DE102019115280A1

DE102019115280A1 - Verfahren zur Durchführung eines Diagnoseablaufs einer Einrichtung zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts sowie derartige Herstelleinrichtung mit Diagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE102019115280A1
Application number: DE102019115280.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Allenberg-Rabe
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Diagnoseablaufs einer Herstelleinrichtung (10) zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials (20) sowie eine entsprechende Vorrichtung an sich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Herstelleinrichtung zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts sowie eine derartige Herstelleinrichtung an sich.
Die Herstellung des dreidimensionalen Objekts im Sinne der Erfindung erfolgt dabei durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines insbesondere pulverförmigen Aufbaumaterials. Derartige Einrichtungen zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts weisen eine Objektbildungskammer auf, in der das zu fertigende Objekt schrittweise erstellt wird. In der Objektbildungskammer ist eine Arbeitsfläche vorgesehen, die ein Baufeld zum Herstellen des dreidimensionalen Objekts aufweist.
Im Bereich der additiven Herstellung sind sogenannte Selective Laser Sintering (SLS)- oder Selective Laser Melting (SLM)-Verfahren bekannt. Diese Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten umfassen also das selektive Sintern sowie das selektive Laserschmelzen. Zur Durchführung dieser additiven Herstellungsverfahren wird in der Objektbildungskammer das pulverförmige Aufbaumaterial mit einer elektromagnetischen Strahlung einer Strahlquelle der Herstelleinrichtung bestrahlt. Das Aufbaumaterial kann insbesondere ein Metall- oder Keramikpulver sein und die Strahlung insbesondere ein Laserlicht. Eine dünne Pulverschicht wird auf dem Baufeld der Kammer aufgebracht und zur eigentlichen Herstellung des Objekts mittels der Strahlung bzw. des Laserlichts gesintert oder geschmolzen. Die Herstellung des Objekts erfolgt dabei in mehreren Schritten bzw. schrittweise. Aufeinanderfolgende Pulverschichten werden aufgebracht und jeweils gesintert bzw. geschmolzen. Mit einer Aufbringeinrichtung wird zwischen den jeweiligen Fertigungsschritten das pulverförmige Aufbaumaterial aufgebracht bzw. aufgestrichen. Eine derartige Aufbringeinrichtung kann beispielsweise ein Wischer, eine Walze, eine Bürste, eine Rakel oder eine Klinge sein. Diese Aufbringeinrichtung fährt über die Bauplattform und verteilt das pulverförmige Aufbaumaterial in einer gleichmäßigen Schicht über die Bauplattform.
Das Verfahren bezieht sich dabei auf eine Herstelleinrichtung, die wenigstens eine Strahlquelle, ggf. eine Strahlteilereinheit, eine Fokussiereinheit, eine Scaneinheit und eine Sensoreinheit aufweist.
Die Herstelleinrichtung ist dabei typischerweise derart ausgebildet, dass ein Strahl der Strahlquelle entlang einer Hauptstrahlrichtung von dieser aus zunächst auf die Strahlteilereinheit geleitet wird und über diese zu einer Fokussiereinheit und einer Scaneinheit geleitet wird. Denkbar ist jedoch auch eine Ausbildung der Herstelleinrichtung ohne Strahlteilereinheit. Die Sensoreinheit kann in diesem Fall bevorzugt als eine Rückreflexsensorik der Strahlquelle ausgebildet sein.
Die Fokussiereinheit wiederum ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie den Strahl auf einen Punkt auf dem Baufeld fokussieren kann. Der Strahl propagiert dabei entlang einer Hauptstrahlrichtung in Richtung Baufeld.
Die Scaneinheit wiederum ist üblicherweise entlang der Hauptstrahlrichtung auf die Fokussiereinheit folgend angeordnet und ist derart angeordnet und ausgebildet, dass mittels der Scaneinheit ein Fokuspunkt des Strahls über die Fläche des Baufelds bewegbar ist. Um Strukturen in das Aufbaumaterial einzubringen, wird der Fokuspunkt des Strahls über das pulverförmige Aufbaumaterial bewegt und hierdurch die bestrahlten Bereiche des pulverförmigen Aufbaumaterials verflüssigt und durch anschließendes Erstarren verbunden bzw. beim Lasersintern gesintert.
Mit anderen Worten, die Fokussiereinheit ist eine Vorrichtung zum Erzeugen und Verschieben des Laserfokus entlang der optischen Achse bzw. des Strahlengangs. Die Scaneinheit wiederum ist eine Vorrichtung zum Verschieben des Laserfokus quer zur optischen Achse bzw. der Hauptstrahlrichtung.
