DE102019208202A1 - Method of defining an irradiation pattern, method of selective irradiation and control for additive manufacturing - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Festlegen eines Bestrahlungsmusters (10) einer Materialschicht (L) für die pulverbettbasierte additive Herstellung angegeben. Das Verfahren umfasst das Festlegen eines Flächenvektors (1,2,3) für das Bestrahlungsmuster (10) zum Programmieren einer ersten Strahleinheit (S1), und das Festlegen eines Konturvektors (A,B,C,D,E,F,G,H) für das Bestrahlungsmuster (10) zum Programmieren einer zweiten Strahleinheit (S2), wobei der Konturvektor (A,B,C) unmittelbar an den Flächenvektor (1,2,3) angrenzt und die Bestrahlung des Flächenvektors (1,2,3) zeitlich mit der Bestrahlung des Konturvektors (A,B,C) zusammenfällt. Weiterhin wird ein entsprechendes Verfahren zum selektiven Bestrahlen, ein entsprechendes additives Herstellungsverfahren, eine entsprechende Steuerung, sowie Computerprogrammprodukt angegeben.A method for defining an irradiation pattern (10) of a material layer (L) for powder-bed-based additive manufacturing is specified. The method comprises determining an area vector (1,2,3) for the irradiation pattern (10) for programming a first beam unit (S1), and determining a contour vector (A, B, C, D, E, F, G, H ) for the irradiation pattern (10) for programming a second beam unit (S2), the contour vector (A, B, C) directly adjoining the area vector (1,2,3) and the irradiation of the area vector (1,2,3) coincides with the irradiation of the contour vector (A, B, C). Furthermore, a corresponding method for selective irradiation, a corresponding additive manufacturing method, a corresponding control, and computer program product are specified.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen oder Definieren eines Bestrahlungsmusters einer oder für eine Materialschicht für die pulverbettbasierte additive Herstellung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum selektiven Bestrahlen, ein entsprechendes additives Herstellungsverfahren, vorzugsweise selektives Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen, sowie eine Steuerung, welche eingerichtet ist, Strahleinheiten oder Bestrahlungseinrichtungen gemäß dem festgelegten Bestrahlungsmuster anzusteuern. Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, welches Befehle zum Festlegen des genannten Bestrahlungsmusters umfasst.The present invention relates to a method for establishing or defining an irradiation pattern for or for a material layer for powder-bed-based additive manufacturing. The present invention also relates to a corresponding method for selective irradiation, a corresponding additive manufacturing method, preferably selective laser melting or electron beam melting, and a controller which is set up to control beam units or irradiation devices according to the defined irradiation pattern. Furthermore, a computer program product is specified which comprises commands for defining said irradiation pattern.

Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund ihres für die Industrie disruptiven Potenzials zunehmend interessant auch für die Serienherstellung von Bauteilen aus Hochleistungswerkstoffen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder anderen Komponenten des Heißgaspfades von Gasturbinen.Due to its potential to disrupt industry, generative or additive manufacturing is also becoming increasingly interesting for the series production of components made of high-performance materials, such as turbine blades or other components in the hot gas path of gas turbines.

Additive Herstellungsverfahren (englisch: „additive manufacturing“) umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS), oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Weitere additive Verfahren sind beispielsweise „Directed Energy Deposition (DED)“-Verfahren, insbesondere Laserauftragschweißen, Elektronenstrahl-, oder Plasma-Pulverschweißen, Drahtschweißen, metallischer Pulverspritzguss, sogenannte „sheet lamination“-Verfahren, oder Spritzverfahren (VPS LPPS, GDCS).Additive manufacturing processes include, for example, powder bed processes such as selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM). Further additive processes are, for example, “Directed Energy Deposition (DED)” processes, in particular laser deposition welding, electron beam or plasma powder welding, wire welding, metallic powder injection molding, so-called “sheet lamination” processes, or spray processes (VPS LPPS, GDCS).

Additive Fertigungsverfahren haben sich bereits als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran gestaltete Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Fertigungsschritt eines Bauteils weitgehend auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei und der Wahl entsprechender Herstellungsparameter erfolgen kann.Additive manufacturing processes have already proven to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree components, for example labyrinth-like structures, cooling structures and / or lightweight structures. In particular, additive manufacturing is advantageous due to a particularly short chain of process steps, since a manufacturing or manufacturing step of a component can largely take place on the basis of a corresponding CAD file and the selection of appropriate manufacturing parameters.

Geometrisch komplizierte Formgebungen oder Gestaltungen prädestinieren zwar aufgrund geeigneter Fertigungslosgrößen zunehmend auch Bauteile oder Komponenten aus Hochleistungslegierungen oder Superlegierungen, für additive Fertigungsrouten. Dennoch bestehen zumindest für pulverbettbasierte Verfahren („PBF“ für „powder bed fusion“) Einschränkungen hinsichtlich der erreichbaren Oberflächenrauheit, welche sich zumindest für innen liegende Bereiche eines Bauteils kaum oder gar nicht nachbearbeiten oder verbessern lässt. Die Maßhaltigkeit der additiv gefertigten Komponenten steht weiterhin häufig konventionell gefertigten Teilen nach. Dies gilt insbesondere für überhängende Bereiche von Komponenten, die aus dem Pulverbett kaum mit ausreichender Genauigkeit und Strukturgüte aufzubauen sind. Das liegt zum einen an der Schwierigkeit, Wärme aus dem Pulverbett abzuführen, wenn unterhalb eines Überhangs lediglich thermischen quasi isolierendes Pulver angeordnet ist und keine die Wärme ausreichend ableitende Struktur. Weiterhin werden umliegende Pulverpartikel während der Verfestigung des entsprechenden überhängenden Bereichs in das Schmelzbad hineingezogen und die Oberflächenqualität dadurch drastisch verschlechtert.Geometrically complex shapes or designs are increasingly predestining parts or components made of high-performance alloys or superalloys for additive manufacturing routes due to suitable production batch sizes. Nevertheless, there are, at least for powder bed-based processes (“PBF” for “powder bed fusion”), restrictions with regard to the surface roughness that can be achieved, which can hardly or not at all be reworked or improved, at least for internal areas of a component. The dimensional accuracy of the additively manufactured components is still often inferior to conventionally manufactured parts. This applies in particular to overhanging areas of components that can hardly be built from the powder bed with sufficient accuracy and structural quality. This is due, on the one hand, to the difficulty of dissipating heat from the powder bed if only thermal, quasi-insulating powder is arranged below an overhang and no structure that sufficiently dissipates the heat. Furthermore, surrounding powder particles are drawn into the weld pool during the solidification of the corresponding overhanging area and the surface quality is drastically impaired as a result.

