DE102018218993B4

DE102018218993B4 - Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung und Fertigungseinrichtung

Info

Publication number: DE102018218993B4
Application number: DE102018218993.5A
Authority: DE
Inventors: Simon Dambach; Marc Gronle; Philipp Wagenblast; Markus Pieger; Frederik Schaal; Matthias Allenberg-Rabe; Björn Ullmann; Valentin Blickle
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: DE102018218993A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial (5), wobei
a) eine Topografie einer Deckschicht (13) eines Pulvermaterials (5) in einem Speisebehälter (3) der Fertigungseinrichtung (1) automatisiert ermittelt wird, wobei der Speisebehälter (3) ein Vorratsbehälter ist, in welchem das Pulvermaterial (5) für die Fertigung des Bauteils bereitgestellt wird, wobei das Pulvermaterial (5) aus dem Speisebehälter (3) vor und während der Fertigung des Bauteils entnommen und einem Bauort (9) zugeführt wird, an welchem das Bauteil schichtweise aufgebaut wird, wobei
b) geprüft wird, ob die ermittelte Topografie von einer vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wobei,
c) wenn die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wenigstens ein Förderelement (17) eines Fördermechanismus (7) der Fertigungseinrichtung (1) angesteuert wird, um die Topografie der Deckschicht (13) der vorherbestimmten Soll-Topografie anzunähern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial sowie eine Fertigungseinrichtung.
Bei einer solchen Fertigungseinrichtung wird Pulvermaterial einem Speisebehälter entnommen und einem Bauort, beispielsweise einer Bauplattform, an dem ein Bauteil additiv aus dem Pulvermaterial gefertigt wird, zugeführt. Hierzu wird zunächst - vor Beginn der Fertigung eines Bauteils - das Pulvermaterial in dem Speisebehälter angeordnet, insbesondere in diesen eingefüllt, insbesondere eingeschüttet. Dabei entsteht eine geometrische Form des Pulvermaterials im oberen Bereich des Speisebehälters, die typischerweise unmittelbar nach dem Befüllen noch nicht geeignet ist, um eine ausreichende und reproduzierbare Förderung des Pulvermaterials an den Bauort zu gewährleisten. Insbesondere weicht eine Topografie einer Deckschicht des Pulvermaterials in dem Speisebehälter von einer vorherbestimmten Soll-Topografie, insbesondere einer ebenen Anordnung der obersten Pulverschicht, ab. Beispielsweise entsteht beim Einfüllen des Pulvermaterial in den Speisebehälter ein Schüttkegel, wobei das Pulvermaterial im oberen Bereich des Speisebehälters kegelförmig in diesem angeordnet ist oder sogar bereichsweise aus diesem herausragt. Um an dem Bauort eine gewünschte Verteilung des Pulvermaterials zu gewährleisten, ist es nötig, die Topografie der Deckschicht des Pulvermaterials in dem Speisebehälter an die vorherbestimmte Soll-Topografie, insbesondere eine ebene Ausgestaltung der Deckschicht, anzugleichen.
Typischerweise wird hierzu die Deckschicht des Pulvermaterials manuell eingeebnet, beispielsweise durch Schütteln des Speisebehälters außerhalb der Fertigungseinrichtung, insbesondere in einer Sieb- oder Einfüllstation, oder durch manuelles Betätigen eines Fördermechanismus der Fertigungseinrichtung, wobei dann die Topografie der Deckschicht per Augenmaß beurteilt wird. Dies ist aufwändig und zeitraubend. Zudem muss allein aus Sicherheitsgründen eine große Menge an Pulvermaterial abgetragen werden, da die Beurteilung der Topografie der Deckschicht per Augenmaß naturgemäß nur ungenau erfolgen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial sowie eine Fertigungseinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, wobei eine Topografie einer Deckschicht des Pulvermaterials in einem Speisebehälter der Fertigungseinrichtung automatisiert ermittelt wird, wobei - insbesondere automatisiert - geprüft wird, ob die ermittelte Topografie von einer vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wobei, wenn die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wenigstens ein Förderelement eines Fördermechanismus der Fertigungseinrichtung - insbesondere automatisiert - angesteuert wird, um die Topografie der Deckschicht der vorherbestimmten Soll-Topografie anzunähern. Die automatisierte Bestimmung der Topografie der Deckschicht ermöglicht eine genaue und reproduzierbare Erfassung derselben, sodass die Menge an in der Folge abgetragenem Pulvermaterial auf diejenige Menge beschränkt werden kann, die tatsächlich nötig ist, um die vorherbestimmte Soll-Topografie herzustellen. Dieser Vorteil ergibt sich in besonderer Weise, wenn auch die Prüfung, ob die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, automatisiert erfolgt. Eine besonders rasche und zeitsparende Herstellung der vorherbestimmten Soll-Topografie und damit Einsatzbereitschaft der Fertigungseinrichtung lässt sich erreichen, wenn auch das wenigstens eine Förderelement automatisiert angesteuert wird.
Unter „automatisiert“ ist dabei insbesondere „automatisch“ zu verstehen. Insbesondere bedeutet „automatisiert“, dass es keines Eingriffs eines Werkers zur Durchführung der so bezeichneten Schritte bedarf.
Unter einem additiven Fertigen ist insbesondere ein generatives Fertigen eines Bauteils zu verstehen. Insbesondere wird darunter ein schichtweises Aufbauen eines Bauteils aus Pulvermaterial verstanden, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem selektiven Plasmasintern, einem Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting - EBM), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem 3D-Drucken, und einem Elektronenstrahlsintern.
Unter einer Topografie wird hier insbesondere die geometrische Gestalt der Deckschicht des Pulvermaterials in dem Speisebehälter verstanden. Insbesondere ist darunter die Orientierung im Raum, Position, Steigung und/oder Krümmung der Deckschicht des Pulvermaterials in einem der Fertigungseinrichtung und/oder dem Speisebehälter zugeordneten Koordinatensystem zu verstehen. Die Deckschicht des Pulvermaterials ist insbesondere eine oberste Pulverschicht des Pulvermaterials.