Bei derartigen Herstelleinrichtungen ist es bekannt, zur Diagnose von beispielsweise optischen Verschmutzungen oder anderen Fehlern im Strahlengang einen Laserstrahl durch ein Objekt auf dem Baufeld im Strahlengang entgegen der Hauptstrahlrichtung zu reflektieren und das entsprechend reflektierte Signal durch den Strahlteiler aus dem Strahlengang auszukoppeln und der Sensoreinheit zuzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem verschiedene optische Komponenten der Herstelleinrichtung auf Verschmutzungen oder andere optische Fehlerquellen geprüft werden können und überdies zu ermöglichen, die Verschmutzung bzw. optische Fehlerquelle räumlich auf der zu prüfenden optischen Komponente zu lokalisieren. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Herstelleinrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, in einem Diagnosebetrieb betrieben zu werden, in der Verschmutzungen oder andere optische Fehlerquellen im Strahlengang identifizierbar und lokalisierbar sind. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Herstelleinrichtung nach Anspruch 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich nun dadurch, dass es den Schritt des Anordnens einer auf die Fokussiereinheit und die Scaneinheit folgenden Reflexionseinheit im Strahlengang des Strahls umfasst, dabei ist diese Reflexionseinheit derart im Strahlengang angeordnet, dass ein Teil der Intensität des Strahls in einem Primärmessstrahl derart entgegen der Hauptstrahlrichtung reflektiert wird, dass der Primärmessstrahl auf einen Messpunkt auf einer zu prüfenden optischen Komponente im Strahlengang der Herstelleinrichtung fokussiert ist. Die Reflexionseinheit ist dabei zum Baufeld (in Strahlrichtung) beabstandet angeordnet.
Der Primärmessstrahl wird in einer Variante der Erfindung von der zu prüfenden optischen Komponente auf den Strahlteiler geleitet. Über den Strahlteiler wiederum wird ein Teil des Primärmessstrahls in Form eines Sekundärmessstrahls aus dem Strahlengang ausgekoppelt und der Sensoreinheit zugeführt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Primärmessstrahl von der zu prüfenden optischen Komponente der Sensoreinheit zugeführt wird, wobei die Sensoreinheit als ein Rückreflexsensor der Strahlquelle ausgebildet ist. Hierzu wird der Primärmessstrahl typischerweise in eine Faser der Strahlquelle eingekoppelt.
Anhand der gemessenen Intensität des Sekundärmessstrahls (bzw. des Primärmessstrahls in der zweiten Alternative) können Rückschlüsse auf die lokalen optischen Eigenschaften der zu prüfenden optischen Komponente im Strahlengang geschlossen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die optische Komponente räumlich während dem Diagnoseablauf abgetastet wird. Damit kann insbesondere gemeint sein, dass die optische Komponente in ihrer zur Hauptstrahlrichtung orthogonalen Erstreckung abgetastet wird.
Der Messpunkt kann im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise mittels der Scaneinheit über die flächige Erstreckung der zu prüfenden optischen Komponente im Strahlengang bewegt werden. Dabei wird der Messpunkt also wenigstens auf zwei entlang des Strahlengangs an der gleichen Position befindliche Punkte auf der zu prüfenden optischen Komponente fokussiert. Diese beiden Punkte sind jedoch in der flächigen Erstreckung der zu prüfenden optischen Komponente zueinander beabstandet. Im Sinne der Erfindung ist insbesondere, wenn die gesamte zu prüfende optische Komponente mit dem Messpunkt abgefahren wird. Mit anderen Worten, wenn der Messpunkt über die gesamte zu prüfende optische Komponente bewegt wird und diese prüft. Die zu prüfende optische Komponente kann kontinuierlich über ihre Fläche abgefahren werden oder punktuell in einer Art Raster geprüft werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren insbesondere umfassen, dass in einem ersten Diagnoseschritt der Messpunkt auf eine erste zu prüfende optische Komponente im Strahlengang fokussiert ist und in einem zweiten Diagnoseschritt der Messpunkt auf eine zweite zu prüfende optische Komponente fokussiert ist. Die beiden Messpunkte der zwei unterschiedlichen Diagnoseschritte sind dabei im Strahlengang entlang der Hauptstrahlrichtung versetzt zueinander angeordnet. Insbesondere sind die beiden zu prüfenden optischen Komponenten entlang der Hauptstrahlrichtung versetzt zueinander angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist insbesondere, wenn beide zu prüfenden optischen Komponenten flächig mittels der Scaneinheit abgefahren werden. Wie dies oben bereits erläutert wurde, kann dieses flächige Abfahren rasterförmig oder kontinuierlich über deren flächige Erstreckung erfolgen.