Die Größe eines Schmelzbades bei selektiven Schmelzprozessen hängt zwar von einer Mehrzahl von Bestrahlungs- oder Herstellungsparametern ab. Üblicherweise aber ist das Schmelzbad zwei- bis dreimal mal so breit wie ein gängiger Energie- oder Laserstrahldurchmesser und etwa drei- bis fünfmal so tief wie eine verfahrensübliche Schichtdicke, welche beispielsweise zwischen 20 und 40 µm betragen kann.The size of a melt pool in selective melting processes depends on a number of irradiation or production parameters. Usually, however, the weld pool is two to three times as wide as a common energy or laser beam diameter and about three to five times as deep as a conventional process layer thickness, which can be between 20 and 40 μm, for example.

Experimente haben gezeigt, dass ein besonders kontrollierter Energieeintrag während der selektiven Bestrahlung bzw. während des Verfestigens eines, insbesondere pulverförmigen, Basismaterials für das entsprechend aufzubauende Bauteil durch einen gepulsten Bestrahlungsbetrieb, beispielsweise einen gepulsten Laser, gelingen kann. Dies liegt an dem für den gepulsten Betrieb grundsätzlich verkleinerten Schmelzbad während des (selektiven) Schweißprozesses. Dadurch lässt sich sowohl eine Oberflächengüte und auch die Maßhaltigkeit eines Bauteils, dessen Geometrie für die additive Fertigung meistens durch eine CAD-Datei vorgegeben wird, deutlich verbessern. Dies geschieht allerdings auf Kosten einer stark verlängerten Prozesszeit für den Aufbau, da der gepulste Bestrahlungsbetrieb - verglichen mit einer kontinuierlichen Bestrahlung im Dauerstrichbetrieb - deutlich langsamer ist. Die Prozesszeit ist indes einer der maßgeblichen Treiber für die Kosten additive Prozesse, insbesondere in der industrialisierten Fertigung.Experiments have shown that a particularly controlled input of energy during the selective irradiation or during the solidification of an, in particular powdery, base material for the component to be constructed can be achieved by a pulsed irradiation operation, for example a pulsed laser. This is due to the weld pool, which is basically reduced in size for pulsed operation during the (selective) welding process. As a result, both the surface quality and the dimensional accuracy of a component, the geometry of which for additive manufacturing is usually specified by a CAD file, can be significantly improved. However, this takes place at the expense of a greatly extended process time for the construction, since the pulsed irradiation operation - compared with continuous irradiation in continuous wave operation - is significantly slower. The process time is one of the main drivers for the costs of additive processes, especially in industrialized manufacturing.

Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen, enthaltend eine Randbereichsbestrahlung einer Materialschicht mit einem gepulsten Laser sowie eine entsprechende Bestrahlungsvorrichtung ist beispielsweise bekannt aus EP 3 022 008 B1 . Darin ist beschrieben, dass sich insbesondere die Qualität des Randbereichs der aufzubauenden Struktur durch die gepulste Laserbestrahlung verbessern lässt. Nachteilhaft ist dennoch die Prozesszeit zur Bestrahlung des Randbereichs, welche nahezu grundsätzlich nachträglich zu einer Flächenbestrahlung (sogenanntes „hatching“) zu erfolgen hat.A method for selective laser melting, containing an edge area irradiation of a material layer with a pulsed laser and a corresponding irradiation device is known from, for example EP 3 022 008 B1 . It describes that, in particular, the quality of the edge area of the structure to be built can be improved by the pulsed laser irradiation. However, the process time for irradiating the edge area is disadvantageous, which almost always has to be carried out after the irradiation of the surface (so-called “hatching”).

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen ein guter Kompromiss zwischen der erforderlichen Prozesszeit und der Struktur oder Oberflächengüte des aufzubauenden Bauteils gefunden werden kann. Mehr noch, es werden Mittel angegeben, mit denen eine Kontur- oder Randbereichsbestrahlung eines Bauteils maßgeblich verbessert werden kann, ohne die Prozesszeit eines Bauteils zu beeinträchtigen, welches ohne entsprechende Verbesserungen aufgebaut wird.It is therefore an object of the present invention to provide means with which a good compromise can be found between the required process time and the structure or surface quality of the component to be built. Furthermore, means are specified with which a contour or edge area irradiation of a component can be significantly improved without impairing the process time of a component that is built without corresponding improvements.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen oder Definieren eines Bestrahlungsmusters einer Materialschicht, insbesondere für die pulverbettbasierte additive Herstellung. Die Materialschicht bezeichnet vorzugsweise eine Schicht aus einem Basismaterial für ein entsprechend aufzubauendes Bauteil, wie ein Pulver, eine Flüssigkeit oder ein paströses Material.One aspect of the present invention relates to a method for establishing or defining an irradiation pattern of a material layer, in particular for powder-bed-based additive manufacturing. The material layer preferably denotes a layer made of a base material for a component to be constructed accordingly, such as a powder, a liquid or a pasty material.

Das Verfahren umfasst das Festlegen eines Flächenvektors für das Bestrahlungsmuster zum Programmieren einer ersten Strahleinheit. Die erste Strahleinheit umfasst vorzugsweise eine Strahlquelle oder Quelle eines Energiestrahls zum selektiven Verfestigen der Materialschicht und eine entsprechende Einrichtung oder Optik zum Führen oder Steuern des entsprechenden Energiestrahls. Die erste Strahleinheit ist vorzugsweise eingerichtet zur Bestrahlung der Materialschicht entlang von Flächenvektoren im Dauerstrichbetrieb („continuous wave operation“) .The method comprises defining an area vector for the irradiation pattern for programming a first beam unit. The first beam unit preferably comprises a beam source or source of an energy beam for the selective solidification of the material layer and a corresponding device or optics for guiding or controlling the corresponding energy beam. The first beam unit is preferably set up to irradiate the material layer along surface vectors in continuous wave operation.

Der Ausdruck „Flächenvektor“ bezeichnet vorliegend vorzugsweise einen Vektor oder eine Hauptrichtung, entlang der ein von der ersten Strahleinheit ausgehender Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl, im Wege einer entsprechenden selektiven Bestrahlung oder additiven Fertigung über die Materialschicht geführt oder gerastert wird. Der Flächenvektor kann ein „Schraffurvektor“ sein, entlang dessen, große Flächen der Materialschicht flächendeckend gerastert werden. Dieser Vektor kann weiterhin eine Haupt- oder Trägerrichtung für die Flächenbestrahlung bezeichnen, welche mit weiteren „Untervektoren“ moduliert ist.The term “area vector” in the present case preferably denotes a vector or a main direction along which an energy beam emanating from the first beam unit, in particular a laser beam, is guided or scanned over the material layer by means of a corresponding selective irradiation or additive manufacturing. The area vector can be a "hatch vector" along which large areas of the material layer are rasterized across the board. This vector can also designate a main or carrier direction for the surface irradiation, which is modulated with further “sub-vectors”.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Festlegen eines Konturvektors für das Bestrahlungsmuster zum Programmieren einer zweiten Strahleinheit. Die zweite Strahleinheit umfasst vorzugsweise eine Strahlquelle oder Quelle eines Energiestrahls zum selektiven Verfestigen der Materialschicht und eine entsprechende Einrichtung oder Optik zum Führen oder Steuern des entsprechenden Energiestrahls. Die zweite Strahleinheit ist vorzugsweise eingerichtet zur Bestrahlung der Materialschicht entlang von Konturvektoren im Pulsbetrieb („pulsed wave operation“) .The method further comprises defining a contour vector for the irradiation pattern for programming a second beam unit. The second beam unit preferably comprises a beam source or source of an energy beam for the selective solidification of the material layer and a corresponding device or optics for guiding or controlling the corresponding energy beam. The second beam unit is preferably set up to irradiate the material layer along contour vectors in pulsed mode (“pulsed wave operation”).