Unter einem Speisebehälter ist insbesondere ein Vorratsbehälter zu verstehen, in welchem das Pulvermaterial für die Fertigung eines Bauteils bereitgestellt wird, wobei das Pulver aus dem Vorratsbehälter vor und während der Fertigung des Bauteils entnommen und einem Bauort zugeführt wird, an welchem das Bauteil schichtweise aufgebaut wird.
Unter einer vorherbestimmten Soll-Topografie ist insbesondere die geometrische Gestalt der Deckschicht des Pulvermaterials zu verstehen, die gewünscht und/oder erforderlich ist, um an dem Bauort durch Speisung aus dem Speisebehälter eine Pulververteilung zu verwirklichen, die geeignet ist, um ein defektfreies Bauteil, insbesondere eine erste, defektfreie Schicht für das Bauteil, aus dem Pulvermaterial zu erzeugen. Insbesondere entspricht die vorherbestimmte Soll-Topografie einer ebenen, flächigen Anordnung der Deckschicht in dem Speisebehälter.
Unter einem Fördermechanismus wird insbesondere ein Mechanismus verstanden, der eingerichtet ist zur Förderung des Pulvermaterials aus dem Speisebehälter an den Bauort, insbesondere auf eine Bauplattform der Fertigungseinrichtung.
Im Rahmen des Verfahrens wird das wenigstens eine Förderelement des Fördermechanismus insbesondere so angesteuert, dass die Topografie der Deckschicht der vorherbestimmten Soll-Topografie angenähert wird.
Im Rahmen des Verfahrens wird überschüssiges Pulvermaterial bevorzugt durch das wenigstens eine Förderelement in einen Überlaufbehälter gefördert, der eingerichtet und angeordnet ist zur Aufnahme von nicht zum Aufbauen des Bauteils verwendetem Pulvermaterial. Insbesondere ist der Überlaufbehälter ein Recyclingbehälter, wobei das dort aufgenommene Pulvermaterial später einer Wiederaufbereitung oder einer weiteren Verwendung zum additiven Fertigen eines Bauteils in einem selben oder einem anderen Fertigungsverfahren zugeführt werden kann.
Ob die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wird bevorzugt geprüft, indem die ermittelte Topografie mit der vorherbestimmten Soll-Topografie verglichen wird. Vorzugsweise wird das wenigstens eine Förderelement in Abhängigkeit von der auf diese Weise ermittelten Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie angesteuert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schritte des Ermittelns der Topografie der Deckschicht, des Prüfens, ob diese ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, und des Ansteuerns des wenigstens einen Förderelements iterativ durchgeführt werden, bis eine Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie höchstens gleich groß oder kleiner ist als eine vorbestimmte Grenzabweichung. Das Verfahren kann somit auf vorteilhafte Weise beendet werden, wenn die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie nur noch innerhalb der vorbestimmten Grenzabweichung abweicht. Die vorbestimmte Grenzabweichung kann dabei so gewählt werden, dass eine zum defektfreien Bilden insbesondere einer ersten Schicht eines Bauteils geeignete Verteilung von Pulvermaterial an dem Bauort erreicht wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Förderelemente des Fördermechanismus ein in dem Speisebehälter hubbeweglich angeordneter Hubkolben und ein Pulverschieber angesteuert werden. Der Pulverschieber ist bevorzugt senkrecht zur Hubbewegung des Hubkolbens verlagerbar. Durch die hubbewegliche, insbesondere vertikale Bewegung des Hubkolbens kann das Pulvermaterial in dem Speisebehälter angehoben werden, wobei über den Speisebehälter überstehendes Pulvermaterial durch den senkrecht zur Hubbewegung des Hubkolbens verlagerbaren Pulverschieber aus dem Speisebehälter ausgebracht und zu dem Bauort, insbesondere auf die Bauplattform, transportiert werden kann. Der Hubkolben und der Pulverschieber werden bevorzugt alternierend angesteuert, besonders bevorzugt in einer gekoppelten Bewegung. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist dabei nicht eingeschränkt: Beispielsweise kann zuerst der Hubkolben angesteuert werden, um das Pulvermaterial in dem Speisebehälter insbesondere anzuheben, wobei anschließend die Topografie der Deckschicht ermittelt und mit der vorherbestimmten Soll-Topografie verglichen wird, wobei danach der Pulverschieber angesteuert wird, um die Topografie der Deckschicht der vorherbestimmten Topografie anzunähern. Es ist aber beispielsweise auch möglich, dass zunächst die Topografie der Deckschicht ermittelt und mit der vorherbestimmten Soll-Topografie verglichen wird, wobei dann sowohl der Hubkolben als auch der Pulverschieber - vorzugsweise alternierend - angesteuert werden, um die Topografie der Deckschicht der vorherbestimmten Topografie anzunähern.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Förderelement nur so weit verlagert wird, wie es zur Annäherung der Topografie der Deckschicht des Pulvermaterials an die vorherbestimmte Soll-Topografie nötig und hinreichend ist. Dabei wird mit „hinreichend“ nicht notwendigerweise ein unmittelbares Erreichen der vorherbestimmten Soll-Topografie gemeint, was im Allgemeinen innerhalb einer Iteration der Verfahrensschritte nicht erreichbar oder höchstens in einem letzten Iterationsschritt erreichbar ist. Vielmehr wird bevorzugt in jeder Iteration ermittelt, wie weit das wenigstens eine Förderelement, insbesondere der Pulverschieber, verlagert werden muss, um die Topografie der Deckschicht des Pulvermaterials so weit wie in diesem Iterationsschritt möglich der vorherbestimmten Soll-Topografie anzunähern, wobei unnötige Verlagerungswege, die insbesondere zu keiner weiteren Verschiebung des Pulvermaterials führen, vermieden werden. Das Verfahren kann dadurch sehr schnell und effizient durchgeführt werden.
Insbesondere wird der Hubkolben bevorzugt schrittweise, mit vorherbestimmter Schrittweite, angehoben, um das Pulvermaterial schichtweise über eine Oberkante des Speisebehälters hinaus zu verlagern und so einer Verlagerung durch den Pulverschieber zugänglich zu machen, der die Oberkante des Speisebehälters überstreicht. Der Pulverschieber wird bevorzugt nur so weit verlagert, wie tatsächlich Pulver über eine Referenzebene, insbesondere eine Ebene, in der die Oberkante des Speisebehälters angeordnet ist, übersteht und somit durch den Pulverschieber verlagert werden kann.