Zur oben genannten Fokussierung in einem ersten und zweiten Messpunkt ist noch anzumerken, dass diese jedenfalls auch mittels der Fokussiereinheit einstellbar ist. Im Sinne der Erfindung kann aber insbesondere sein, dass die unterschiedliche Fokussierung im ersten und zweiten Messpunkt nicht nur teilweise, sondern vollständig durch die Fokussiereinheit erreicht wird. In diesem Fall wird also die Reflexionseinheit unverändert und stationär gehalten und der Fokuspunkt durch eine Veränderung der Fokussierung der Fokussiereinheit eingestellt. Im Sinne der Erfindung ist jedoch auch, wenn die Fokussierung im ersten und zweiten Messpunkt durch einen Austausch der Reflexionseinheit erfolgt. Denkbar ist auch, dass die Position der Reflexionseinheit entlang der Hauptstrahlrichtung verändert wird, um die gewünschte Fokussierung zu erreichen. Es ist ebenso denkbar, dass ein Teil der optischen Komponenten der Reflexionseinheit entlang der Hauptstrahlrichtung bewegt wird, um die unterschiedlichen Fokussierungen einzustellen. Beispielsweise kann die Reflexionseinheit eine Linse und/oder eine Planplatte umfassen. Die Reflexionseinheit kann allgemein eine Planplatte und/oder eine Keilplatte umfassen. Vorteilhaft kann sein, wenn die Reflexionseinheit ein Fokussierelement, das beispielsweise durch eine Linse gebildet sein kann, umfasst.
Wie oben bereits ausgeführt, ist Teil der Erfindung auch eine Herstelleinrichtung. Die derartige Herstelleinrichtung weist wenigstens eine Strahlquelle, ggf. eine Strahlteilereinheit, eine Fokussiereinheit, eine Scaneinheit und eine Sensoreinheit auf. Die Herstelleinrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass ein Strahl der Strahlquelle entlang einer Hauptstrahlrichtung, wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, von dieser aus, vorzugsweise zunächst auf die Strahlteilereinheit geleitet wird und über diese, zu einer Fokussiereinheit und einer Scaneinheit geleitet wird. Die Fokussiereinheit wiederum fokussiert den Strahl entlang der Hauptstrahlrichtung auf einen Punkt auf dem Baufeld und die Scaneinheit ist ausgebildet und angeordnet, um den Fokuspunkt über die Fläche des Baufelds bewegen zu können. Die erfindungsgemäße Herstelleinrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass sie eine Reflexionseinheit im Strahlengang des Strahls umfasst, wobei die Reflexionseinheit zum Baufeld beabstandet angeordnet ist. Die Reflexionseinheit ist derart im Strahlengang des Strahls angeordnet, dass ein Teil der Intensität des Strahls in einem Primärstrahl derart entgegen der Hauptstrahlrichtung reflektiert wird, dass der Primärstrahl auf einem Messpunkt auf einer zu prüfenden optischen Komponente im Strahlengang der Herstelleinrichtung fokussiert ist. In einer Variante der Erfindung wird der Primärstrahl von der zu prüfenden optischen Komponente auf den Strahlteiler geleitet. Über den Strahlteiler wiederum wird ein Teil des Primärstrahls in Form eines Sekundärmessstrahls aus dem Strahlengang ausgekoppelt und der Sensoreinheit zugeführt. In einer anderen Variante der Erfindung wird der Primärstrahl in eine Faser der Strahlquelle eingeleitet und der Sensoreinheit zugeführt, wobei die Sensoreinheit als ein Rückreflexsensor der Strahlquelle ausgebildet ist. Hierdurch können die optischen Komponenten im Strahlengang der Herstelleinrichtung auf optische Fehlerquellen, beispielsweise Verschmutzungen, überprüft werden. Vorzugsweise wird dies anhand des bzw. anhand eines der oben beschriebenen Verfahren(s) durchgeführt. Die Reflexionseinheit kann in einer Wechseleinheit angeordnet sein. In der Wechseleinheit sind typischerweise mehrere, wenigstens jedoch zwei Reflexionseinheiten, angeordnet. Die Reflexionseinheiten sind austauschbar in den Strahlengang bringbar. Die wenigstens zwei Reflexionseinheiten sind insbesondere derart ausgebildet, dass sie den Primärmessstrahl an unterschiedliche Punkte entlang der Hauptstrahlrichtung fokussieren können. Durch das Ändern der verwendeten Reflexionseinheit ist demnach die Position des Messpunkts entlang der Hauptstrahlrichtung bewegbar bzw. seine Position entlang der Hauptstrahlrichtung veränderbar.
Die Reflexionseinheit kann auch derart entlang der Hauptstrahlrichtung bewegbar sein, dass der Primärmessstrahl an unterschiedliche Punkte entlang der Hauptstrahlrichtung fokussierbar ist. Auch hierdurch kann die Position des Messpunkts entlang der Hauptstrahlrichtung bewegbar sein.
Die Reflexionseinheit kann auch durch ein Schutzglas der Scaneinheit gebildet sein. Typischerweise ist in diesem Fall die Strahlquelle zur Durchführung des Diagnoseablaufs durch eine Messstrahlquelle gebildet und die Messstrahlquelle kann einen Messstrahl in den Strahlengang einkoppeln, dessen Wellenlänge sich von der Wellenlänge eines Bearbeitungsstrahls einer Bearbeitungsstrahlquelle unterscheidet. Das Schutzglas ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass es einen größeren Anteil der Intensität des Messstrahls als den Anteil der Intensität des Bearbeitungsstrahls reflektiert. Insbesondere kann das Schutzglas für die Wellenlänge des Bearbeitungsstrahls entspiegelt sein.