Der Ausdruck „Konturvektor“ bezeichnet vorliegend vorzugsweise einen Vektor oder eine Trajektorie, entlang der ein von der zweiten Strahleinheit ausgehender Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl, im Wege einer entsprechenden selektiven Bestrahlung oder additiven Fertigung über die Materialschicht geführt oder gerastert wird.The term “contour vector” in the present case preferably denotes a vector or a trajectory along which an energy beam emanating from the second beam unit, in particular a laser beam, is guided or scanned over the material layer by means of appropriate selective irradiation or additive manufacturing.

Der Ausdruck „Programmieren“ soll in dem vorliegenden Kontext bedeuten, dass Daten des festgelegten Bestrahlungsmusters bzw. Daten oder Informationen der vorliegenden Flächen- oder Konturvektoren - beispielsweise in Form oder im Rahmen eines CAM-Verfahrens („Computer-Aided-Manufacturing“) - an eine Steuerung oder an die entsprechende Strahleinheit selbst oder direkt übergeben oder eingelesen werden.In the present context, the term “programming” is intended to mean that data from the specified irradiation pattern or data or information from the available surface or contour vectors - for example in the form of or within the framework of a CAM process (“Computer-Aided Manufacturing”) - are sent to a control or to the corresponding jet unit itself or directly transferred or read.

Bei dem beschriebenen Verfahren grenzt der Konturvektor unmittelbar an den Flächenvektor an. In diesem Sinne ist der bezeichnete Flächenvektor ein konturnaher Flächenvektor.In the method described, the contour vector is directly adjacent to the area vector. In this sense, the designated area vector is a near-contour area vector.

Weiterhin erfolgt im Rahmen des beschriebenen Verfahrens die Bestrahlung des Flächenvektors derart, dass sie zeitlich mit der Bestrahlung des Konturvektors zusammenfällt. Mit anderen Worten findet die Bestrahlung des Flächenvektors zumindest teilweise gleichzeitig mit der Bestrahlung des Konturvektors statt, oder umgekehrt.Furthermore, in the context of the method described, the area vector is irradiated in such a way that it coincides with the irradiation of the contour vector. In other words, the irradiation of the surface vector takes place at least partially simultaneously with the irradiation of the contour vector, or vice versa.

Durch diesen zumindest teilweise zeitlichen Überlapp zweier verschiedener Bestrahlungsarten (kontinuierlich und gepulst) und der Nutzung zweier verschiedener Strahleinheiten, beispielsweise einer Lasereinheit zur kontinuierlichen Flächenbestrahlung und einer Lasereinheit zur gepulsten Konturbestrahlung, kann die Prozesszeit additiver Fertigungsprozesse vorteilhafterweise reduziert und gleichzeitig eine besonders vorteilhafte Randstruktur oder Kontur des aufzubauenden Bauteils erzielt werden. Die Idee, die entsprechende Bestrahlung von Fläche und Kontur der Materialschicht gleichzeitig durchzuführen, ist keinesfalls trivial sondern erfordert parallel die Nutzung unterschiedlicher Bestrahlungsarten samt der Bereitstellung und Programmierung der erforderlichen „hardware“ bzw. Strahleinheiten. Voraussetzung ist also bereits eine Multilaser- oder Multistrahlanlage für die additive Herstellung.Due to this at least partial temporal overlap of two different types of irradiation (continuous and pulsed) and the use of two different beam units, for example a laser unit for continuous surface irradiation and a laser unit for pulsed contour irradiation, the process time of additive manufacturing processes can advantageously be reduced and at the same time a particularly advantageous edge structure or contour of the to be built component can be achieved. The idea of irradiating the surface and the contour of the material layer at the same time is by no means trivial but requires the use of different types of irradiation in parallel, including the provision and programming of the necessary hardware or beam units. A multi-laser or multi-beam system for additive manufacturing is therefore a prerequisite.

Um weiterhin einen Energieeintrag in die Materialschicht während des Bestrahlens oder während der Herstellung des Bauteils hinreichend kontrollieren zu können, ist es erforderlich, die beschriebene Bestrahlung der Kontur entlang des o der der Konturvektoren und die Flächenbestrahlung entlang des oder der Flächenvektoren sowohl zeitlich als auch räumlich hinreichend parallel bzw. simultan durchzuführen, um die aus der Materialschicht schichtweise und selektiv aufzubauende Struktur nicht durch einen übermäßigen Energieeintrag zu schädigen. Dem Fachmann ist bekannt, dass sowohl ein unzureichender Energieeintrag als auch eine zu hohe eingebrachte Energie das Strukturergebnis des Bauteils gleichermaßen beeinträchtigen, und zu strukturellen Poren, Rissen und/oder chemischen Disproportionierungen führen kann. Die im Wege der Bestrahlung in die Materialschicht einzubringende Energie muss also genau kontrolliert werden.In order to still be able to adequately control an energy input into the material layer during the irradiation or during the production of the component, it is necessary to carry out the described irradiation of the contour along the o of the contour vectors and the surface irradiation along the or to carry out the surface vectors sufficiently parallel or simultaneously both temporally and spatially in order not to damage the structure, which is to be built up layer by layer and selectively, by excessive energy input. The person skilled in the art is aware that both an insufficient energy input and an excessively high energy input equally impair the structural result of the component and can lead to structural pores, cracks and / or chemical disproportionations. The energy to be introduced into the material layer by irradiation must therefore be precisely controlled.

In einer Ausgestaltung ist das beschriebene Verfahren ein CAM-Verfahren.In one embodiment, the method described is a CAM method.