Der Pulverschieber wird bevorzugt in jeder Iteration des Verfahrens nur in einer Richtung verlagert. In dem nächsten Iterationsschritt wird der Pulverschieber dann bevorzugt in die entgegengesetzte Richtung verlagert. Es erfolgt also pro Iterationsschritt insbesondere keine Hin- und Zurückbewegung des Pulverschiebers. Auf diese Weise kann das Verfahren besonders schnell und effizient durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Schrittweite für die Verlagerung des wenigstens einen Förderelements in Abhängigkeit von der Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie bestimmt wird. Insbesondere wird die Schrittweite für den Pulverschieber bevorzugt in Abhängigkeit von der Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie bestimmt. Auf diese Weise können unnötige Verlagerungswege des Förderelements vermieden werden. Außerdem ist es möglich, einen Regelkreis zu schaffen, wobei die jeweilige Schrittweite des Förderelements dynamisch anhand der Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie gewählt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Topografie der Deckschicht des Pulvermaterials durch direkte Vermessung der Deckschicht ermittelt wird. Auf diese Weise können sehr genaue Ergebnisse für die Topografie der Deckschicht erhalten werden. Insbesondere wird die Topografie der Deckschicht bevorzugt mittels einer triangulierenden Topografiesensoreinrichtung ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Topografie der Deckschicht bevorzugt mittels einer laufzeitmessenden Topografiesensoreinrichtung ermittelt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird als triangulierende Topografiesensoreinrichtung bevorzugt eine Kombination aus einer optischen Kamera, die eingerichtet und angeordnet ist zur Erfassung der Deckschicht, mit einer für eine strukturierte Beleuchtung eingerichteten Beleuchtungseinrichtung, die eingerichtet und angeordnet ist zum Beleuchten der Deckschicht, verwendet. Die strukturierte Beleuchtung ist vorzugsweise eine Linienbeleuchtung oder ein Punktraster, wobei insbesondere wenigstens ein Linienlaser oder ein ein Punktraster erzeugender Laser, oder eine andere einfarbige oder spektral schmalbandige Lichtquelle, beispielsweise eine LED, als Beleuchtungseinrichtung verwendet werden kann/können. Auf diese Weise kann sehr genau, insbesondere mit hoher axialer Auflösung - insbesondere in Richtung der Hubbewegung des Hubkolbens - die Topografie der Deckschicht ermittelt werden.
Dabei ist es möglich, dass eine optische Kamera verwendet wird, die ohnehin zur Erfassung des Bauorts vorgesehen ist. Diese kann in ihrem Blickfeld auch den Speisebehälter haben und somit zur Ermittlung der Topografie eingesetzt werden. Wird als strukturierte Beleuchtung ein Punktraster verwendet, wird dieses bevorzugt von oben oder seitlich auf den Speisebehälter projiziert. Ein Punktraster ermöglicht es insbesondere, eine volle Rekonstruktion der Topografie des Pulvermaterials in dem Speisebehälter zu berechnen. Wird als strukturierte Beleuchtung eine Linienbeleuchtung, insbesondere eine Laserlinie verwendet, wird die wenigstens eine Lichtlinie, insbesondere Laserlinie, bevorzugt mittig über die Deckschicht des Pulvermaterials projiziert. Im Falle einer Linienbeleuchtung, insbesondere mit nur einer Linie, kann das Höhenprofil als Höhenprofillinie entlang der projizierten Lichtlinie bestimmt werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass ein Schüttkegel des Pulvermaterials in dem Speisebehälter typischerweise eine näherungsweise symmetrische Form zeigt, sodass sich aus der geeignet gewählten Höhenprofillinie, insbesondere wenn diese mittig angeordnet ist, auf die gesamte Topografie schließen lässt.
Vorteilhaft ist auch, dass es außer gegebenenfalls der zusätzlichen strukturierten Beleuchtung keiner weiteren Ergänzung bei an sich bekannten Fertigungseinrichtungen bedarf, sondern dass zur Durchführung des Verfahrens lediglich eine geeignete Software auf einer Steuereinrichtung der Fertigungseinrichtung implementiert werden muss. Im Übrigen greift das Verfahren - gegebenenfalls bis auf die strukturierte Beleuchtung - auf ohnehin vorhandene Elemente der Fertigungseinrichtung zurück.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als laufzeitmessende Topografiesensoreinrichtung eine Sensoreinrichtung verwendet wird, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer LIDAR-Einrichtung (Light Detection And Ranging), einer LADAR-Einrichtung (Laser Detection And Ranging), einer Radar-Einrichtung, einer Ultraschall-Einrichtung, und einer TOF-Kamera (Time of Flight-Kamera, die räumliche Informationen nach dem Laufzeitverfahren ermitteln kann). Auch mit solchen Einrichtungen kann mit hoher Genauigkeit die Topografie der Deckschicht direkt ermittelt werden. Wichtig dabei ist eine hohe axiale Auflösung der entsprechenden Einrichtung, vorzugsweise von 100 µm. Dagegen kann die laterale Auflösung gegebenenfalls deutlich kleiner sein, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 10 mm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Topografie der Deckschicht durch indirekte Messung wenigstens einer Eigenschaft einer an dem Bauort der Fertigungseinrichtung aus dem Speisebehälter aufgetragenen Arbeitspulverschicht ermittelt wird. Insbesondere wird die Topografie der Deckschicht durch indirekte Messung der wenigstens einen Eigenschaft der auf der Bauplattform der Fertigungseinrichtung aus dem Speisebehälter aufgetragenen Arbeitspulverschicht ermittelt. Unter einer Arbeitspulverschicht wird dabei insbesondere eine Pulverschicht verstanden, in der eine Schicht des zu erzeugenden Bauteils erzeugt wird. Diese Ausgestaltung des Verfahrens hat den Vorteil, dass typischerweise ohnehin Maßnahmen und Einrichtungen vorgesehen sind, um den Bauort, insbesondere die Bauplattform, automatisiert zu beobachten und die Fertigung des Bauteils zu erfassen sowie zu überwachen. Dabei wird vorzugsweise auch eine Qualität der Arbeitspulverschicht bewertet. Die wenigstens eine Eigenschaft ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Abrisskante, einem Beschichtungsfehler, einem Defekt in der Arbeitspulverschicht, und einer Inhomogenität in der Arbeitspulverschicht. Der hier vorgeschlagenen Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweichende Topografie der Deckschicht typischerweise dazu führt, dass die Arbeitspulverschicht nicht vollflächig und/oder nicht hinreichend homogen ausgebildet werden kann. Vielmehr ist es möglich, dass eigentlich zu beschichtende Bereiche des Bauorts nicht mit Pulver beschichtet werden, woraus Abrisskanten der Arbeitspulverschicht resultieren, dass lokal zu wenig Pulver aufgetragen wird, woraus Defekte und Beschichtungsfehler der Arbeitspulverschicht resultieren, oder dass das Pulver ungleichmäßig an dem Bauort verteilt wird, woraus Inhomogenitäten in der Arbeitspulverschicht resultieren. Aufgrund des bekannten Fördermechanismus zur Förderung des Pulvermaterials aus dem Speisebehälter an den Bauort kann aus der wenigstens einen Eigenschaft der Arbeitspulverschicht zurückgeschlossen werden auf die Topografie der Deckschicht in dem Speisebehälter. Eine gegebenenfalls aufwändigere direkte Messung der Topografie der Deckschicht kann somit vermieden werden.