Durch die Verwendung der Reflexionseinheit wird quasi ein Teil der Laserstrahlung zurück in den Strahlengang reflektiert. Die Reflexionseinheit (bspw. Planplatte) ist zur Durchführung der Diagnose so positioniert, dass der Fokus des Rückreflexes auf der Oberfläche des zu untersuchenden optischen Elements liegt. Durch die Scaneinheit (typischerweise durch eine Veränderung der Scanspiegelstellung) kann man den Fokus an verschiedene Stellen der Prüflingsoberfläche bewegen.
Nachdem der durch die Reflexionseinheit rückreflektierte Strahlanteil (Primärmessstrahl) auf die Oberfläche des Prüflings gefallen ist, wird dieser durch den Prüfling transmittiert und bewegt sich weiter durch den Strahlengang Richtung Strahlquelle (bspw. Faserkollimator). Vor der Strahlquelle trifft der rückreflektierte Strahlanteil (Primärmessstrahl) auf die Strahlteilereinheit. Aus dem rückreflektierten Strahlanteil (Primärmessstrahl) wird ein Strahlanteil (Sekundärmessstrahl) aus dem Strahlengang ausgekoppelt und zur Sensoreinheit (bspw. Photodiode) geleitet.
Auf diese Weise kann zu jeder Stellung der Scaneinheit (Scanspiegelstellung) bzw. zu jeder Position des Rückreflexes auf der Oberfläche des zu untersuchenden optischen Elements (Prüflingsoberfläche) ein zugehöriger von der Sensoreinheit erfasster „Helligkeitswert“ ermittelt werden.
Dieser Helligkeitswert ist abhängig von den Transmissionseigenschaften des Prüflings an dem jeweiligen Auftreffpunkt des fokussierten Rückreflexes. Trifft der fokussierte Rückreflex auf der Prüflingsoberfläche auf einen Defekt oder eine Verschmutzung (bspw. einen Partikel), so wird dort Strahlung absorbiert oder gestreut und die Strahlungsintensität auf der der Sensoreinheit (bspw. Photodiode) nimmt entsprechend ab. Es entsteht so ein Bild der Prüflingsoberfläche mit den darauf befindlichen Defekten und Verunreinigungen.
Die Stellung der Scaneinheit (Scanspiegelstellung) ist mit den erfassten Sensorwerten (Helligkeitswerten) verknüpfbar, um eine Lokalisierung (quasi eine „Karte“) der Defekte zu erstellen.
Durch Verschieben der Reflexionseinheit (bspw. Planplatte) entlang der optischen Achse oder durch Einbringen einer zusätzlichen Brechkraft (z.B. Linse) kann der fokussierte Rückreflex auf jede optische Oberfläche bzw. jede Komponente der Strahlführung bewegt werden, die sich zwischen Reflexionseinheit und Sensoreinheit befindet.
Es ist denkbar einen separaten „Prüfeinsatz“ (verschiedene Reflexionseinheiten) für jedes optische Element im Strahlengang vorzusehen. Verschiedene Reflexionseinheiten „Prüfeinsätze“ können in einer Wechseleinheit angeordnet sein.
Ein „Prüfeinsatz“ bzw. eine Reflexionseinheit kann bspw. eine sphärisch gekrümmte Glasfläche oder eine Linse und eine Planplatte umfassen, um einen fokussierten Rückreflex am Ort des zu messenden optischen Elements erzeugen.
Der Prüfeinsatz (Reflexionseinheit) kann in der Prozesskammer und mittig unter dem Scanner positioniert werden. An der Herstelleinrichtung kann anschließend ein Dienstprogramm gestartet werden, welches die Scaneinheit ansteuert und so den Rückreflex über den Prüfling bewegt. Die Sensoreinheit zeichnet jeweils entsprechend die zugehörigen empfangenen Signale (bspw. Photodiodensignale) auf. Nach dem ggf. vollständigen Scan des zu untersuchenden Objekts kann das aufgezeichnete Bild der optischen Komponente auf dem Bildschirm angezeigt werden und der Bediener kann den Zustand der Komponente beurteilen. Der Vorgang kann anschließend mit den jeweiligen Prüfeinsätzen für die weiteren Komponenten der Strahlführung wiederholt werden.
Für einen automatisierten Ablauf ist es denkbar eine motorisierte Wechseleinheit zu verwenden. Bspw. kann dieses ausgebildet sein, um durch Einschwenken verschiedener Linsen oder eines anderen optischen Elements (Planplatte, Keilplatte oder ähnliches) in den Strahlengang den Rückreflex auf verschiedene optische Oberflächen im Strahlengang fokussieren zu können.