In einer Ausgestaltung werden pro Flächenvektor ein, zwei, drei oder mehr Konturvektoren festgelegt, welche diesen (konturnahen) Flächenvektor - in Aufsicht auf das Bestrahlungsmuster betrachtet - unmittelbar umschließen. Durch diese Ausgestaltung können die entsprechenden Konturbereiche des Bestrahlungsmusters, welche an einen bestimmten Flächenvektor angrenzen, vorteilhafterweise zeitgleich und auch räumlich eng korreliert, bestrahlt werden. Dadurch kann wiederum der Wärmeeintrag in die Schicht vorteilhaft genau kontrolliert werden, was insbesondere beim additiven Aufbau von Komponenten aus Hochleistungslegierungen besonders wichtig ist. Insbesondere kann der Entstehung von Heißrissen oder entsprechenden Risszentren sowie der Verspannung des gesamten Aufbaus auf zweckmäßige und vorteilhafte Weise vorgebeugt werden.In one embodiment, one, two, three or more contour vectors are defined for each surface vector, which directly enclose this (near-contour) surface vector - viewed in a plan view of the irradiation pattern. As a result of this configuration, the corresponding contour areas of the irradiation pattern which adjoin a specific surface vector can advantageously be irradiated simultaneously and also spatially closely correlated. As a result, the heat input into the layer can advantageously be precisely controlled, which is particularly important in the case of the additive construction of components from high-performance alloys. In particular, the formation of hot cracks or corresponding crack centers as well as the tensioning of the entire structure can be prevented in an expedient and advantageous manner.

In einer Ausgestaltung werden pro Flächenvektor vier, fünf, sechs oder mehr Konturvektoren festgelegt, welche diesen (konturnahen) Flächenvektor unmittelbar umschließen. Die zu der vorherigen Ausgestaltung beschriebenen Vorteile gelten zu dieser Ausgestaltung ebenfalls bzw. analog.In one embodiment, four, five, six or more contour vectors are defined for each area vector, which directly enclose this (near-contour) area vector. The advantages described for the previous embodiment also apply or analogously to this embodiment.

In einer Ausgestaltung werden pro Flächenvektor mindestens zehn, mindestens 20, mindestens 50 oder mehr Konturvektoren festgelegt, welche diesen (konturnahen) Flächenvektor unmittelbar umschließen. Die zu der vorherigen Ausgestaltung beschriebenen Vorteile gelten zu dieser Ausgestaltung ebenfalls bzw. analog.In one embodiment, at least ten, at least 20, at least 50 or more contour vectors are defined for each area vector, which directly enclose this (near-contour) area vector. The advantages described for the previous embodiment also apply or analogously to this embodiment.

In einer Ausgestaltung wird der Flächenvektor zur flächendeckenden Bestrahlung der Materialschicht derart festgelegt, dass er eine, beispielsweise mäander- oder streifenartige, Modulation oder Überstruktur von Teilvektoren aufweist. Diese Ausgestaltung kann insbesondere vorgesehen werden, um große Flächenbereiche der Materialschicht zu bestrahlen.In one embodiment, the area vector for the area-wide irradiation of the material layer is defined in such a way that it has a, for example meander-like or strip-like, modulation or superstructure of partial vectors. This configuration can in particular be provided in order to irradiate large surface areas of the material layer.

In einer Ausgestaltung werden sämtliche Konturvektoren eines zusammenhängenden Bestrahlungsbereichs des Bestrahlungsmusters derart festgelegt, dass sie entlang derselben Umfangsrichtung des Bestrahlungsbereichs ausgerichtet sind. Mit anderen Worten sind gemäß dieser Ausgestaltung vorzugsweise sämtliche Konturvektoren entlang derselben Umfangsrichtung ausgerichtet, was sich vorteilhaft auf das Strukturergebnis der Kornstruktur und der Defektdichte der verfestigten Schicht auswirkt. Die Ausrichtung der Konturvektoren entlang ein und derselben Umfangsrichtung bietet auch einen ökonomischen bzw. prozesswirtschaftlichen Vorteil, da Bereiche unmittelbar nachdem die Flächenvektoren belichtet wurden, mit einer Kontur abgeschlossen werden. Das reduziert die insgesamte Wartezeit zwischen Belichtungen, besonders da die gepulste Belichtung bzw. Bestrahlung oft mit geringeren Scangeschwindigkeiten durchgeführt wird, als es bei der kontinuierlichen Bestrahlung der Fall ist.In one embodiment, all of the contour vectors of a contiguous irradiation area of the irradiation pattern are defined in such a way that they are aligned along the same circumferential direction of the irradiation area. In other words, according to this refinement, all contour vectors are preferably aligned along the same circumferential direction, which has an advantageous effect on the structural result of the grain structure and the defect density of the solidified layer. The alignment of the contour vectors along one and the same circumferential direction also offers an economic or process-economical advantage, since areas are closed off with a contour immediately after the surface vectors have been exposed. This reduces the total waiting time between exposures, especially since the pulsed exposure or irradiation is often carried out at lower scanning speeds than is the case with continuous irradiation.

In einer Ausgestaltung werden für das Bestrahlungsmuster eine Mehrzahl von Flächenvektoren parallel zueinander festgelegt.In one embodiment, a plurality of area vectors are set parallel to one another for the irradiation pattern.

In einer Ausgestaltung werden für das Bestrahlungsmuster eine Mehrzahl von Konturvektoren festgelegt, welche die genannten Flächenvektoren einschließen.In one embodiment, a plurality of contour vectors are defined for the irradiation pattern, which include said area vectors.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Bestrahlen in der additiven Herstellung, umfassend das Bestrahlen einer Materialschicht für die Herstellung des entsprechenden Bauteils, wobei die Materialschicht gemäß dem beschriebenen Verfahren zum Festlegen des Bestrahlungsmusters bestrahlt wird und die erste Strahleinheit die Bestrahlung von Flächenvektoren des Bestrahlungsmusters mit einem Energiestrahl, insbesondere Laser, im Dauerstrichbetrieb bewirkt, und die zweite Strahleinheit die Bestrahlung von Konturvektoren des Bestrahlungsmusters mit einem Energiestrahl, insbesondere Laser, im gepulsten Betrieb bewirkt.Another aspect of the present invention relates to a method for selective irradiation in additive manufacturing, comprising the irradiation of a material layer for the production of the corresponding component, the material layer being irradiated according to the described method for defining the irradiation pattern and the first radiation unit irradiating area vectors the irradiation pattern with an energy beam, in particular laser, in continuous wave operation, and the second beam unit causes the irradiation of contour vectors of the irradiation pattern with an energy beam, in particular laser, in pulsed operation.

Bei dem gepulsten Betrieb kann es sich beispielsweise um einen Betrieb mit Laser- oder Elektronenstrahlpulsen im Kurzpuls- (Millisekunden bis Nanosekunden) oder Ultrakurzpulsbereich (Picosekunden bis Femtosekunden) handeln.The pulsed operation can be, for example, operation with laser or electron beam pulses in the short pulse (milliseconds to nanoseconds) or ultra-short pulse range (picoseconds to femtoseconds).