Insbesondere wird bevorzugt zur Messung der wenigstens einen Eigenschaft der Arbeitspulverschicht eine optische Aufnahme der Arbeitspulverschicht ausgewertet. Dies ermöglicht eine ebenso einfache wie typischerweise ohnehin vorgesehene Erfassung der Arbeitspulverschicht.
Es ist möglich, dass zur Ermittlung der Topografie der Deckschicht zwei optische Aufnahmen konsekutiv erzeugter Arbeitspulverschichten verglichen werden, wobei aus dem Vergleich der optischen Aufnahmen Rückschlüsse auf die Topografie der Deckschicht getroffen werden.
Bevorzugt ist insoweit insbesondere vorgesehen, dass eine erste optische Aufnahme einer ersten Arbeitspulverschicht mit einer zweiten optischen Aufnahme einer zweiten, - insbesondere unmittelbar - vorhergehenden Arbeitspulverschicht verglichen wird, wobei die erste Arbeitspulverschicht anhand des Vergleichs der ersten optischen Aufnahme mit der zweiten optischen Aufnahme auf lokale Beschichtungsfehler untersucht wird. Durch den Vergleich wird bevorzugt ein Vergleichsbild erhalten, wobei vorzugsweise das Vergleichsbild lokal auf Merkmale von Beschichtungsfehlern hin untersucht wird. Auf diese Weise kann inkrementell oder differentiell festgestellt werden, ob aufeinanderfolgende Arbeitspulverschichten Beschichtungsfehler aufweisen, wobei insbesondere festgestellt werden kann, ob sich zwischen der zunächst aufgenommenen zweiten optischen Aufnahme zu der später aufgenommenen ersten optischen Aufnahme eine lokale Bild-Mikrostruktur verändert hat. Eine vollständige Neubeschichtung ändert insoweit die lokale Bild-Mikrostruktur durch eine Neuorientierung der Pulverkörner des Pulvermaterials, wobei mangelbeschichtete oder unbeschichtete Bereiche insbesondere dadurch identifiziert werden können, dass sich die lokale Bild-Mikrostruktur in geringerem Maße oder gar nicht geändert hat. Die zweite Arbeitspulverschicht ist bevorzugt eine Arbeitspulverschicht aus einem unmittelbar vorangehenden Beschichtungsschritt des Bauorts.
Eine lokal verschiedene Anordnung der Pulverkörner, die als Pulver-Mikrostruktur bezeichnet wird, resultiert in Helligkeitsvariationen in einzelnen Pixeln der optischen Aufnahme, wobei diese Helligkeitsvariationen als Bild-Mikrostruktur bezeichnet werden. Von der Bild-Mikrostruktur zu unterscheiden ist ein aufnahmesystembedingtes Bildrauschen, beispielsweise Sensorrauschen, Ausleserauschen oder dergleichen, das hier nicht betrachtet wird.
Die erste optische Aufnahme und die zweite optische Aufnahme werden bevorzugt miteinander korreliert. Insbesondere werden die erste optische Aufnahme und die zweite optische Aufnahme vorzugsweise lokal, insbesondere pixelweise, miteinander multipliziert, dividiert, voneinander subtrahiert, und/oder gemäß einer komplexeren Funktion miteinander verrechnet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Beschichtungsfehler lokal an einer Stelle detektiert wird, an der ein Unterschied zwischen der ersten optischen Aufnahme und der zweiten optischen Aufnahme kleiner ist als ein vorbestimmter Grenzunterschied, oder an der ein solcher Unterschied nicht vorhanden ist. Wie bereits erläutert, führt eine erfolgreiche Neubeschichtung oder ein Neuauftrag der Arbeitspulverschicht zu lokalen Unterschieden zwischen den optischen Aufnahmen der vorhergehenden Arbeitspulverschicht und der neuen Arbeitspulverschicht, insbesondere in der lokalen Bild-Mikrostruktur, wobei dort, wo ein entsprechender Unterschied klein oder nicht vorhanden ist, auf einen lokalen Beschichtungsfehler geschlossen werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste optische Aufnahme - insbesondere lokal - mit der zweiten optischen Aufnahmen korreliert wird, wobei ein Korrelationsbild erzeugt wird, wobei das Korrelationsbild auf lokale Beschichtungsfehler untersucht wird. Auf diese Weise kann eine lokale Korrelation zwischen den beiden optischen Aufnahmen ausgewertet und in Hinblick auf Beschichtungsfehler untersucht werden. Ein geringes Maß an Korrelation in dem Korrelationsbild deutet dabei auf eine fehlerfreie Ausbringung der neuen Arbeitspulverschicht hin, während ein hohes Maß an Korrelation in dem Korrelationsbild auf einen mangelbeschichteten Bereich oder auf einen unbeschichteten Bereich hindeutet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste optische Aufnahme - insbesondere lokal - mit der zweiten optischen Aufnahme korreliert wird, indem a) die erste optische Aufnahme und die zweite optische Aufnahme pixelweise miteinander multipliziert werden, wobei hieraus ein Multiplikationsbild erhalten wird, wobei b) die erste optische Aufnahme pixelweise quadriert wird, woraus ein erstes Potenzbild erhalten wird, wobei c) die zweite optische Aufnahme pixelweise quadriert wird, woraus ein zweites Potenzbild erhalten wird, und wobei d) das Multiplikationsbild, das erste Potenzbild und das zweite Potenzbild jeweils - für sich genommen - lokal gemittelt werden, sodass ein gemitteltes Multiplikationsbild, ein gemitteltes erste Potenzbild und ein gemitteltes zweites Potenzbild erhalten werden. Dabei wird e) ein Korrelationsbild erhalten durch Division des gemittelten Multiplikationsbilds durch die Quadratwurzel aus dem Produkt des gemittelten ersten Potenzbilds mit dem gemittelten zweiten Potenzbild.