Wie bereits erwähnt kann auch ein Schutzglas der Scaneinheit verwendet werden, um einen Rückreflex zu erzeugen. Das Schutzglas kann hierzu insbesondere ein Anitreflexcoating aufweisen, dass den Rückreflex wellenlängenabhängig unterschiedlich stark unterdrückt. Es ist bspw. möglich einen in die bspw. als Faserlaser ausgebildete Strahlquelle integrierten Pointerlaser zu nutzen, um den zur Diagnose verwendeten Laserstrahl bereit zu stellen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Herstelleinrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Durchführung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Herstelleinrichtung illustriert ist; und
2 eine schematische Ansicht einer alternativen Herstelleinrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Durchführung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Herstelleinrichtung illustriert ist.

In 1 ist eine Herstelleinrichtung 10 gezeigt, auf der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Die Vorrichtung 10 weist eine Objektbildungskammer 12 auf. In der Objektbildungskammer 12 ist eine Arbeitsfläche 14 angeordnet, die ein Baufeld 16 aufweist. In der Objektbildungskammer 12 ist ebenso eine Aufbringungseinrichtung 18 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel in Form einer Rakel ausgebildet ist aber bspw. auch durch eine Walze ausgebildet sein kann.
Pulverförmiges Aufbaumaterial 20, das vorliegend schichtartig auf dem Baufeld 16 angeordnet ist, ist lediglich schematisch und bereichsweise dargestellt, wobei die Darstellung stark vergrößert ist. Pro schichtweisem Aufbauvorgang werden typischerweise zwischen 1 µm und 200 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 40 µm, pulverförmiges Aufbaumaterial 20 schichtartig mittels der Aufbringungseinrichtung 18 über das Baufeld 16 verteilt.
Die Herstelleinrichtung 10 umfasst eine Scaneinheit 22 und eine Strahlquelle 24, die im vorliegenden Beispiel durch eine optische Faser 26 und einen Faserkollimator 28 gebildet ist. Die Strahlquelle 24 koppelt einen Strahl 30, der vorliegend ein Laserstrahl ist, in den Strahlengang der Herstelleinrichtung 10 ein. Von der Strahlquelle 24 aus wird der Strahl 30 entlang einer Hauptstrahlrichtung 31 zunächst auf eine Strahlteilereinheit 32 geleitet und wird über diese zu einer Fokussiereinheit 34 und der Scaneinheit 22 geleitet.
Eine Sensoreinheit 36 ist bzgl. der Strahlteilereinheit 32 der Fokussiereinheit 34 gegenüberliegend angeordnet. Zwischen Sensoreinheit 36 und Strahlteilereinheit 32 ist eine sekundäre Fokussiereinheit 38, die vorliegend als Sammellinse ausgebildet ist, angeordnet.
Die Fokussiereinheit 34 ist ausgebildet, um den Strahl 30 entlang der Hauptstrahlrichtung 31 auf einen Punkt auf dem Baufeld 16 zu fokussieren. Die Scaneinheit 22 ist ausgebildet, um einen Fokuspunkt 40 des Strahls 30 über die Fläche des Baufelds 16 zu bewegen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das zum Baufeld beabstandete Anordnen einer auf die Fokussiereinheit 34 und die Scaneinheit 22 folgenden Reflexionseinheit 42 im Strahlengang des Strahls 30 vorgesehen. In 1 ist die Reflexionseinheit 42 als unbeschichtete Quarzplatte ausgeführt. Vorteilhafterweise ist es auch mögliche eine entsprechende Wedge-Platte (Keil-Platte) zu verwenden, wodurch ein Doppelreflex vermieden werden kann.
Die Reflexionseinheit 42 ist zur Durchführung des Verfahrens derart im Strahlengang des Strahls 30 angeordnet, dass ein Teil der Intensität des Strahls 30 in einem Primärmessstrahl 44 derart entgegen der Hauptstrahlrichtung 31 reflektiert wird, dass der Primärmessstrahl 44 auf einen Messpunkt 45 auf einer zu prüfenden optischen Komponente 46 (vorliegend eine Linse der Fokussiereinheit 34) im Strahlengang der Herstelleinrichtung 10 fokussiert ist.
Der Primärmessstrahl 44 wird von der zu prüfenden optischen Komponente 46 auf den Strahlteiler 32 geleitet. Über den Strahlteiler 32 wird ein Teil des Primärmessstrahls 44 (ein Teil der Intensität mit der der Primärmessstrahl 44 auf den Strahlteiler 32 trifft) in Form eines Sekundärmessstrahls 48 aus dem Strahlengang ausgekoppelt und der Sensoreinheit 36 zugeführt.
Vorzugsweise wird der Messpunkt 45 zur Durchführung des Verfahrens mittels der Scaneinheit 22 über die flächige Erstreckung der zu prüfenden optischen Komponente 46 im Strahlengang bewegt. Dabei kann er auf wenigstens zwei entlang des Strahlengangs an der gleichen Position befindliche Punkte 50, 52 auf der zu prüfenden optischen Komponente 46 fokussiert werden. Die beiden Punkte sind dabei in der flächigen Erstreckung der zu prüfenden optischen Komponente 46 zueinander beabstandet.