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren, umfassend das beschriebene Verfahren zum selektiven Bestrahlen, wobei eine Geometrie des Bauteils vor dem selektiven Bestrahlen durch eine CAD-Datei (CAD: „Computer-Aided-Design“) festgelegt wird.A further aspect of the present invention relates to an additive manufacturing method, comprising the described method for selective irradiation, a geometry of the component being defined by a CAD file (CAD: “Computer-Aided Design”) prior to the selective irradiation.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die erste Strahleinheit und die zweite Strahleinheit zum selektiven Bestrahlen der Materialschicht gemäß dem beschriebenen festgelegten Bestrahlungsmuster anzusteuern.Another aspect of the present invention relates to a controller which is set up to control the first beam unit and the second beam unit for selectively irradiating the material layer in accordance with the specified irradiation pattern described.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung eines entsprechenden Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, das Verfahren zum Festlegen des Bestrahlungsmusters, wie beschrieben, auszuführen.Another aspect of the present invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when a corresponding program is executed by a computer, cause the computer to execute the method for determining the irradiation pattern, as described.

Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als (flüchtiges oder nichtflüchtiges) Speichermedium, wie z.B. eine Speicherkarte, ein USB-Stick, eine CD-ROM oder DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder umfasst werden. Die Bereitstellung kann weiterhin zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen. Ein Computerprogrammprodukt kann Programmcode, Maschinencode, G-Code und/oder ausführbare Programmanweisungen im Allgemeinen beinhalten.A computer program product such as a computer program means, for example as a (volatile or non-volatile) storage medium, e.g. a memory card, a USB stick, a CD-ROM or DVD, or also in the form of a downloadable file from a server in a network can be provided or included. The provision can also take place, for example, in a wireless communication network by transmitting a corresponding file with the computer program product or the computer program means. A computer program product can contain program code, machine code, G-code and / or executable program instructions in general.

Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren zum Festlegen des Bestrahlungsmusters, das Verfahren zum selektiven Bestrahlen oder das additive Herstellungsverfahren beziehen, können ferner die Steuerung oder das Computerprogrammprodukt betreffen, und umgekehrt.Refinements, features and / or advantages which in the present case relate to the method for defining the irradiation pattern, the method for selective irradiation or the additive manufacturing method can also relate to the control or the computer program product, and vice versa.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die vorliegenden Figuren näher erläutert.Further features, properties and advantages of the present invention are explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the present figures.

Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen.All the features described so far and below are advantageous both individually and in combination with one another. It goes without saying that other embodiments can be used and structural or logical changes can be made without departing from the scope of protection of the present invention. The following description is therefore not to be interpreted in a restrictive sense.

Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden.

  • 1 zeigt eine schematische vereinfachte Schnittansicht von Materialschichten während eines additiven Herstellungsprozesses.
  • 2 deutet anhand einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Bestrahlungsmuster einer Materialschicht in der additiven Herstellung eines Bauteils an.
  • 3 deutet anhand einer vereinfachten schematischen Darstellung Flächenvektoren und Konturvektoren für ein Bestrahlungsmuster gemäß der vorliegenden Erfindung an.
As used herein, the term "and / or" when used in a series of two or more items means that any of the listed items can be used alone, or any combination of two or more of the listed items can be used.
  • 1 shows a schematic simplified sectional view of material layers during an additive manufacturing process.
  • 2 uses a simplified schematic representation to indicate an irradiation pattern of a material layer in the additive manufacturing of a component.
  • 3 indicates area vectors and contour vectors for an irradiation pattern according to the present invention on the basis of a simplified schematic representation.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, elements that are the same or have the same effect can each be provided with the same reference symbols. The elements shown and their proportions to one another are fundamentally not to be regarded as true to scale; rather, individual elements can be shown exaggeratedly thick or with large dimensions for better illustration and / or for better understanding.

1 deutet vereinfacht und lediglich qualitativ Einflüsse eines Schmelzbades auf Materialschichten an wie sie im Rahmen von pulverbettbasierten additiven Herstellungsverfahren auftreten. Insbesondere sind einzelne Schichten L eines Basismaterials für den additiven Aufbau einer Komponente (nicht explizit dargestellt) durch horizontale Linien angedeutet. Die Schichten L können aus einem Pulver P oder einem anderen Basismaterial für das Bauteil bestehen, oder sie können bereits im verfestigten Zustand dargestellt sein. Eine Schichtdicke d der gezeigten Schichten L kann, wie lediglich beispielhaft dargestellt, 40 µm, oder auch mehr oder weniger betragen. 1 Simplified and only indicates qualitative influences of a melt pool on material layers as they occur in the context of powder-bed-based additive manufacturing processes. In particular, there are individual layers L. of a base material for the additive construction of a component (not explicitly shown) indicated by horizontal lines. The layers L. can consist of a powder P or another base material for the component, or they can already be shown in the solidified state. A layer thickness d of the layers shown L. can, as shown only by way of example, be 40 μm, or more or less.

Im rechten Teil der Darstellung der 1 ist weiterhin ein Schmelzbad WCW gezeigt, wie es beispielsweise bei selektiven Schmelzprozessen durch einen Laser oder Energiestrahl im Dauerstrichbetrieb (vergleiche 3) generiert wird. Das Schmelzbad WCW erstreckt sich von einer nicht weiter gekennzeichneten Oberfläche der Materialschichten L aus über mindestens vier Schichtdicken d, d.h. mehr als 160 µm, in das Innere der Struktur bzw. Pulverschicht hinein.In the right part of the representation of the 1 is still a weld pool W CW shown how, for example, selective melting processes using a laser or energy beam in continuous wave operation (cf. 3 ) is generated. The melt pool W CW extends from an unspecified surface of the material layers L. from over at least four layer thicknesses d, ie more than 160 μm, into the interior of the structure or powder layer.

Links daneben ist das Schmelzbad WPW dargestellt. Ein derartiges Schmelzbad wird beispielsweise bei selektiven Schmelzprozessen durch einen Laser oder Energiestrahl im gepulsten Betrieb oder Pulsbetrieb (vergleiche 3) generiert. Das Schmelzbad WPW erstreckt sich von der Oberfläche der Materialschichten L aus über lediglich eine oder zwei Schichtdicken in das Innere des Schichtstapels.To the left is the weld pool W PW shown. Such a weld pool is generated, for example, in selective melting processes using a laser or energy beam in pulsed operation or pulse operation (cf. 3 ) generated. The melt pool W PW extends from the surface of the layers of material L. from over just one or two layer thicknesses into the interior of the layer stack.

