred that the deflection units are formed as a 1D scanner. In this case, the deflection units are designed to divert the laser beam only in one direction, in particular one dimension. The deflection units is designed as laser scanner devices and / or part of a laser scanner device. By way of example, the laser scanner units comprise a pivoting mirror, wherein the pivoting mirror is, for example, an oscillating pivoting mirror. Furthermore, it can be provided that the deflection unit comprises a rotating polygon mirror, a Palmer scanner or a glass fiber scanner. In particular, it may be provided that the deflection units and / or the scanners have a pivot axis, for example for pivoting the pivoting mirror, wherein the pivot axis is arranged, for example rectified or parallel to the slider direction.

Optional ist es vorgesehen, dass der Laserstrahl von den Ablenkeinheiten jeweils in eine Ablenkrichtung ablenkbar ist. Die Ablenkrichtung ist vorzugsweise gleichgerichtet zur Querrichtung und/oder definiert die Querrichtung. Dabei ist es vorgesehen, dass die Ablenkeinheiten so angeordnet sind, dass die Ablenkrichtungen gleichgerichtet sind. Insbesondere sind die Ablenkrichtungen der Ablenkeinheiten parallel angeordnet. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Ablenkrichtungen der Ablenkeinheiten gewinkelt zueinander angeordnet sind, beispielsweise einen Winkel zwischen 0 und 20 Grad einschließen.Optionally, it is provided that the laser beam can be deflected by the deflection units in each case in a deflection direction. The deflection direction is preferably rectified to the transverse direction and / or defines the transverse direction. It is provided that the deflection units are arranged so that the deflection directions are rectified. In particular, the deflection directions of the deflection units are arranged in parallel. Alternatively, it can be provided that the deflection directions of the deflection units are arranged at an angle to each other, for example, include an angle between 0 and 20 degrees.

Insbesondere wird der Laserstrahl mittels der Ablenkeinheit um jeweils einen Ablenkweg abgelenkt. Die Ablenkwege der unterschiedlichen Ablenkeinheiten können gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Die Ablenkeinheiten sind so angeordnet, dass sich die Ablenkwege benachbarter Ablenkeinheiten lückenlos aneinander anreihen und/oder aneinander anschließen. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Ablenkeinheiten angeordnet sind, dass die Ablenkwege von benachbarten Ablenkeinheiten einen Überlapp aufweisen. Der Überlapp basiert auf der Überlegung, dass eine lückenlose Bestrahlung der Bearbeitungsfläche sichergestellt werden kann und so eine zuverlässige Beleuchtungsvorrichtung bereitstellbar ist.In particular, the laser beam is deflected by the deflection unit by a respective deflection path. The deflection paths of the different deflection units can be the same size or different sizes. The deflection units are arranged so that the deflection paths of adjacent deflection units line up seamlessly and / or connect to each other. Furthermore, it can be provided that the deflection units are arranged such that the deflection paths of adjacent deflection units overlap. The overlap is based on the consideration that a complete irradiation of the processing surface can be ensured and thus a reliable lighting device can be provided.

Die Ablenkwege einer Ablenkeinheit sind vorzugsweise größer als ein Zentimeter und im Speziellen größer als zwei Zentimeter. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Ablenkwege einer Ablenkeinheit nach oben begrenzt sind, beispielsweise sind die Ablenkwege kleiner als zehn Zentimeter und im Speziellen kleiner als sechs Zentimeter.The deflection paths of a deflection unit are preferably greater than one centimeter, and more particularly greater than two centimeters. Furthermore, it can be provided that the deflection paths of a deflection unit are limited to the top, for example, the deflection paths are less than ten centimeters and in particular less than six centimeters.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl an Lasereinheiten zur Generierung von jeweils mindestens einem Laserstrahl aufweist. Die Anzahl an Lasereinheiten entspricht vorzugsweise der Anzahl an Ablenkeinheiten. Die Lasereinheiten weisen vorzugsweise einen Gaslaser, einen Festkörperlaser oder einen Halbleiterlaser auf. Die Lasereinheiten sind zur Ausgabe eines gepulsten Laserstrahls oder eines Dauer-Laserstrahls ausgebildet. Die Lasereinheiten können auch ausgebildet sein, eine Mehrzahl an Laserstrahlen auszugeben, wobei beispielsweise die zwei oder mehr ausgegebenen Laserstrahlen auf eine oder mehrere Ablenkeinheiten gerichtet sein können. Insbesondere sind die Lasereinheiten so angeordnet, dass die ausgegebenen Laserstrahlen jeweils zu einer Ablenkeinheit gerichtet sind. Der Strahlverlauf ist dabei insbesondere so, dass er von der Lasereinheit ausgeht und über die Ablenkeinheit zur Bearbeitungsfläche führt.An embodiment of the invention provides that the illumination device has a plurality of laser units for generating in each case at least one laser beam. The number of laser units preferably corresponds to the number of deflection units. The laser units preferably have a gas laser, a solid-state laser or a semiconductor laser. The laser units are designed to output a pulsed laser beam or a continuous laser beam. The laser units may also be configured to output a plurality of laser beams, wherein, for example, the two or more output laser beams may be directed to one or more deflection units. In particular, the laser units are arranged so that the output laser beams are respectively directed to a deflection unit. The beam path is in particular such that it starts from the laser unit and leads via the deflection unit to the processing surface.