Das Verfahren kann auch mehrere Diagnoseschritte umfassen, die unterschiedliche optische Komponenten im Strahlengang betreffen. Bspw. kann in einem ersten Diagnoseschritt der Messpunkt 45 auf eine erste zu prüfende optische Komponente 46 im Strahlengang fokussiert werden und in einem zweiten Diagnoseschritt der Messpunkt 45 auf eine zweite zu prüfende optische Komponente 54 fokussiert werden. Bspw. wie im vorliegend illustrierten Fall auf zwei unterschiedliche Linsen der Fokussiereinheit 34. Die beiden zu prüfenden optischen Komponenten 46 und 54 können im Strahlengang entlang der Hauptstrahlrichtung 31 (wie in 1 illustriert) versetzt zueinander angeordnet sein. Die beiden zu prüfenden optischen Komponenten 46 und 54 können bspw. optische Komponenten der Fokussiereinheit 34 sein. Denkbar ist aber auch dass wenigstens eine der Komponenten oder die zu prüfende Komponente der Strahlteiler 32 ist. Die unterschiedliche Fokussierung der beiden Messpunkte, also bspw. der Anordnung des Messpunkts auf den beiden unterschiedlichen zu prüfenden optischen Komponenten 46 und 54, kann im Sinne des Verfahrens jedenfalls auch mittels der Fokussiereinheit 34 eingestellt sein. Das heißt die Änderung der Fokussierung zwischen den beiden Messpunkten wird durch die Fokussiereinheit 34 jedenfalls mit bewirkt. Sie kann jedoch insbesondere auch vollständig durch die Fokussiereinheit 34 bewirkt sein.
Die unterschiedliche Fokussierung im ersten und zweiten Messpunkt kann i.S.d. Erfindung auch oder jedenfalls auch durch einen Austausch der Reflexionseinheit 42 (bspw. mittels einer Wechseleinheit, die fest in die Herstelleinrichtung integriert sein kann) bewirkt bzw. eingestellt sein. Möglich ist auch, dass die unterschiedliche Fokussierung alternativ oder zusätzlich zu den bereits beschriebenen Arten durch eine Änderung der Position der Reflexionseinheit 42 oder jedenfalls einer optischen Komponente der Reflexionseinheit 42 entlang der Hauptstrahlrichtung 31 eingestellt wird.
Die Reflexionseinheit 42 kann einstückig bzw. mittels einer einzelnen optischen Komponente ausgebildet sein oder sie kann mehrere optische Komponenten umfassen. Die Reflexionseinheit 42 kann insbesondere eine Planplatte und/oder eine Keilplatte umfassen oder durch eine solche gebildet sein. Die Reflexionseinheit 42 kann alternativ oder zusätzlich ein Fokussierelement, insbesondere eine Linse oder eine andere brechungsändernde optische Komponente, (siehe 2 und hier die alternativ ausgebildete Reflexionseinheit 42b), umfassen oder durch eine solche gebildet sein.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine entsprechend ausgebildete Herstelleinrichtung 10 an sich.
In 2 ist eine Herstelleinrichtung 10 illustriert, die ähnlich der aus 1 aufgebaut ist. Die Herstelleinrichtung 10 aus 2 umfasst jedoch statt einem einzelnen Reflexionselement 42 zwei alternativ verwendbare Reflexionselemente 42a und 42b. Das erste Reflexionselement 42a ist entsprechend dem Reflexionselement 42 von 1 als Planplatte ausgebildet. Das zweite Reflexionselement 42b in 2, welches zur Durchführung eines Diagnoseschritts in den Strahlengang geschwenkt ist, ist vorliegend als Linse ausgebildet. Beide Reflexionselemente 42a und 42b sind in eine Wechseleinheit 60 integriert, die vorliegend lediglich schematisch dargestellt ist. Durch einen gebogenen Pfeil ist illustriert, dass die Reflexionselemente 42a und 42b jeweils in den Strahlengang bewegt werden können.
2 illustriert, dass durch Austausch des Reflexionselements 42a durch Reflexionselement 42b der Messpunkt von der ersten zu prüfenden optischen Komponente 46 der Fokussiereinheit 34 auf die zweite zu prüfende optische Komponente 54 der Fokussiereinheit 34 bewegbar ist.
Es ist auch denkbar, dass die Reflexionseinheiten 42 bzw. eine optische Komponente der Reflexionseinheit 42 derart entlang der Hauptstrahlrichtung bewegbar ist, dass der Primärmessstrahl 44 an unterschiedliche Punkte entlang der Hauptstrahlrichtung 31 fokussierbar ist. Vorzugsweise ist die Reflexionseinheit 42 hierzu entlang des Strahlengangs beweglich in der Herstelleinrichtung 10 angeordnet (fest in der Herstelleinrichtung 10 integriert) und über eine Aktuatoreinrichtung bewegbar. Zusätzlich ist die Reflexionseinheiten 42 vorliegend aus dem Strahlengang bewegbar, um eine störungsfreie Bearbeitung nach Abschluss der Diagnoseschritte zu ermöglichen (und umgekehrt in den Strahlengang bewegbar, um einen oder mehrere Diagnoseschritte durchzuführen). Durch die Bewegung der Reflexionseinheit 42 entlang des Strahlengangs kann die Position des Messpunkts 45 entlang der Hauptstrahlrichtung 31 bewegbar sein.