Wird dabei mit A die erste optische Aufnahme und mit B die zweite optische Aufnahme bezeichnet, sowie die Mittelung mit dem Klammersymbol < >, ergibt sich das Korrelationsbild C gemäß der folgenden Funktion: $C = \frac{< A B >}{\sqrt{< A^{2} > < B^{2} >}} .$
Die einzelnen Rechenoperationen, das heißt insbesondere die Multiplikationen/Quadrierungen der optischen Aufnahmen, die lokalen Mittelungen, sowie die Division, die Produktbildung und das Ziehen der Quadratwurzel in dem Schritt e) werden bevorzugt pixelweise durchgeführt.
Die Korrelationsfunktion gemäß Gleichung (1) hat den Vorteil, dass sich ein lediglich globaler Helligkeitsunterschied zwischen den optischen Aufnahmen nicht auswirkt. Sei beispielsweise die erste optische Aufnahme A von der zweiten optischen Aufnahme B lediglich durch einen globalen Helligkeitsfaktor h verschieden, sodass B = h · A, so erhält man durch Vorziehen des Vorfaktors h: $C = \frac{h < A A >}{h \sqrt{< A^{2} > < A^{2} >}} = 1.$
Das Korrelationsbild C verhält sich in diesem Fall also, als wenn die optischen Aufnahme A, B identisch wären.
Dagegen wirken sich aber lokale Unterschiede, insbesondere Helligkeitsvariationen, in dem Korrelationsbild aus, wobei aus der Cauchy-Schwarzschen Ungleichung folgt, dass der Wert des Korrelationsbilds C für bis auf einen globalen Helligkeitsunterschied identische Pixel = 1 ist, wobei der Wert umso kleiner ist, je weniger die betrachteten Pixel miteinander korreliert sind. Somit kann vorteilhaft anhand des Korrelationsbilds C erkannt werden, in welchen Bereichen keine fehlerfreie Neubeschichtung des Bauorts erfolgt ist, wobei sich mangelbeschichtete Bereiche und unbeschichtete Bereiche durch hohe Werte nahe 1 in dem Korrelationsbild auszeichnen, während fehlerfrei neubeschichtete Bereiche geringere Werte aufweisen.
Die lokale Mittelung der einzelnen Bilder erfolgt insbesondere pixelweise für jeden Pixel, wobei die Mittelung bevorzugt über einen beschränkten Pixelbereich in der Umgebung des jeweils betrachteten Pixels erfolgt. Dieser Pixelbereich ist bevorzugt für jeden Pixel sowie für alle Bilder derselbe. Insbesondere kann die Mittelung über einen Bereich durchgeführt werden, der in beiden Bildkoordinaten eine Ausdehnung von einer einstelligen Anzahl von Pixeln oder einer niedrigen zweistelligen Anzahl von Pixeln, insbesondere von mindestens fünf Pixeln bis höchstens elf Pixeln, vorzugsweise von mindestens sieben Pixeln bis höchstens einundzwanzig Pixeln, vorzugsweise von neun Pixeln aufweist, wobei die Pixelzahl in jeder Bildkoordinate bevorzugt ungerade ist, und wobei der Pixelbereich besonders bevorzugt quadratisch gewählt wird, insbesondere mit einer Kantenlänge von neun Pixeln. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der betrachtete Pixel, über dessen Umgebung die Mittelung durchgeführt wird, ein zentraler Pixel dieses Pixelbereichs ist. Der betrachtete Pixel kann aber auch als Rand- oder Eckpixel des Pixelbereichs definiert werden. Es sind auch größere - gegebenenfalls unter Verlust an Auflösung - oder kleinere Pixelbereiche möglich.
Es ist möglich, dass für Pixel an Rändern der optischen Aufnahmen andere Pixelbereiche - jedoch vorzugsweise mit identischer Pixelanzahl - gewählt werden, da Randpixel einseitig und Eckpixel zweiseitig keine unmittelbaren nächsten Nachbarn aufweisen.
Insbesondere kann mit der hier vorgeschlagenen Methode eine Änderung der Bild-Mikrostruktur zwischen der ersten optischen Aufnahme und der zweiten optischen Aufnahme ausgewertet werden. Insbesondere wird mithilfe des Verfahrens in einem lokalen Bereich um einen Pixel herum geprüft, ob die optischen Aufnahmen einander ähnlich sind.
Das hier vorgeschlagene Verfahren funktioniert mit sehr guten Ergebnissen sogar für sehr dünne Arbeitspulverschichten mit Schichtdicken von höchstens 100 µm, vorzugsweise mit Schichtdicken von höchstens 60 µm, vorzugsweise mit Schichtdicken von höchstens 40 µm, aber auch kleinere Schichtdicken. Somit können mithilfe des Verfahrens hier insbesondere auch mangelbeschichtete oder unbeschichtete Bereiche, allgemein Defekte oder Beschichtungsfehler, automatisch detektiert werden, die mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen sind.
Von den detektierten Beschichtungsfehlern kann dann vorteilhaft wiederum auf die Topografie der Deckschicht in dem Speisebehälter rückgeschlossen werden.