Optional ist es vorgesehen, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Laserstrahls auf die Bearbeitungsfläche aufweist. Vorzugsweise ist die Fokussiereinrichtung Teil der Ablenkeinheit. Die Fokussiereinrichtungen sind im Speziellen im Strahlengang nach der Ablenkeinheit angeordnet. Insbesondere ist die Fokussiereinrichtung zwischen der Ablenkeinheit und der Bearbeitungsfläche angeordnet. Alternativ ist die Fokussiereinrichtung vor der Ablenkeinheit angeordnet. Beispielsweise weist die Fokussiereinrichtung eine Strahlengangsrichtung verschiebbare Linse auf, zur Verstellung der Divergenz des Laserstrahls in Realtime. Die Fokussiereinrichtung kann beispielsweise eine Mehrzahl an Linsen umfassen, im Speziellen kann die Fokussiereinrichtung auch eine Blende umfassen.Optionally, it is provided that the illumination device has a focusing device for focusing the laser beam onto the processing surface. Preferably, the focusing device is part of the deflection unit. The focusing means are in particular arranged in the beam path after the deflection unit. In particular, the focusing device is arranged between the deflection unit and the processing surface. Alternatively, the focusing device is arranged in front of the deflection unit. By way of example, the focusing device has a lens displaceable on the beam path, for adjusting the divergence of the laser beam in real time. For example, the focusing device may comprise a plurality of lenses, in particular the focusing device may also comprise a diaphragm.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Fokussiereinrichtung ein F-Theta-Objektiv umfasst. Im Speziellen kann das F-Theta-Objektiv ein telezentrisches F-Theta-Objektiv sein. Ferner kann das F-Theta-Objektiv als ein farbkorrigiertes F-Theta-Objektiv und/oder als ein multispektrales F-Theta-Objektiv ausgebildet sein.It is particularly preferred that the focusing device comprises an F-theta objective. In particular, the F-theta objective may be a telecentric F-theta objective. Further, the F-theta lens may be formed as a color-corrected F-theta lens and / or as a multi-spectral F-theta lens.

Vorzugsweise umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine Ansteuereinheit. Die Ansteuereinheit kann als ein Mikrochip, als eine Rechnereinheit oder ein Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Ansteuereinheit kann in der Slidereinrichtung, in der Linearantriebseinheit oder in der Ablenkeinheit integriert sein. Alternativ ist die Ansteuereinheit eine externe Einheit, welche datentechnisch mit der Slidereinrichtung, der Linearantriebseinheit und/oder der Ablenkeinheit verbunden ist. Die Ansteuereinheit ist ausgebildet, die Linearantriebseinheit zur translatorischen Bewegung der Slidereinrichtung anzusteuern und die Ablenkeinheiten zum Ablenken des Laserstrahls anzusteuern. Die Ansteuereinheit kann insbesondere die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Bewegung der Slidereinrichtung bestimmen und/oder regeln. Ferner kann die Slidereinrichtung, insbesondere dessen Bewegung, mittels der Ansteuereinheit gestoppt und/oder gestartet werden. Die Ansteuereinheit ist ferner ausgebildet, die translatorische Bewegung der Ablenkeinheiten zu steuern. Dabei ist die Ansteuereinheit beispielsweise ausgebildet, die Ablenkeinheiten gleichförmig mit der Slidereinrichtung zu bewegen, dass diese beispielsweise äquidistant bewegt werden. Mittels der Ansteuereinheit ist insbesondere auch der Ablenkwinkel, der Ablenkweg und/oder die Ablenkrichtung einer Ablenkeinheit einstellbar.Preferably, the lighting device comprises a drive unit. The drive unit can be designed as a microchip, as a computer unit or a microcontroller. The drive unit may be integrated in the slider device, in the linear drive unit or in the deflection unit. Alternatively, the drive unit is an external unit, which is data-technically connected to the slider device, the linear drive unit and / or the deflection unit. The drive unit is designed to drive the linear drive unit for translatory movement of the slider device and to control the deflection units for deflecting the laser beam. In particular, the drive unit can determine and / or regulate the speed and / or acceleration of the movement of the slide device. Furthermore, the slider device, in particular its movement, can be stopped and / or started by means of the drive unit. The drive unit is also designed to control the translatory movement of the deflection units. In this case, the drive unit is designed, for example, to move the deflection units uniformly with the slider device so that they are moved, for example, equidistantly. In particular, the deflection angle, the deflection path and / or the deflection direction of a deflection unit can also be adjusted by means of the drive unit.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Ansteuereinheit ausgebildet ist, die Linearantriebseinheit und die Ablenkeinheit so anzusteuern, dass die translatorische Bewegung der Slidereinrichtung und die Querablenkung des Laserstrahls durch die Ablenkeinheiten gleichzeitig erfolgen. Dabei wird beispielsweise der Laserstrahl kontinuierlich in der Querrichtung, beispielsweise oszillierend, hin- und herbewegt, während die Slidereinrichtung gleichförmig in Sliderrichtung vorgeschoben und/oder bewegt wird. Durch die Überlagerung der beiden Bewegungen, der Querbewegung und der Bewegung in Sliderrichtung, wird unter einem Winkel zur Querrichtung belichtet. Von außen betrachtet wird die Bearbeitungsfläche so in einem Zick-Zack- und/oder Sägezahnmuster durch den Laserstrahl beleuchtet.It is particularly preferred that the drive unit is designed to control the linear drive unit and the deflection unit in such a way that the translatory movement of the slider device and the transverse deflection of the laser beam by the deflection units occur simultaneously. In this case, for example, the laser beam is continuously reciprocated in the transverse direction, for example oscillating, while the slider device is advanced and / or moved uniformly in the slider direction. The superimposition of the two movements, the transverse movement and the movement in the direction of the slider, illuminates at an angle to the transverse direction. Seen from the outside, the processing surface is illuminated in a zigzag and / or sawtooth pattern by the laser beam.

Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Ansteuereinheit ausgebildet ist, die Linearantriebseinheit und die Ablenkeinheit so anzusteuern, dass die Querablenkung des Laserstrahls erfolgt, wenn die Slidereinrichtung nicht in translatorischer Bewegung ist und/oder stationär ist. Beispielsweise wird der Laserstrahl in Querrichtung abgelenkt, wenn die Slidereinrichtung ruht, wobei die Ablenkung des Laserstrahls in Querrichtung von einem Anfangs- zu einem Endpunkt erfolgt. Nach dem Bestrahlen und/oder dem Ablenken des Laserstrahls wird die Slidereinrichtung in Sliderrichtung weiterbewegt, wobei bei diesem Weiterbewegen der Slidereinrichtung der Laser vom Endpunkt zum Anfangspunkt zurückgeführt wird. Diese Ausgestaltung hat die Überlegung zugrunde, dass die Belichtung der Bearbeitungsfläche ohne Winkelversatz zur Querrichtung erfolgen kann.Alternatively, it can be provided that the drive unit is designed to control the linear drive unit and the deflection unit in such a way that the transverse deflection of the laser beam takes place when the slider device is not in translatory motion and / or stationary. For example, the laser beam is deflected in the transverse direction when the slider device is at rest, with the deflection of the laser beam in the transverse direction from a start to an end point. After irradiation and / or the deflection of the laser beam, the slider device is moved in the slider direction, wherein in this further movement of the slider device, the laser is returned from the end point to the starting point. This embodiment is based on the consideration that the exposure of the processing surface can be made without angular offset to the transverse direction.

Optional weist die Slidereinrichtung eine Pulverauftragungseinheit zum Auftragen von Pulverschichten auf. Die Pulverauftragungseinheit weist beispielsweise einen Pulvertrichter und eine Dosiereinrichtung auf. Mittels der Pulverauftragungseinheit ist eine dünne Pulverschicht, beispielsweise dünner als ein Millimeter auftragbar. Insbesondere ist die Pulverauftragungseinheit ausgebildet, bei einem Verschieben der Slidereinrichtung entlang der Sliderrichtung eine Fläche an Pulver aufzutragen. Die Pulverauftragungseinheit weist eine Breitenerstreckung auf, wobei die Breitenerstreckung vorzugsweise senkrecht zur Sliderrichtung steht. Insbesondere wird entlang der Breitenerstreckung das Pulver für die Pulverschicht gleichzeitig aufgetragen.Optionally, the slider device has a powder application unit for applying powder layers. The powder application unit has, for example, a powder funnel and a metering device. By means of the powder application unit, a thin powder layer, for example, thinner than a millimeter can be applied. In particular, the powder application unit is designed to apply an area of powder when the slider device is moved along the slider direction. The powder application unit has a width extension, wherein the width extension is preferably perpendicular to the direction of the slider. In particular, the powder for the powder layer is applied simultaneously along the widthwise extension.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Kopplungsschnittstelle zur Kopplung mit einer weiteren dergleichen Beleuchtungsvorrichtung aufweist. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Kopplungsschnittstelle und eine Gegenkopplungsschnittstelle aufweisen, wobei die Kopplungsschnittstelle mit der Gegenkopplungsschnittstelle einer weiteren dergleichen Beleuchtungsvorrichtung koppelbar ist. Die Kopplungsschnittstelle und/oder die Kopplungsgegenschnittstelle sind beispielsweise als eine mechanische und/oder elektromagnetische Schnittstelle ausgebildet. Im Speziellen kann die Kopplungsschnittstelle als eine Schnappschnittstelle ausgebildet sein. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, welche modular ausgebildet ist und bei Bedarf erweitert werden kann. Insbesondere sind die Kopplungsschnittstelle und/oder die Kopplungsschnittstelle so angeordnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung in Querrichtung erweiterbar sind und/oder erweitert werden.An embodiment of the invention provides that the lighting device has a coupling interface for coupling with another similar lighting device. In particular, it can be provided that the lighting device has a coupling interface and a negative feedback interface, wherein the coupling interface with the negative feedback interface of another such lighting device can be coupled. The coupling interface and / or the coupling counter interface are designed, for example, as a mechanical and / or electromagnetic interface. In particular, the coupling interface may be formed as a snap interface. This embodiment is based on the consideration to provide a lighting device which is modular and can be expanded if necessary. In particular, the coupling interface and / or the coupling interface are arranged so that the illumination device can be extended and / or expanded in the transverse direction.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Ablenkeinheit als ein Galvanometerscanner ausgebildet ist. Der Galvanometerscanner ist als ein elektrooptisches Bauteil ausgebildet und weist insbesondere einen drehbaren Spiegel auf, wobei der Laserstrahl mit einer hohen Genauigkeit und Wiederholbarkeit ablenkbar und/oder positionierbar ist. Der Galvanometerscanner weist als eine Antriebseinheit ein Galvanometer auf.It is particularly preferred that the deflection unit is designed as a galvanometer scanner. The galvanometer scanner is designed as an electro-optical component and in particular has a rotatable mirror, wherein the laser beam can be deflected and / or positioned with high accuracy and repeatability. The galvanometer scanner has a galvanometer as a drive unit.

Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Anlage zum selektivem Laserschmelzen (SLM-Anlage). Die SLM-Anlage ist eine Selective-Laser-Melting-Anlage. Die SLM-Anlage weist mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere wie vorher beschrieben, auf. Ferner kann die SLM-Anlage ein Gehäuse aufweisen, wobei in dem Gehäuse die Beleuchtungsvorrichtung mindestens teilweise angeordnet ist. Die SLM-Anlage weist einen Träger auf. Auf den Träger ist mittels einer Pulverauftragungseinheit eine Pulverschicht auftragbar. Insbesondere ist der Träger ausgebildet, dass die jeweils oberste Pulverschicht in einer Trägerebene angeordnet ist. Beispielsweise ist dazu der Träger mittels einer Hubeinheit in der Höhe verstellbar, sodass die oberste Pulverschicht jeweils auf der entsprechenden Höhe angeordnet ist. Insbesondere bildet die jeweils oberste Pulverschicht die Bearbeitungsfläche. Die Beleuchtungsvorrichtung ist ausgebildet, die Laserstrahlen mittels der Ablenkeinheiten auf die Bearbeitungsfläche abzulenken, wobei das Ablenken insbesondere ein gezieltes Ablenken auf einen gewünschten Punkt ist.Another object of the invention is a system for selective laser melting (SLM system). The SLM system is a selective laser melting system. The SLM system has at least one lighting device, in particular as previously described. Furthermore, the SLM system can have a housing, wherein the illumination device is arranged at least partially in the housing. The SLM system has a carrier. A powder layer can be applied to the carrier by means of a powder application unit. In particular, the carrier is formed such that the respectively uppermost powder layer is arranged in a carrier plane. For example, the support is adjustable by means of a lifting unit in height, so that the uppermost powder layer is arranged in each case at the appropriate height. In particular, the respective uppermost powder layer forms the processing surface. The illumination device is designed to deflect the laser beams by means of the deflection units onto the processing surface, wherein the deflection is, in particular, a targeted deflection to a desired point.

Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Beleuchten einer Bearbeitungsfläche. Dabei wird eine Slidereinrichtung in eine Sliderrichtung relativ zu der Bearbeitungsfläche bewegt, wobei das Bewegen in Sliderrichtung vorzugsweise mit einer Linearantriebseinheit erfolgt. Gleichförmig mit der Slidereinrichtung wird eine Mehrzahl an Ablenkeinheiten relativ zu der Bearbeitungsfläche bewegt. Dabei sind die Ablenkeinheiten beispielsweise momententechnisch und/oder mechanisch mit der Slidereinrichtung und/oder der Linearantriebseinheit verbunden. Mittels der Ablenkeinheiten wird jeweils ein Laserstrahl abgelenkt, wobei die Ablenkung des Laserstrahls in Querrichtung erfolgt, wobei die Querrichtung vorzugsweise senkrecht zur Sliderrichtung ist.Another object of the invention is a method for illuminating a processing surface. In this case, a slider device is moved in a slider direction relative to the processing surface, wherein the movement in the slider direction preferably takes place with a linear drive unit. Uniformly with the slider means, a plurality of deflection units are moved relative to the processing surface. The deflection units are, for example, torque-related and / or mechanically connected to the slider device and / or the linear drive unit. By means of the deflection units, a laser beam is deflected in each case, wherein the deflection of the laser beam takes place in the transverse direction, wherein the transverse direction is preferably perpendicular to the slider direction.

Weitere Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
3a, 3b und 3c eine Möglichkeit die anzusteuern;
4a, 4b und 4c eine weitere Möglichkeit die anzusteuern.

Further advantages and effects will be apparent from the attached figures and their description. Showing:

1 a first embodiment of a lighting device;
2 a second embodiment of a lighting device;
3a . 3b and 3c a way to go for it;
4a . 4b and 4c Another way to go for it.

1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 1 für eine SLM-Anlage. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 kann insbesondere Teil der SLM-Anlage sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 ist ausgebildet, eine Pulverschicht 2 zu beleuchten und diese punktuell aufzuschmelzen und so ein Objekt zu erzeugen. Die SLM-Anlage weist einen Träger auf, wobei auf dem Träger eine Pulverschicht 2 auftragbar ist. Die Pulverschicht 2 ist aus einem Metallpulver oder einem Pulver mit Keramikanteil ausgebildet. Die Pulverschicht 2 ist vorzugsweise eben, alternativ kann die Pulverschicht 2 gekrümmt ausgebildet sein. Die SLM-Anlage ist so ausgebildet, dass die oberste Pulverschicht 2 jeweils in einer Bearbeitungsebene liegt, wobei die Bearbeitungsebene durch ein festgelegtes Höhenniveau bestimmt ist. Die oberste Pulverschicht 2 bestimmt eine Bearbeitungsfläche 3. Die Bearbeitungsfläche 3 ist in einem kartesischen Koordinatensystem 4, welches durch eine X-, Y- und Z-Achse definiert ist in diesem Beispiel durch die X-, Y-Ebene des kartesischen Koordinatensystems 4 beschreibbar. 1 shows a lighting device 1 for a SLM system. The lighting device 1 may in particular be part of the SLM system. The lighting device 1 is formed, a powder layer 2 to illuminate and to melt them at certain points and thus to create an object. The SLM system has a carrier, wherein on the carrier a powder layer 2 is orderable. The powder layer 2 is formed of a metal powder or a ceramic component powder. The powder layer 2 is preferably even, alternatively, the powder layer 2 be formed curved. The SLM plant is designed so that the topmost powder layer 2 each lie in a working plane, wherein the working plane is determined by a fixed height level. The topmost powder layer 2 determines a working surface 3 , The working surface 3 is in a Cartesian coordinate system 4 , which by a X - Y - and Z Axis is defined in this example by the X - Y Plane of the Cartesian coordinate system 4 writable.

Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Lasereinheit 5 auf. Die Lasereinheit 5 ist zur Ausgabe eines Laserstrahls 6, kurz auch Laser genannt, ausgebildet. Die oberste Pulverschicht 2 wird mittels des Laserstrahls 6 punktuell aufgeschmolzen. Dabei wird Energie in diesen Punkt der obersten Pulverschicht 2 eingebracht. Die Lasereinheit 5 ist zur Erzeugung eines gepulsten Laserstrahls 6 mit hoher Leistungsdichte ausgebildet. Die Lasereinheit 5 ist hierbei so angeordnet, dass der Strahlengang im Ausgangsbereich der Lasereinheit 5 parallel und/oder gleichgerichtet zur Bearbeitungsfläche ist und im Speziellen zur X-Achse des kartesischen Koordinatensystems 4.The lighting device 1 has a laser unit 5 on. The laser unit 5 is to output a laser beam 6 , also called laser for short. The topmost powder layer 2 is by means of the laser beam 6 occasionally melted. This energy is in this point of the uppermost powder layer 2 brought in. The laser unit 5 is for generating a pulsed laser beam 6 designed with high power density. The laser unit 5 is arranged so that the beam path in the output region of the laser unit 5 parallel and / or rectified to the working surface and in particular to X Axis of the Cartesian coordinate system 4 ,

Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Ablenkeinheit 7 auf. Die Ablenkeinheit 7 umfasst einen Spiegel 8 und einen Motor 9. Der Spiegel 8 ist an einer Drehachse 10 schwenkbar gelagert. Insbesondere ist der Motor 9 so mit der Drehachse 10 verbunden, dass durch den Betrieb des Motors 9 der Spiegel 8 schwenkbar ist. Der Spiegel 8 ist dabei um einen Schwenkwinkel Φ schwenkbar.The lighting device 1 has a deflection unit 7 on. The deflection unit 7 includes a mirror 8th and a motor 9 , The mirror 8th is on a rotation axis 10 pivoted. In particular, the engine 9 so with the axis of rotation 10 connected by the operation of the engine 9 the mirror 8th is pivotable. The mirror 8th is about a tilt angle Φ pivotable.

Der Spiegel 8 und insbesondere die Ablenkeinheit 7 sind im Strahlengang zwischen der Lasereinheit 5 und der Bearbeitungsfläche 3 angeordnet. Der Laserstrahl 6 kommend aus der Lasereinheit 5 trifft auf den Spiegel 8 und wird vom Spiegel 8 auf die Bearbeitungsfläche 3 abgelenkt. Durch das Schwenken des Spiegels 8 um die Drehachse 10 ist der Laserstrahl 6 in eine Querrichtung 11 ablenkbar. Die Querrichtung 11 ist dabei gleichgerichtet zur Y-Achse des kartesischen Koordinatensystems 4. Die Drehachse 10 schließt mit der Bearbeitungsfläche 3 und dem Laserstrahl 6 am Ausgang der Lasereinheit 5 einen Winkel α ein. Der Winkel α ist dabei kleiner gleich 80 Grad.The mirror 8th and in particular the deflection unit 7 are in the beam path between the laser unit 5 and the working surface 3 arranged. The laser beam 6 coming from the laser unit 5 meets the mirror 8th and is from the mirror 8th on the working surface 3 distracted. By pivoting the mirror 8th around the axis of rotation 10 is the laser beam 6 in a transverse direction 11 distractible. The transverse direction 11 is the same as for Y Axis of the Cartesian coordinate system 4 , The rotation axis 10 closes with the working surface 3 and the laser beam 6 at the output of the laser unit 5 an angle α. The angle α is less than or equal to 80 degrees.

Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Slidereinrichtung 12 auf. Die Slidereinrichtung 12 ist momententechnisch und mechanisch mit einer Linearantriebseinheit 13 verbunden. Die Linearantriebseinheit 13 ist ausgebildet die Slidereinrichtung 12 in eine Sliderrichtung 14 zu verschieben. Die Sliderrichtung 14 ist dabei gleichgerichtet zur X-Achse des kartesischen Koordinatensystems 4 und steht senkrecht zur Querrichtung 11 in welche der Laserstrahl 6 durch die Ablenkeinheit 7 abgelenkt wird.The lighting device 1 has a slider device 12 on. The slider device 12 is torque and mechanical with a linear drive unit 13 connected. The linear drive unit 13 is formed the slider device 12 in a slider direction 14 to move. The slider direction 14 is the same as for X Axis of the Cartesian coordinate system 4 and is perpendicular to the transverse direction 11 into which the laser beam 6 through the deflection unit 7 is distracted.