Es ist auch denkbar, dass die Reflexionseinheit 42 durch ein Schutzglas 62 der Scaneinheit 22 gebildet ist. Die Strahlquelle 24 kann dabei durch eine Messstrahlquelle 64 gebildet sein, welche einen Messstrahl in den Strahlengang einkoppeln kann. Die Wellenlänge des Messstrahls unterscheidet sich dabei von der Wellenlänge des Bearbeitungsstrahls, welcher zum Erstellen des Objekts verwendet wird. Lediglich der Bearbeitungsstrahl passiert das Schutzglas 62 mit einem vernachlässigbaren Maß an Reflexion. Der Messstrahl hingegen wird mit einem größeren Anteil der Intensität als der Bearbeitungsstrahl am Schutzglas 62 reflektiert. Im vorliegenden in 2 illustrierten Beispiel sind hierzu zwei Lichtleiterfasern 26 und 63 vorgesehen. Die Lichtleiterphase 26 koppelt den Bearbeitungsstrahl von einer Bearbeitungsstrahlquelle 65 her kommend in den Faserkollimator 28 ein und die Lichtleiterfaser 63 den Messstrahl von einer Messstrahlquelle 64 her kommend. Bei Verwendung der Reflexionseinheiten 42a und 42b kann zur Diagnose weiterhin der Bearbeitungsstrahl genutzt werden. Des Weiteren können die Reflexionseinheiten 42a und 42b entgegen der 2 auch in Hauptstrahlrichtung 31 vor dem Schutzglas 62 jedoch nach der Scaneinheit 22 angeordnet sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Primärmessstrahl 44 zurück in die Lichtleiterfaser 26 gekoppelt wird und einer als Rückreflexsensor 68 der Strahlquelle 24 ausgebildeten Sensoreinheit 36 zugeführt wird. In diesem Fall kann beispielsweise eine Umlenkeinrichtung 70 statt der Strahlteilereinheit 32 vorgesehen sein.

Claims

Verfahren zur Durchführung eines Diagnoseablaufs einer Herstelleinrichtung (10) zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines, insbesondere pulverförmigen, Aufbaumaterials (20) innerhalb eines in einer Arbeitsfläche (14) liegenden Baufelds (16), wobei die Herstelleinrichtung (10) wenigstens eine Strahlquelle (24), vorzugsweise eine Strahlteilereinheit (32), eine Fokussiereinheit (34), eine Scaneinheit (22) und eine Sensoreinheit (36) aufweist, wobei die Herstelleinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass ein Strahl (30) der Strahlquelle (24) entlang einer Hauptstrahlrichtung (31) von dieser aus, vorzugsweise zunächst auf die Strahlteilereinheit (32) geleitet wird und über diese anschließend, zu einer Fokussiereinheit (34) und einer Scaneinheit (22) geleitet wird, wobei die Fokussiereinheit (34) ausgebildet ist, um den Strahl (30) entlang der Hauptstrahlrichtung (31) auf einen Punkt auf dem Baufeld (16) zu fokussieren, und die Scaneinheit (22) ausgebildet ist, um einen Fokuspunkt (40) des Strahls (30) über die Fläche des Baufelds (16) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das zum Baufeld (16) beabstandete Anordnen einer auf die Fokussiereinheit (34) und die Scaneinheit (22) folgenden Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) im Strahlengang des Strahls (30) umfasst, wobei die Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) derart im Strahlengang des Strahls (30) angeordnet ist, dass ein Teil der Intensität des Strahls (30) in einem Primärmessstrahl (44) derart entgegen der Hauptstrahlrichtung reflektiert wird, dass der Primärmessstrahl (44) auf einen Messpunkt auf einer zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) im Strahlengang der Herstelleinrichtung (10) fokussiert ist, und der Primärmessstrahl (44) von der zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) der Sensoreinheit (36) zugeführt wird, wobei die Sensoreinheit (36) als ein Rückreflexsensor (68) der Strahlquelle (24) ausgebildet ist, oder auf den Strahlteiler (32) geleitet wird und über den Strahlteiler (32) ein Teil des Primärmessstrahls (44) in Form eines Sekundärmessstrahls (48) aus dem Strahlengang ausgekoppelt und der Sensoreinheit (36).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Messpunkt mittels der Scaneinheit (22) über die flächige Erstreckung der zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) im Strahlengang bewegt wird und auf wenigstens zwei entlang des Strahlengangs an der gleichen Position befindliche Punkte (50, 52) auf der zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) fokussiert wird, wobei die beiden Punkte (50, 52) in der flächigen Erstreckung der zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) zueinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem ersten Diagnoseschritt der Messpunkt (45) auf eine erste zu prüfende optische Komponente (46, 54) im Strahlengang fokussiert ist und in einem zweiten Diagnoseschritt der Messpunkt (45) auf eine zweite zu prüfende optische Komponente (54), die im Strahlengang entlang der Hauptstrahlrichtung (31) versetzt zur ersten zu prüfenden optischen Komponente (41) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die unterschiedliche Fokussierung im ersten und zweiten Messpunkt (45) jedenfalls auch mittels der Fokussiereinheit (34) eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die unterschiedliche Fokussierung im ersten und zweiten Messpunkt (45) jedenfalls auch durch einen Austausch der Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) und/oder durch eine Änderung der Position der Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) oder jedenfalls einer optischen Komponente der Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) entlang der Hauptstrahlrichtung (31) eingestellt ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) eine Planplatte oder eine Keilplatte umfasst und/oder ein Fokussierelement, insbesondere eine Linse umfasst.