Das hier vorgeschlagene Verfahren leistet insbesondere einen Beitrag zum automatischen Rüsten einer Fertigungseinrichtung, insbesondere bei einem Wechsel von Pulvermaterial und/oder Speisebehältern, und ist somit ein Beitrag zu einem automatischen Prozessstart. Dabei kann Bedienerzeit eingespart und zum anderen die verlorene Pulvermenge minimal gehalten werden.
Das Annähern der Topografie der Deckschicht des Pulvermaterials an die vorherbestimmte Soll-Topografie wird bevorzugt parallel zum Aufbau einer Schutzatmosphäre oder einem Vorheizen des Bauorts durchgeführt.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungseinrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, wobei die Fertigungseinrichtung wenigstens einen Speisebehälter zur Bevorratung eines Pulvermaterials aufweist, außerdem einen Fördermechanismus, eingerichtet zum Fördern des Pulvermaterials aus dem Speisebehälter an einen Bauort - insbesondere eine Bauplattform - der Fertigungseinrichtung, sowie eine Topografiesensoreinrichtung, die eingerichtet ist zum Ermitteln einer Topografie einer Deckschicht des Pulvermaterials in dem Speisebehälter. Die Fertigungseinrichtung weist außerdem eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Ansteuerung des Fördermechanismus, um die Topografie der Deckschicht einer vorherbestimmten Soll-Topografie anzunähern, insbesondere wenn die mittels der TopografieSensoreinrichtung ermittelte Topografie der Deckschicht des Pulvermaterials von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht. In Zusammenhang mit der Fertigungseinrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den Fördermechanismus so anzusteuern, dass die Topografie der Deckschicht der vorherbestimmten Soll-Topografie angenähert wird.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um den Fördermechanismus in Abhängigkeit von einer Abweichung der ermittelten Topografie der Deckschicht von der vorherbestimmten Soll-Topografie anzusteuern.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere mit der Topografiesensoreinrichtung wirkverbunden, um durch die Topografiesensoreinrichtung erfasste Daten und/oder Parameterwerte zu erhalten. Die Steuereinrichtung ist außerdem mit dem Fördermechanismus wirkverbunden, um diesen anzusteuern.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungseinrichtung zwei Speisebehälter aufweist, wobei die Topografiesensoreinrichtung eingerichtet ist zur - vorzugsweise simultanen - Ermittlung der Topografien der jeweiligen Deckschichten beider Speisebehälter. Indem die Fertigungseinrichtung zwei Speisebehälter aufweist, ist sie insbesondere zum additiven Fertigen größerer Bauteile geeignet, als wenn lediglich ein Speisebehälter vorgesehen ist. Vorzugsweise weist die Fertigungseinrichtung genau einen Pulverbeschichter auf, der zur Förderung von Pulvermaterial aus beiden Speisenbehältern an den Bauort eingerichtet ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Fertigungseinrichtung mehr als zwei Speisebehälter aufweist.
Die Topografiesensoreinrichtung weist bevorzugt insbesondere eine optische Kamera auf, die beide Speisebehälter erfasst, und/oder die Topografiesensoreinrichtung ist eingerichtet, um aus wenigstens einer Eigenschaft der an dem Bauort aufgetragenen Arbeitspulverschicht die Topografie der Deckschicht des jeweils aktiven Speisebehälters zu ermitteln, unabhängig davon, welcher der Speisebehälter gerade genutzt wird.
Die Fertigungseinrichtung weist bevorzugt eine lokal ausrichtbare Energiequelle, insbesondere Strahlquelle, auf, die eingerichtet und angeordnet ist, um lokal an dem Bauort, insbesondere auf der Bauplattform, Pulvermaterial zu einer Schicht des zu bildenden Bauteils zu verbinden, insbesondere zu schmelzen. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Laserstrahleinrichtung, eine Elektronenstrahleinrichtung, eine Plasmaeinrichtung oder dergleichen handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungseinrichtung;
2 eine Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels der Fertigungseinrichtung gemäß 1, und
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Fertigungseinrichtung gemäß den 1 und 2.

1 zeigt bei a) eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Fertigungseinrichtung 1 sowie bei b) eine Seitenansicht der Fertigungseinrichtung 1. Die Fertigungseinrichtung 1 ist eingerichtet zum additiven, insbesondere generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial. Sie weist wenigstens einen Speisebehälter 3, hier zwei Speisebehälter 3, zur Bevorratung eines Pulvermaterials 5 auf. Die Fertigungseinrichtung 1 weist außerdem ein Fördermechanismus 7 auf, der eingerichtet ist zur Förderung des Pulvermaterials 5 aus den Speisebehältern 3 an einen Bauort 9, insbesondere auf eine Bauplattform 11 der Fertigungseinrichtung 1.
Die Fertigungseinrichtung 1 weist außerdem eine Topografiesensoreinrichtung 12 auf, die eingerichtet ist zur Ermittlung einer Topografie einer Deckschicht 13 des Pulvermaterials 5 in den Speisebehältern 3, sowie eine Steuereinrichtung 15, die eingerichtet ist, um wenigstens ein Förderelement 17 des Fördermechanismus 7 so anzusteuern, dass die Topografie der Deckschicht 13 einer vorherbestimmten Soll-Topografie angenähert wird. Dabei ist die Steuereinrichtung 15 hier einerseits mit der Topografiesensoreinrichtung 12 und andererseits in nur schematisch dargestellter Weise mit dem Fördermechanismus 7 wirkverbunden.
Überschüssiges Pulvermaterial 5 wird dabei durch den Fördermechanismus 7 in einen Überlaufbehälter 19 gefördert.
Im Rahmen eines Verfahrens, welches mit der Fertigungseinrichtung 1 durchführbar ist, wird eine Topografie der Deckschicht 13 mittels der Topografiesensoreinrichtung 12 automatisch ermittelt, und es wird - insbesondere durch die Topografiesensoreinrichtung 12 und/oder durch die Steuereinrichtung 15 - geprüft, ob die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht. Vorzugsweise wird dabei die ermittelte Topografie mit der vorherbestimmten Soll-Topografie verglichen, und es wird eine Abweichung ermittelt, vorzugsweise quantifiziert. Wenn die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wird das wenigstens eine Förderelement 17 vorzugsweise automatisch so angesteuert, dass die Topografie der Deckschicht 13 der vorherbestimmten Soll-Topografie angenähert wird.