Die Ablenkeinheit 7 ist mechanisch mit der Slidereinrichtung 12 verbunden. Beispielsweise ist die Drehachse 10 und/oder der Motor 9 mechanisch mit der Slidereinrichtung 12 verbunden oder an diese gekoppelt. Durch das Verschieben der Slidereinrichtung 12 in Sliderrichtung 14 wird auch die Ablenkeinheit 7 in Sliderrichtung 14 verschoben. Nachdem mittels der Ablenkeinheit 7 der Laserstrahl 6 nur in einer Richtung gleichgerichtet zur Y-Achse, also der Querrichtung, ablenkbar ist, kann der Laserstrahl 6 durch Verschieben der Slidereinrichtung 12 in Sliderrichtung 14 und damit durch das Verschieben der Ablenkeinheit 7 auf der Auftreffpunkt des Laserstrahls in X-Richtung also in der Sliderrichtung verschoben werden. Damit wird eine Beleuchtungsvorrichtung 1 bereitgestellt, welche mit nur einer Ablenkeinheit 7, beispielsweise einem Spiegelscanner auskommt und so platzsparend und günstig herstellbar und bereitstellbar ist.The deflection unit 7 is mechanical with the slider device 12 connected. For example, the rotation axis 10 and / or the engine 9 mechanically with the slider device 12 connected or coupled to this. By moving the slider device 12 in slider direction 14 will also be the deflection unit 7 in slider direction 14 postponed. After using the deflection unit 7 the laser beam 6 only in one direction rectified to Y -Axis, so the transverse direction, is deflected, the laser beam 6 by moving the slider device 12 in slider direction 14 and thus by moving the deflection unit 7 at the point of impact of the laser beam in X Direction are shifted in the slider direction. This is a lighting device 1 provided with only one deflection unit 7 , For example, a mirror scanner manages and so space-saving and inexpensive to produce and provide.

Mittels der Ablenkeinheiten 7 sind die Laserstrahlen 6 jeweils in eine Ablenkrichtung, auch Querrichtung 11 genannt, ablenkbar. Die Ablenkeinheiten 7 sind dabei so angeordnet, dass die Ablenkrichtungen und/oder Querrichtungen 11 der einzelnen Ablenkeinheiten 7 gleichgerichtet und/oder parallel sind. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Lasereinheiten 5 so angeordnet sind, dass der Strahlengang am Ausgang der Lasereinheiten 5 gleichgerichtet sind und ferner dass die Drehachsen 10 der unterschiedlichen Ablenkeinheiten 7 ebenfalls gleichgerichtet sind. Die Drehachsen 10 sind in einer Projektion auf die X-, Y-Ebene gleichgerichtet zur Sliderrichtung 14. Mittels der Ablenkeinheiten 7 sind die Laserstrahlen 6 jeweils um einen Ablenkweg ablenkbar. Die Ablenkeinheiten 7 sind so angeordnet, dass sich die Ablenkwege lückenlos aneinander anschließen.By means of the deflection units 7 are the laser beams 6 in each case in a deflection direction, also transverse direction 11 called, distractible. The distraction units 7 are arranged so that the deflection directions and / or transverse directions 11 the individual distraction units 7 rectified and / or parallel. This happens, for example, in that the laser units 5 are arranged so that the beam path at the output of the laser units 5 are rectified and further that the axes of rotation 10 the different distraction units 7 are also rectified. The axes of rotation 10 are in a projection on the X, Y plane rectified to the slider direction 14 , By means of the deflection units 7 are the laser beams 6 each deflectable by a deflection. The distraction units 7 are arranged so that the deflection paths join each other gapless.

2 zeigt einen Teilausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungsvorrichtung 1. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist mehrere Lasereinheiten 5 auf, welche einen Laserstrahl 6 auf einen Spiegel 8 einer Ablenkeinheit 7 ausstrahlen, wobei der Laserstrahl 6 von dem Spiegel 8 auf die Bearbeitungsfläche 3 abgelenkt wird. 2 shows a partial section of a second embodiment of the lighting device 1 , The lighting device 1 has several laser units 5 on which a laser beam 6 on a mirror 8th a deflection unit 7 emitting, with the laser beam 6 from the mirror 8th on the working surface 3 is distracted.

Im Strahlengang ist zwischen der Ablenkeinheit 7, insbesondere dem Spiegel 8 und der Bearbeitungsfläche 3 eine Fokussiereinrichtung 15 angeordnet. Die Fokussiereinrichtung 15 weist beispielsweise eine oder mehrere Linsen auf. Die Fokussiereinrichtung 15 ist im Speziellen als eine F-Teta-Optik ausgebildet, sodass der Laserstrahl scharf und fokussiert auf die Bearbeitungsfläche 3 ablenkbar ist. Die Fokussiereinrichtung 15 ist mechanisch an die Slidereinrichtung 12 und/oder die Linearantriebseinheit 13 gekoppelt, sodass die Fokussiereinrichtung 15 zusammen mit der Slidereinrichtung 12 und der Ablenkeinheit 7 in Sliderrichtung 14 bewegt wird.In the beam path is between the deflection unit 7 , especially the mirror 8th and the working surface 3 a focusing device 15 arranged. The focusing device 15 has, for example, one or more lenses. The focusing device 15 is specifically designed as an F-teta optic, so that the laser beam is focused and focused on the processing surface 3 is distractible. The focusing device 15 is mechanical to the slider device 12 and / or the Linear drive unit 13 coupled, so the focusing device 15 together with the slider device 12 and the deflection unit 7 in slider direction 14 is moved.

Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Pulverauftragungseinheit 16 auf. Die Pulverauftragungseinheit 16 ist mechanisch an die Linearantriebseinheit 13 und im Speziellen an die Slidereinrichtung 12 gekoppelt. Somit wird die Pulverauftragungseinheit 16 beim Bewegen der Slidereinrichtung 12 in Sliderrichtung 14 mitbewegt. Die Pulverauftragungseinheit 16 weist beispielsweise einen Trichter auf. In dem Trichter ist ein Pulver angeordnet, welches auf die Bearbeitungsfläche 3 dosiert wird und so die oberste Pulverschicht 2 bildet. Durch das Bewegen der Pulverauftragungseinheit 16 in Sliderrichtung 14 wird die oberste Pulverschicht in Richtung der Sliderrichtung 14 aufgetragen.The lighting device 1 has a powder application unit 16 on. The powder application unit 16 is mechanically to the linear drive unit 13 and in particular to the slider device 12 coupled. Thus, the powder application unit becomes 16 when moving the slider device 12 in slider direction 14 moved. The powder application unit 16 has, for example, a funnel. In the hopper, a powder is arranged, which is on the working surface 3 is metered and so the top powder layer 2 forms. By moving the powder application unit 16 in slider direction 14 becomes the uppermost powder layer in the direction of the slider direction 14 applied.

Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist insbesondere eine Ansteuereinheit auf. Die Ansteuereinheit ist datentechnisch mit der Ablenkeinheit 7 und mit der Linearantriebseinheit 13 sowie der Slidereinrichtung 12 verbunden. Die Ansteuereinheit ist ausgebildet, die Ablenkeinheit 7 anzusteuern und den Laserstrahl 6 entsprechend abzulenken. Insbesondere ist der Winkel Φ einstellbar. Beispielsweise ist die Ansteuereinheit ausgebildet, den Motor 9 der Ablenkeinheit 7 zu steuern. Ferner ist mittels der Ansteuereinheit die Linearantriebseinheit 13 so ansteuerbar, dass die Slidereinrichtung 14, die Ablenkeinheit 7 und/oder die Pulverauftragungseinheit 16 entsprechend fortbewegt werden.The lighting device 1 has in particular a drive unit. The control unit is data technology with the deflection unit 7 and with the linear drive unit 13 as well as the slider device 12 connected. The drive unit is designed, the deflection unit 7 to drive and the laser beam 6 to divert accordingly. In particular, the angle Φ is adjustable. For example, the drive unit is formed, the motor 9 the deflection unit 7 to control. Furthermore, by means of the drive unit, the linear drive unit 13 so controllable that the slider device 14 , the deflection unit 7 and / or the powder application unit 16 be moved accordingly.

Die 3a, 3b und 3c zeigen eine Möglichkeit die Ablenkeinheit 7 und die Linearantriebseinheit 13 anzusteuern. Bei dieser Ausgestaltung wird der Laserstrahl 6 mittels der Ablenkeinheit 7 zeitgleich zur Bewegung der Slidereinrichtung 12 abgelenkt.The 3a . 3b and 3c show one way the deflection unit 7 and the linear drive unit 13 head for. In this embodiment, the laser beam 6 by means of the deflection unit 7 at the same time as moving the slider device 12 distracted.

3a zeigt ein Diagramm bei dem auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist und auf der Ordinate die Sliderposition xs. Die Slidereinrichtung 12 wird kontinuierlich mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit fortbewegt, sodass sich für das Wegzeitdiagramm eine gerade ergibt. 3a shows a diagram in which the time t is plotted on the abscissa and the slider position on the ordinate xs , The slider device 12 is continuously traveling at a uniform speed, so that the path time diagram is straight.

3b zeigt ein Wegzeitdiagramm für die Ablenkung des Lasersstrahls 6 mittels der Ablenkeinheit 7. Auf der Abszisse ist wieder die Zeit t aufgetragen, wohingegen auf der Ordinate die Querablenkung des Lasers y_L aufgetragen ist. Hier wird der Laserstrahl 6 kontinuierlich abgelenkt einmal in Querrichtung 11, beispielsweise Y- Richtung und dann wieder zurück gegen die Querrichtung, beispielsweise gegen die Y-Richtung. Es ergibt sich somit ein Sägezahndiagramm. 3b shows a Wegzeitdiagramm for the deflection of the laser beam 6 by means of the deflection unit 7 , On the abscissa time t is again plotted, whereas on the ordinate the transverse deflection of the laser y _l is applied. Here is the laser beam 6 continuously deflected once in the transverse direction 11 , For example, Y direction and then back against the transverse direction, for example, against the Y direction. This results in a sawtooth diagram.

In 3c ist die Kombination der Bewegung der Slidereinrichtung 12 und der Ablenkung des Laserstrahls 6 gezeigt, wobei auf der Abszisse der X-Weg aufgetragen ist und auf der Ordinate die Ablenkung des Laserstrahls in Y-Richtung gezeigt ist. Durch die Kombination der Bewegungen die in 3a und 3b gezeigt sind erhält man als Bewegungsmuster für den Laserstrahl 6 eine Sägezahnbewegung. Der Laserstrahl 6 wird mit fortschreiten in Sliderrichtung 14, hier in X-Richtung zickzackförmig abgelenkt.In 3c is the combination of movement of the slider device 12 and the deflection of the laser beam 6 shown on the abscissa of X Path is plotted and on the ordinate the deflection of the laser beam in Y Direction is shown. By combining the movements in the 3a and 3b are shown as a movement pattern for the laser beam 6 a sawtooth movement. The laser beam 6 will progress with slider direction 14 , here in X Direction distracted zigzag.

4a, 4b und 4c zeigen eine weitere Möglichkeit der Ansteuerung der Ablenkeinheit 7 und der Linearantriebseinheit 13. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Slidereinrichtung 12 immer um einen Weg in Sliderrichtung 14 bewegt und wird anschließend stationär gehalten. 4a . 4b and 4c show a further possibility of controlling the deflection unit 7 and the linear drive unit 13 , In this embodiment, the slider device becomes 12 always one way in the slider direction 14 moved and is then kept stationary.