Herstelleinrichtung (10) zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines, insbesondere pulverförmigen, Aufbaumaterials (20) innerhalb eines in einer Arbeitsfläche (14) liegenden Baufelds (16), wobei die Herstelleinrichtung (10) wenigstens eine Strahlquelle (24), insbesondere eine Strahlteilereinheit (32), eine Fokussiereinheit (34), eine Scaneinheit (22) und eine Sensoreinheit (36) aufweist, wobei die Herstelleinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass ein Strahl (30) der Strahlquelle (24) entlang einer Hauptstrahlrichtung (31) von dieser aus, vorzugsweise zunächst auf die Strahlteilereinheit (32) geleitet wird und über diese anschließend, zu einer Fokussiereinheit (34) und einer Scaneinheit (22) geleitet wird, wobei die Fokussiereinheit (34) ausgebildet ist, um den Strahl entlang der Hauptstrahlrichtung (31) auf einen Punkt auf dem Baufeld (16) zu fokussieren, und die Scaneinheit (22) ausgebildet ist, um den Fokuspunkt des Strahls (30) über die Fläche des Baufelds (16) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstelleinrichtung (10) eine zum Baufeld (16) beabstandete Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) im Strahlengang des Strahls (30) umfasst, wobei die Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) derart im Strahlengang des Strahls (30) angeordnet ist, dass ein Teil der Intensität des Strahls (30) in einem Primärmessstrahl (44) derart entgegen der Hauptstrahlrichtung (31) reflektiert wird, dass der Primärmessstrahl (44) auf einen Messpunkt (45) auf einer zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) im Strahlengang der Herstelleinrichtung (10) fokussiert ist, und der Primärmessstrahl (44) von der zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) entweder in eine Faser der Strahlquelle (24) eingeleitet und der Sensoreinheit (36) zugeführt wird, wobei die Sensoreinheit (36) als ein Rückreflexsensor (68) der Strahlquelle (24) ausgebildet ist, oder der Primärmessstrahl (44) von der zu prüfenden optischen Komponente (46, 54) auf den Strahlteiler (32) geleitet wird und über den Strahlteiler (32) ein Teil des Primärmessstrahls (44) in Form eines Sekundärmessstrahls (48) aus dem Strahlengang ausgekoppelt und der Sensoreinheit (36) zugeführt wird.
Herstelleinrichtung nach dem vorigen Anspruch, wobei die Reflexionseinheit (42a) in einer Wechseleinheit (60) angeordnet ist, in der wenigstens eine zweite Reflexionseinheit (42b) angeordnet ist, die statt der ersten Reflexionseinheit (42a) in den Strahlengang bringbar ist, wobei die beiden Reflexionseinheiten (42a, 42b) den Primärmessstrahl (44) an unterschiedliche Punkte entlang der Hauptstrahlrichtung (31) fokussieren, wodurch die Position des Messpunkts (45) entlang der Hauptstrahlrichtung (31) bewegbar ist.
Herstelleinrichtung nach einem der beiden vorigen Ansprüche, wobei die Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) derart entlang der Hauptstrahlrichtung (31) bewegbar ist, dass der Primärmessstrahl (44) an unterschiedliche Punkte entlang der Hauptstrahlrichtung (31) fokussierbar ist, wodurch die Position des Messpunkts (45) entlang der Hauptstrahlrichtung (31) bewegbar ist.
Herstelleinrichtung nach einem der drei vorigen Ansprüche, wobei die Reflexionseinheit (42, 42a, 42b) durch ein Schutzglas (62) der Scaneinheit (22) gebildet ist, wobei die Strahlquelle (24) durch eine Messstrahlquelle (64) gebildet ist, und wobei durch die Messstrahlquelle (64) ein Messstrahl in den Strahlengang einkoppelbar ist, wobei sich die Wellenlänge des Messstrahls von der Wellenlänge eines Bearbeitungsstrahls einer Bearbeitungsstrahlquelle (65) unterscheidet, und wobei das Schutzglas (62) derart ausgebildet ist, dass es einen größeren Anteil der Intensität des Messstrahls als der Intensität des Bearbeitungsstrahls reflektiert.