Wie bei b) in 1 dargestellt, weisen frisch mit Pulvermaterial beschickte Speisebehälter 3 typischerweise eine für die additive/generative Fertigung ungeeignete, insbesondere kegelförmige Schütt-Topografie des eingefüllten Pulvermaterials 5 auf. Insofern bedarf es zunächst insbesondere einer Glättung oder Einebnung der Deckschicht 13, bevor mit dem additiven/generativen Fertigen eines Bauteils begonnen werden kann. Das hier vorgeschlagene Verfahren sowie die Fertigungseinrichtung 1 ermöglichen eine sichere, genaue, pulvermaterialsparende und vorzugsweise schnelle Anpassung der Topografie der Deckschicht 13 an die vorherbestimmte Soll-Topografie, insbesondere eine Einebnung der Deckschicht 13.
Der Fördermechanismus 7 weist hier als ein erstes Förderelement 17 einen in dem jeweiligen Speisebehälter 3 hubbeweglich angeordneten Hubkolben 21 auf, der zur axialen Anhebung des Pulvermaterials 5 in dem Speisebehälter 3 eingerichtet ist, sowie als ein zweites Förderelement 17 einen insbesondere senkrecht zur Hubbewegung des Hubkolbens 21 verlagerbaren Pulverschieber 23. Dabei werden im Rahmen des Verfahrens der Hubkolben 21 und der Pulverschieber 23 - vorzugsweise alternierend - angesteuert, insbesondere in einer gekoppelten Bewegung, um die Topografie der Deckschicht 13 der vorherbestimmten Soll-Topografie anzunähern.
2 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Fertigungseinrichtung 1 gemäß 1. Dabei ist bei a) eine Detail-Seitenansicht und bei b) eine stirnseitige Detailansicht - in 1 von links gesehen - dargestellt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist hier insbesondere ein Ausführungsbeispiel der Topografiesensoreinrichtung 12 dargestellt und im Folgenden näher erläutert, wobei die Topografie der Deckschicht 13 bei diesem Ausführungsbeispiel durch direkte Vermessung der Deckschicht 13 mittels einer triangulierenden Topografiesensoreinrichtung 12 ermittelt wird. Dabei weist die triangulierende Topografiesensoreinrichtung 12 hier eine optische Kamera 25 mit schematisch dargestelltem Sichtbereich 27 sowie eine für eine strukturierte Beleuchtung eingerichtete Beleuchtungseinrichtung 29 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 29 ist hier eingerichtet zur Projektion einer Lichtlinie 31 auf die Deckschicht 13, insbesondere ist die Beleuchtungseinrichtung 29 bevorzugt als Linienlaser ausgebildet. Sie kann alternativ aber auch eingerichtet sein, um ein Punktraster auf die Deckschicht 13 zu projizieren. Mittels der optischen Kamera 25 und der strukturierten Beleuchtung ist in einfacher und genauer Weise eine Ermittlung der Topografie der Deckschicht 13 möglich.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Topografie der Deckschicht 13 durch direkte Vermessung der Deckschicht 13 mittels einer laufzeitmessenden Topografiesensoreinrichtung 12, beispielsweise einer LIDAR-Einrichtung, einer LADAR-Einrichtung, einer Radar-Einrichtung, einer TOF-Kamera, und/oder einer Ultraschall-Einrichtung, ermittelt wird.
Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Topografie der Deckschicht 13 indirekt durch Messung wenigstens einer Eigenschaft einer an dem Bauort 9 der Fertigungseinrichtung 1 aus dem Speisebehälter 3 aufgetragenen Arbeitspulverschicht 33 (vergleiche 1) ermittelt wird. Dabei kann zur Messung der wenigstens einen Eigenschaft der Arbeitspulverschicht 33 insbesondere eine optische Aufnahme der Arbeitspulverschicht 33 ausgewertet werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben der Fertigungseinrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei wird anhand von 3 insbesondere deutlich, dass die Verfahrensschritte iterativ durchgeführt werden, insbesondere bis die Abweichung der ermittelten Topografie der Deckschicht 13 von der vorherbestimmten Soll-Topografie höchstens gleich groß oder kleiner ist als eine vorbestimmte Grenzabweichung.
Dabei ist bei a) eine Ausgangssituation dargestellt, in welcher die Deckschicht 13 des Pulvermaterials 5 in dem Speisebehälter 3 nach dessen Beschicken eine insbesondere kegelförmige Topografie, mithin einen sogenannten Schüttkegel, aufweist.
Bei b) ist dargestellt, dass - insbesondere nach einer ersten Ermittlung der Topografie der Deckschicht 13 und einer Prüfung auf eine Abweichung von der vorherbestimmten Soll-Topografie - der Fördermechanismus 7, hier insbesondere zunächst der Hubkolben 21, angesteuert wird, um das Pulvermaterial 5 in dem Speisebehälter 3 anzuheben.
Wie bei c) dargestellt, erfolgt dies bevorzugt so lange, bis das Pulvermaterial 5 über einer Referenzebene 35, die insbesondere durch eine Oberkante des Speisebehälters 3 oder eine Arbeitsbühne 37 der Fertigungseinrichtung 1 definiert sein kann, angeordnet ist.
Bevorzugt erfolgt nun eine neue Ermittlung der Topografie der Deckschicht 13, sowie wiederum eine Prüfung von deren Abweichung von der vorherbestimmten Soll-Topografie.
Bei d) wird nun wiederum der Fördermechanismus 7, hier nun der Pulverschieber 23, angesteuert, um insbesondere über die Referenzebene 35 überstehendes Pulvermaterial 5 der Deckschicht 13 zu verschieben.
Das Ergebnis dieses Schrittes ist bei e) dargestellt, wobei hier deutlich wird, dass die Topografie der Deckschicht 13 der vorherbestimmten Soll-Topografie, in diesem Fall nämlich einer ebenen Anordnung des Pulvermaterials 5, angenähert ist.
Bevorzugt erfolgt nunmehr erneut eine Ermittlung der Topografie der Deckschicht 13 sowie bevorzugt eine Prüfung von deren Abweichung von der vorherbestimmten Soll-Topografie.