Anhand dieser Größenverhältnisse der Schmelzbäder in den unterschiedlichen Betriebsarten der Bestrahlung relativ zu den gewählten Schichtdicken wird ersichtlich, welchen Einfluss die Bestrahlung auf beispielsweise überhängende Bereiche der aufzubauenden Strukturen haben kann. Dies ist weiterhin im linken Teil der 1 verdeutlicht, indem jeweils ein gestrichelter Kreis einen Hohlraum im Schichtstapel andeutet.On the basis of these size ratios of the melt pools in the different modes of irradiation relative to the selected ones Layer thickness shows what influence the irradiation can have on, for example, overhanging areas of the structures to be built up. This is still in the left part of the 1 made clear by a dashed circle indicating a cavity in the layer stack.

Ganz links ist der schichtweise Verlauf der Schmelzbäder bei Dauerstrichbestrahlung (CW) entlang eines umliegenden überhängenden Bereichs angedeutet. Die kontinuierliche Bestrahlung im Dauerstrichbetrieb kann durch eine erste Strahleinheit S1 erfolgen. Es ist jeweils zu erkennen, dass die Schmelzbäder natürlich sehr weit in einen Bereich des Hohlraums hineinragen, und dadurch die vorgegebene Struktur des Bauteils beziehungsweise Geometrie des Hohlraums stark - relativ zu einer Geometrievorgabe - verfälschen.On the far left, the layer-by-layer course of the melt pools with continuous wave irradiation (CW) along a surrounding overhanging area is indicated. The continuous irradiation in continuous wave operation can be carried out by a first radiation unit S1 respectively. It can be seen in each case that the melt pools naturally protrude very far into a region of the cavity, and thereby strongly falsify the specified structure of the component or the geometry of the cavity, relative to a specified geometry.

Weiter rechts ist der schichtweise Verlauf der Schmelzbäder bei gepulster Bestrahlung (PW) angedeutet. Die gepulste Bestrahlung kann durch eine zweite, von der ersten Strahleinheit S1 verschiedenen, Strahleinheit S2 erfolgen. Es ist zu erkennen, dass durch die in etwa im Bereich der Schichtdicke d ausgedehnten Schmelzbäder eine einigermaßen gute Abbildung von überhängenden Strukturen im Wege der additiven Herstellung bieten.Further to the right, the layer-by-layer course of the melt pools with pulsed irradiation (PW) is indicated. The pulsed irradiation can be carried out by a second beam unit from the first S1 different, jet unit S2 respectively. It can be seen that the molten baths, which are approximately in the region of the layer thickness d, offer a reasonably good image of overhanging structures by means of additive manufacturing.

2 zeigt anhand einer schematischen perspektivischen Ansicht ein konventionelles Bestrahlungsmuster, wie es möglicherweise für selektive Schmelzverfahren (SLM, SLS oder EBM) gewählt wird. Insbesondere sind drei Flächenbestrahlungsvektoren oder Flächenvektoren 1, 2 und 3 gekennzeichnet. Diese Flächenvektoren 1, 2 und 3 sind parallel zueinander ausgerichtet und erstrecken sich über die Fläche der entsprechenden Materialschicht L. Die Flächenvektoren 1, 2, 3 werden im Rahmen der Bestrahlung der Materialschicht L mit einem Energiestrahl, welcher von einer Strahleinheit S ausgeht, vorzugsweise zuerst gerastert, um die Fläche der Schicht L zu verfestigen. Dies kann auch anhand von weiteren, beispielsweise mäanderartigen oder streifenartigen Modulationen oder Teilvektoren v erfolgen, um große Flächenbereiche der Materialschicht L mit einem Laserstrahl zu erreichen. 2 shows on the basis of a schematic perspective view a conventional irradiation pattern, as it is possibly selected for selective melting processes (SLM, SLS or EBM). In particular, there are three area irradiation vectors or area vectors 1 , 2 and 3 marked. These area vectors 1 , 2 and 3 are aligned parallel to one another and extend over the surface of the corresponding material layer L. . The area vectors 1 , 2 , 3 are in the context of irradiation of the material layer L. with an energy beam which emanates from a beam unit S, preferably first scanned around the surface of the layer L. to solidify. This can also take place on the basis of further, for example meander-like or strip-like modulations or sub-vectors v, around large surface areas of the material layer L. to achieve with a laser beam.

Erst anschließend wird vorzugsweise eine Kontur der Materialschicht L, vergleiche insbesondere Konturvektor X, welcher die Fläche der Materialschicht umfangsseitig umschließt, bestrahlt.Only then is a contour of the material layer preferably created L. , compare in particular contour vector X , which surrounds the surface of the material layer on the circumference, irradiated.

3 zeigt nun im Gegensatz dazu eine erfindungsgemäße Bestrahlungsstrategie für die Bestrahlung bzw. selektive Verfestigung einer oder einer jeden Materialschicht L. 3 shows, in contrast to this, an irradiation strategy according to the invention for the irradiation or selective solidification of one or each material layer L. .

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Bestrahlungsmuster 10 erfindungsgemäß vorzugsweise derart festgelegt, dass Flächenvektoren 1, 2, 3 für das Bestrahlungsmuster 10 zum Programmieren der ersten Strahleinheit S1 festgelegt werden. Weiterhin werden Konturvektoren A, B, C, D, E, F, G, H für das Bestrahlungsmuster 10 zum Programmieren der zweiten Strahleinheit S2 festgelegt. Dies erfolgt jedoch erfindungsgemäß derart, dass diejenigen Konturvektoren, welche unmittelbar an einen (konturnahen) Flächenvektor angrenzen, zumindest weitgehend gleichzeitig mit diesem bestrahlt werden.According to the present invention, the irradiation pattern 10 according to the invention preferably set in such a way that area vectors 1 , 2 , 3 for the radiation pattern 10 to program the first jet unit S1 be determined. Furthermore, there are contour vectors A, B, C, D, E, F, G, H for the irradiation pattern 10 to program the second jet unit S2 set. According to the invention, however, this takes place in such a way that those contour vectors which directly adjoin a (near-contour) surface vector are irradiated at least largely simultaneously with this.

Insbesondere wird der erste Flächenvektor 1 - in der in 3 dargestellten Situation - derart festgelegt, dass er zeitgleich mit der Bestrahlung der Konturvektoren A, B und/oder C, welche unmittelbar an den ersten Flächenvektor angrenzen, bestrahlt werden kann. Dadurch können die erfinderischen Vorteile hinsichtlich der Optimierung der Prozesszeit sowie der Verbesserung der Struktur- und Oberflächeneigenschaften, sowie der Maßhaltigkeit von schwierig herzustellenden Bereichen des herzustellenden Bauteils, insbesondere von Hohlräumen und/oder Randbereichen, erreicht werden.In particular, the first area vector 1 - in the in 3 situation shown - set in such a way that it can be irradiated simultaneously with the irradiation of the contour vectors A, B and / or C, which directly adjoin the first area vector. As a result, the inventive advantages with regard to the optimization of the process time and the improvement of the structural and surface properties, as well as the dimensional accuracy of difficult-to-produce areas of the component to be produced, in particular of cavities and / or edge areas, can be achieved.