4a zeigt ein Wegzeitdiagramm für dieses Ausführungsbeispiel. Auf der Abszisse ist wieder die Zeit t aufgetragen und auf der Ordinate die Position xs der Slidereinrichtung 12. Für diese Art der Ansteuerung der Linearantriebseinheit 13 ergibt sich ein treppenförmiges Wegzeitdiagramm. 4a shows a Wegzeitdiagramm for this embodiment. The time t is again plotted on the abscissa and the position xs of the slider device on the ordinate 12 , For this type of control of the linear drive unit 13 the result is a staircase-shaped travel time diagram.

4b zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm der Laserablenkung, wobei Abszisse die Zeitachse bildet und Ordinate die Ablenkung y_L des Lasers 6 verwendet wird. Dabei wird der Laserstrahl 6 in Querrichtung 11, hier positive Y-Richtung jeweils dann abgelenkt, wenn die Slidereinrichtung 12 stationär ist. In den Zeitintervallen in denen die Slidereinrichtung 12 in Sliderrichtung 14 weiterbewegt werden, wird der Laserstrahl 6 gegen die Querrichtung 11, hier in negativer Y-Richtung, wieder zurück abgelenkt. Sobald die Sliderreinrichtung 12 wieder stationär ist, wird der Laser in positiver Y-Richtung abgelenkt. Es ergibt sich als Wegzeitdiagramm wieder ein Sägezahnkran.
In 4c ist die Kombination der Bewegung der Slidereinrichtung 12 und der Ablenkung des Laserstrahls 6 gezeigt, wobei auf der Abszisse der X-Weg aufgetragen ist und auf der Ordinate die Ablenkung des Laserstrahls in Y-Richtung gezeigt ist. Durch die Kombination der Bewegungen, die in 4a und 4b gezeigt sind, erhält man als Bewegungsmuster für dieses Ausführungsbeispiel eine Sägezahnbewegung als Gesamtbewegungsmuster des Laserstrahls 6. 4b shows a path-time diagram of the laser deflection, where abscissa forms the time axis and ordinate the deflection y _l the laser 6 is used. At the same time, the laser beam becomes 6 in the transverse direction 11 , positive here Y Direction each deflected when the slider device 12 is stationary. In the time intervals in which the slider device 12 in slider direction 14 be moved, the laser beam 6 against the transverse direction 11 , here in negative Y Direction, distracted back again. Once the slider device 12 is stationary again, the laser is in positive Y Direction distracted. The result is a sawtooth crane again a sawtooth crane.
In 4c is the combination of movement of the slider device 12 and the deflection of the laser beam 6 shown on the abscissa of X Path is plotted and on the ordinate the deflection of the laser beam in Y Direction is shown. By combining the movements that are in 4a and 4b are shown, obtained as a movement pattern for this embodiment, a sawtooth movement as a total movement pattern of the laser beam 6 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19853979 A1 [0004]

Claims

Lighting device (1) for directionally illuminating a processing surface (3) with a plurality of laser beams (6), in particular for a system for selective laser melting (SLM system), with a slider device (12) and a linear drive unit (13) for the translatory movement of the slider device (12) in a slider direction (14) relative to the processing surface (3), with a plurality of deflection units (7) for deflecting the laser beams (6) onto the processing surface (3) in a transverse direction (11) to the slider direction (14), wherein the deflection units (7) are arranged on the slider device (12) for movement in the slider direction (14).

Lighting device (1) according to Claim 1 , characterized in that the deflection units (7) are designed as ID scanners.

Lighting device (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the transverse directions (11) of the laser beams (6) are rectified and / or parallel to each other.

Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beams (6) by means of the deflection units (7) are each deflectable by a deflection, wherein the deflection paths of adjacent deflection units (7) contiguous or overlap each other.

Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of laser units (5) for generating in each case at least one laser beam (6).

Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized by a focusing device (15) for focusing the laser beam (6) on the processing surface (3), wherein the focusing device (15) is arranged in a beam path before or after the deflection unit.

Lighting device (1) according to Claim 6 , characterized in that the focusing device (15) comprises an F-theta objective.

Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized by a drive unit, wherein the drive unit is designed to drive the linear drive unit (13) for translational movement of the slider device (12) and to drive the deflection units (7) for deflecting the laser beam (6).

Lighting device (1) according to Claim 8 , characterized in that the drive unit is designed to control the linear drive unit (13) and the deflection unit (7) so that the translational movement of the slider device (12) and the transverse deflection of the laser beam (6) take place simultaneously.

Lighting device (1) according to Claim 8 , characterized in that the drive unit is designed to drive the linear drive unit (13) and the deflection unit (7) so that the transverse deflection of the laser beam (6) takes place when the slide device (12) is stationary.

Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the slider device (12) has a powder application unit (16) for applying powder layers.

Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized by a coupling interface for coupling with another similar lighting device (1).

Lighting device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection unit (7) is designed as a galvanometer scanner.

Plant for selective laser melting (SLM system) characterized by at least one lighting device (1) according to one of the preceding claims, comprising a support and a powder application unit (16) for applying powder layers to the support, wherein the lighting device (1) is formed, the each uppermost powder layer (2) to selectively illuminate for sintering or fusing.

A method of illuminating a processing surface (3), wherein a slider means (12) moves in a slider direction (14) relative to the processing surface (3), uniformly moving a plurality of deflecting units (7) relative to the processing surface (3) with the slider means is, wherein the deflection units (7), for example, torque and / or mechanically connected to the slider means (12) and / or a linear drive unit (13).