Bei f) wird wiederum der Hubkolben 21 angesteuert, um das Pulvermaterial 5 anzuheben. Insbesondere wird dabei - wie bei g) dargestellt - erneut Pulvermaterial 5 über die Referenzebene 35 hinaus verschoben.
Bei g) ist außerdem dargestellt, dass nun wiederum - insbesondere nach erneuter Ermittlung der Topografie der Deckschicht 13 sowie Vergleich mit der vorherbestimmten Soll-Topografie - der Pulverschieber 23 angesteuert wird, um die Topografie der Deckschicht 13 der vorherbestimmten Soll-Topografie weiter anzunähern.
Bei h) ist eine erneute Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 21 dargestellt, sowie zugleich das Ergebnis des Verfahrens, wobei die Deckschicht 13 nunmehr die vorherbestimmte Soll-Topografie, nämlich eine ebene Topografie, aufweist. Das additive/generative Fertigen eines Bauteils kann mit dieser Topografie der Deckschicht 13 nunmehr gestartet werden.
3 zeigt lediglich eine schematische Darstellung des Verfahrens. Es versteht sich, dass in der Regel eine größere Anzahl von Iterationen als hier dargestellt nötig sein wird, um die Topografie der Deckschicht 13 - innerhalb der vorbestimmten Grenzabweichung - in Übereinstimmung mit der vorherbestimmten Soll-Topografie zu bringen.
Das wenigstens eine Förderelement 17 wird im Übrigen bevorzugt nur so weit verlagert, wie es zur Annäherung der Topografie der Deckschicht 13 an die vorherbestimmte Soll-Topografie in dem jeweiligen Verfahrensschritt nötig und hinreichend ist. Insbesondere wird dabei der Hubkolben 21 schrittweise, vorzugsweise ebenenweise, angesteuert. Der Pulverschieber 23 wird nur so weit verlagert, wie tatsächlich Pulver über die Referenzebene 35 übersteht.
Eine Schrittweite für die Verlagerung des wenigstens einen Förderelements 17 wird dabei bevorzugt in Abhängigkeit von der Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie bestimmt. Dabei wird insbesondere ein Regelkreis verwirklicht.
Insbesondere wird - wie in 3 dargestellt - der Pulverschieber 23 bevorzugt in jeder Iteration lediglich in eine Richtung, das heißt in der Abfolge der Iterationen wechselweise hin und her, verlagert.
Insgesamt kann mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren sowie der Fertigungseinrichtung 1 eine genaue, pulvermaterialsparende und vorzugsweise schnelle Annäherung der Topografie der Deckschicht 13 an die vorherbestimmte Soll-Topografie erreicht werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial (5), wobei a) eine Topografie einer Deckschicht (13) eines Pulvermaterials (5) in einem Speisebehälter (3) der Fertigungseinrichtung (1) automatisiert ermittelt wird, wobei der Speisebehälter (3) ein Vorratsbehälter ist, in welchem das Pulvermaterial (5) für die Fertigung des Bauteils bereitgestellt wird, wobei das Pulvermaterial (5) aus dem Speisebehälter (3) vor und während der Fertigung des Bauteils entnommen und einem Bauort (9) zugeführt wird, an welchem das Bauteil schichtweise aufgebaut wird, wobei b) geprüft wird, ob die ermittelte Topografie von einer vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wobei, c) wenn die ermittelte Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie abweicht, wenigstens ein Förderelement (17) eines Fördermechanismus (7) der Fertigungseinrichtung (1) angesteuert wird, um die Topografie der Deckschicht (13) der vorherbestimmten Soll-Topografie anzunähern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) iterativ durchgeführt werden, bis eine Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie höchstens gleichgroß oder kleiner ist als eine vorbestimmte Grenzabweichung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Förderelemente (17) des Fördermechanismus (7) ein in dem Speisebehälter (3) hubbeweglich angeordneter Hubkolben (21) und ein Pulverschieber (23) - vorzugsweise alternierend - angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Förderelement (17) nur so weit verlagert wird, wie es in Schritt c) zur Annäherung der Topografie der Deckschicht (13) an die vorherbestimmte Soll-Topografie nötig und hinreichend ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schrittweite für die Verlagerung des wenigstens einen Förderelements (17) in Abhängigkeit von der Abweichung der ermittelten Topografie von der vorherbestimmten Soll-Topografie bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topografie der Deckschicht (13) durch direkte Vermessung der Deckschicht (13), insbesondere mittels einer triangulierenden Topografiesensoreinrichtung (12) und/oder einer laufzeitmessenden Topografiesensoreinrichtung (12) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als triangulierende Topografiesensoreinrichtung (12) eine optische Kamera (25) mit einer strukturierten Beleuchtung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als laufzeitmessende Topografiesensoreinrichtung (12) eine Topografiesensoreinrichtung (12) verwendet wird, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer LIDAR-Einrichtung, einer LADAR-Einrichtung, einer Radar-Einrichtung, einer TOF-Kamera, und einer Ultraschalleinrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Topografie der Deckschicht (13) indirekt durch Messung wenigstens einer Eigenschaft einer an einem Bauort (9) der Fertigungseinrichtung (1) aus dem Speisebehälter (13) aufgetragenen Arbeitspulverschicht (33) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der wenigstens einen Eigenschaft der Arbeitspulverschicht (33) eine optische Aufnahme der Arbeitspulverschicht (33) ausgewertet wird.
Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial (5), mit - wenigstens einem Speisebehälter (3) zur Bevorratung eines Pulvermaterials (5); - einem Fördermechanismus (7), eingerichtet zur Förderung des Pulvermaterials (5) aus dem Speisebehälter (3) an einen Bauort (9) der Fertigungseinrichtung (1); - einer Topografiesensoreinrichtung (12), eingerichtet zur Ermittlung einer Topografie einer Deckschicht (13) des Pulvermaterials (5) in dem Speisebehälter (3), und mit - einer Steuereinrichtung (15), die eingerichtet ist zur Ansteuerung des Fördermechanismus (7), um die Topografie der Deckschicht (13) einer vorherbestimmten Soll-Topografie anzunähern.
Fertigungseinrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung (1) zwei Speisebehälter (3) aufweist, wobei die Topografiesensoreinrichtung (12) eingerichtet ist zur Erfassung der beiden Speisebehälter (3).