Analog zu dieser Beschreibung wird das Bestrahlungsmuster 10 vorzugsweise derart festgelegt, dass der zweite Flächenvektor 2 zeitgleich mit den Konturvektoren E und D bestrahlt werden kann. Auch hier stellt der zweite Flächenvektor 2 einen konturnahen Vektor für die Konturvektoren D und E, welche den zweiten Flächenvektor 2 begrenzen, dar.The irradiation pattern is analogous to this description 10 preferably set such that the second area vector 2 can be irradiated simultaneously with the contour vectors E and D. Here, too, the second area vector represents 2 a near-contour vector for the contour vectors D and E, which make up the second area vector 2 limit, represent.

Das vorgeschlagene Bestrahlungsmuster 10 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin so definiert, dass der dritte Flächenvektor 3 und die diesen berandenden Konturvektoren F, G und H in einer späteren Bestrahlung für die additive Herstellung des Bauteils zeitgleich mit dem dritten Flächenvektor 3 bestrahlt werden können.The proposed radiation pattern 10 is further defined by the method according to the invention in such a way that the third area vector 3 and the contour vectors F, G and H that border these in a later irradiation for the additive manufacturing of the component at the same time as the third area vector 3 can be irradiated.

Der Ausdruck „gleichzeitig“ bzw. „zeitgleich“ soll vorliegend bedeuten, dass die Bestrahlung der Kontovektoren, wie beschrieben, welche eingegebenen Flächenvektor umrandeten, vorzugsweise in einem Zeitintervall erfolgt, in dem ohnehin eine Bestrahlung des Flächenvektors vorgesehen ist, um keine Prozesszeit zu verlieren.The expression “simultaneously” or “simultaneously” is intended to mean that the irradiation of the account vectors, as described, which bordered the entered area vectors, preferably takes place in a time interval in which irradiation of the area vector is provided anyway so as not to lose any process time.

Vorzugsweise wird durch die vorliegend erfindungsgemäße Definition des Bestrahlungsmusters ein Computerprogramm oder Datensatz geschaffen, welcher beispielsweise als CAM-Datensatz an eine Steuerung 100 übergeben und diese dann eine oder mehrere entsprechende Bestrahlungsvorrichtungen oder Strahleinheiten (vergleiche Strahleinheit S1 und S2) gemäß des festgelegten Bestrahlungsmusters 10 ansteuern kann, um zu vorteilhaften Strukturergebnissen in der additiven Herstellung des entsprechenden Bauteils zu gelangen.The definition of the irradiation pattern according to the present invention preferably creates a computer program or data record which, for example, is sent to a controller as a CAM data record 100 and then transfer them to one or more corresponding irradiation devices or radiation units (compare radiation unit S1 and S2 ) according to the defined radiation pattern 10 can control in order to achieve advantageous structural results in the additive manufacturing of the corresponding component.

Insbesondere wird beispielsweise im Wege der selektiven Bestrahlung der ganzen Materialschicht L mit der Strahleinheit S1 zunächst der links dargestellte Flächenvektor 1 im Dauerstrichbetrieb bestrahlt und gleichzeitig die Kontovektoren A, B und C im gepulsten Betrieb. Analog dazu wird erfindungsgemäß vorzugsweise weiterhin der zweite Flächenvektor 2 kontinuierlich bestrahlt und gleichzeitig die Konturvektoren D und E im gepulsten Betrieb. Gleiches gilt für den dritten Flächenvektor 3, welcher ebenfalls vorzugsweise kontinuierlich und simultan dazu die Konturvektoren F, G und H im gepulsten Betrieb bestrahlt werden.In particular, for example by means of selective irradiation of the entire material layer L. with the jet unit S1 first the area vector shown on the left 1 irradiated in continuous wave operation and simultaneously the account vectors A, B and C in pulsed operation. According to the invention, the second area vector is preferably also used analogously to this 2 irradiated continuously and at the same time the contour vectors D and E in pulsed operation. The same applies to the third area vector 3 , which is also preferably continuously and simultaneously the contour vectors F, G and H are irradiated in pulsed operation.

Erfindungsgemäß erfolgt also eine Konturbestrahlung für einen vorgegebenen Bestrahlungsbereich oder ein vorgegebenes Bestrahlungsmuster auch nicht mehr anschließend an eine entsprechende Flächenbestrahlung des Bereichs, sondern abschnittsweise gleichzeitig mit der Flächenbestrahlung, wie dargestellt.According to the invention, contour irradiation for a given irradiation area or a predefined irradiation pattern is no longer carried out after a corresponding area irradiation of the area, but in sections simultaneously with area irradiation, as shown.

Sofern eine Strahleinheit oder additive Herstellungsanlage mit dem wie oben beschrieben festgelegten Bestrahlungsmuster 10 programmiert bzw. eine entsprechende CAM-Datei, beispielsweise in eine entsprechende Steuerung, eingelesen wird, kann zunächst der linke vordere Bereich (vergleiche den Bereich um den ersten Flächenvektor 1 in 3) einer entsprechenden Schicht L gemäß dem Bestrahlungsmuster 10 bestrahlt und verfestigt werden. Anschließend wird vorzugsweise ein mittlerer Bereich der Schicht L (vergleiche den Bereich um den zweiten Flächenvektor 2 in 3) bestrahlt. Anschließend wird vorzugsweise ein rechter hinterer Bereich der Schicht L (vergleiche den Bereich um den dritten Flächenvektor 3 in 3) bestrahlt.If a beam unit or additive manufacturing system with the radiation pattern specified as described above 10 programmed or a corresponding CAM file is read into a corresponding control, for example, the left front area (compare the area around the first surface vector 1 in 3 ) a corresponding layer L. according to the irradiation pattern 10 be irradiated and solidified. A middle area of the layer is then preferably applied L. (compare the area around the second surface vector 2 in 3 ) irradiated. A right rear area of the layer is then preferably applied L. (compare the area around the third area vector 3 in 3 ) irradiated.

Anders als in 3 dargestellt, können erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich pro konturnahem Flächenvektor ein, zwei, drei oder mehr, beispielsweise vier, fünf, sechs oder mehr, insbesondere zehn, 20, 50 oder mehr Konturvektoren festgelegt werden, welche beispielsweise in Aufsicht auf ein Bestrahlungsmuster 10 betrachtet die Flächenvektoren unmittelbar umschließen. Wie viele Konturvektoren um einen gegebenen Flächenvektor herum genau definiert oder festgelegt werden, ist abhängig von der individuellen Geometrie der herzustellenden Komponente.Unlike in 3 shown, according to the invention, alternatively or additionally, one, two, three or more, for example four, five, six or more, in particular ten, 20, 50 or more contour vectors can be defined for each close-to-contour area vector, which for example in a plan view of an irradiation pattern 10 considered immediately enclose the area vectors. How many contour vectors are precisely defined or set around a given area vector depends on the individual geometry of the component to be produced.

Es ist für ein Fachmann vorliegend klar, dass für die vorgeschlagene Bestrahlungsstrategie nicht nur das geometrische Bestrahlungsmuster, wie beschrieben, angepasst wird, sondern eine Anpassung an das Bestrahlungsmuster 10 auch für weitere Bestrahlungsparameter, wie beispielsweise eine Scan- oder Bestrahlungsgeschwindigkeit, Laserleistung, einen Spur- oder Streifenabstand und/oder Streifenbreite oder anderer Parameter, wie Materialparameter, angepasst wird.In the present case, it is clear to a person skilled in the art that for the proposed irradiation strategy not only the geometric irradiation pattern, as described, is adapted, but an adaptation to the irradiation pattern 10 is also adapted for further irradiation parameters, such as a scan or irradiation speed, laser power, a track or strip spacing and / or strip width or other parameters, such as material parameters.

Bei dem additiv herzustellenden Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil, welches im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine, beispielsweise einer Gasturbine eingesetzt wird. Insbesondere kann das Bauteil eine Lauf- oder Leitschaufel, ein Segment oder Ringsegment, ein Brennerteil oder eine Brennerspitze, eine Zarge, eine Schirmung, ein Hitzeschild, eine Düse, Dichtung, einen Filter, eine Mündung oder Lanze, einen Resonator, Stempel oder einen Wirbler bezeichnen, oder einen entsprechenden Übergang, Einsatz, oder ein entsprechendes Nachrüstteil.The component to be produced additively is preferably a component that is used in the hot gas path of a turbo machine, for example a gas turbine. In particular, the component can be a rotor or guide vane, a segment or ring segment, a burner part or a burner tip, a frame, a shield, a heat shield, a nozzle, seal, a filter, a mouth or lance, a resonator, punch or a swirler designate, or a corresponding transition, insert, or a corresponding retrofit part.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not restricted to these by the description based on the exemplary embodiments, but rather encompasses any new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 3022008 B1 [0008]EP 3022008 B1 [0008]

Claims (10)

Verfahren zum Festlegen eines Bestrahlungsmusters (10) einer Materialschicht (L) für die pulverbettbasierte additive Herstellung, umfassend die folgenden Schritte: - Festlegen eines Flächenvektors (1,2,3) für das Bestrahlungsmuster (10) zum Programmieren einer ersten Strahleinheit (S1), - Festlegen eines Konturvektors (A,B,C,D,E,F,G,H) für das Bestrahlungsmuster (10) zum Programmieren einer zweiten Strahleinheit (S2), wobei der Konturvektor (A,B,C) unmittelbar an den Flächenvektor (1,2,3) angrenzt und die Bestrahlung des Flächenvektors (1,2,3) zeitlich mit der Bestrahlung des Konturvektors (A,B,C) zusammenfällt.Method for defining an irradiation pattern (10) of a material layer (L) for powder-bed-based additive manufacturing, comprising the following steps: - Establishing an area vector (1,2,3) for the irradiation pattern (10) for programming a first beam unit (S1), - Defining a contour vector (A, B, C, D, E, F, G, H) for the irradiation pattern (10) for programming a second beam unit (S2), the contour vector (A, B, C) directly following the area vector (1,2,3) and the irradiation of the area vector (1,2,3) coincides with the irradiation of the contour vector (A, B, C). Verfahren gemäß Anspruch 1, welches ein CAM-Verfahren ist.Procedure according to Claim 1 which is a CAM process. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei pro Flächenvektor (1,2,3) ein, zwei, drei oder mehr Konturvektoren (A,B,C) festgelegt werden, welche den Flächenvektor (1,2,3) in Aufsicht auf das Bestrahlungsmuster (10) unmittelbar umschließen.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein one, two, three or more contour vectors (A, B, C) are defined for each area vector (1,2,3) which directly enclose the area vector (1,2,3) in a plan view of the irradiation pattern (10). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flächenvektor (1,2,3) zur flächendeckenden Bestrahlung der Materialschicht (L) derart festgelegt wird, dass er eine, beispielsweise mäander- oder streifenartige, Modulation oder Überstruktur von Teilvektoren (v) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the area vector (1, 2, 3) for the area-wide irradiation of the material layer (L) is defined in such a way that it has a, for example meandering or strip-like, modulation or superstructure of partial vectors (v). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche Konturvektoren (A,B,C,D,E,F,G,H) eines zusammenhängenden Bestrahlungsbereichs des Bestrahlungsmusters (10) derart festgelegt werden, dass sie entlang derselben Umfangsrichtung des Bestrahlungsbereichs ausgerichtet sind.Method according to one of the preceding claims, wherein all contour vectors (A, B, C, D, E, F, G, H) of a contiguous irradiation area of the irradiation pattern (10) are determined in such a way that they are aligned along the same circumferential direction of the irradiation area. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für das Bestrahlungsmuster (10) eine Mehrzahl von Flächenvektoren (1,2,3) parallel zueinander festgelegt werden, und eine Mehrzahl von Konturvektoren (A,B,C), welche diese Flächenvektoren (1,2,3) einschließen.Method according to one of the preceding claims, wherein a plurality of area vectors (1, 2, 3) are defined parallel to one another for the irradiation pattern (10), and a plurality of contour vectors (A, B, C) which these area vectors (1, 2 , 3) include. Verfahren zum selektiven Bestrahlen in der additiven Herstellung, umfassend das Bestrahlen einer Materialschicht (L) für die Herstellung eines Bauteils, wobei die Materialschicht (L) gemäß dem nach einem der vorhergehenden Ansprüche festgelegten Bestrahlungsmuster (10) bestrahlt wird, und die erste Strahleinheit (S1) die Bestrahlung von Flächenvektoren (1,2,3) des Bestrahlungsmusters (10) mit einem Energiestrahl, insbesondere Laser, im Dauerstrichbetrieb (CW) bewirkt, und die zweite Strahleinheit (S2) die Bestrahlung von Konturvektoren (A,B,C) des Bestrahlungsmusters (10) mit einem Energiestrahl, insbesondere Laser, im gepulsten Betrieb (PW) bewirkt.A method for selective irradiation in additive manufacturing, comprising irradiating a material layer (L) for the production of a component, the material layer (L) being irradiated according to the irradiation pattern (10) defined according to one of the preceding claims, and the first beam unit (S1 ) causes the irradiation of area vectors (1,2,3) of the irradiation pattern (10) with an energy beam, in particular laser, in continuous wave mode (CW), and the second beam unit (S2) irradiates contour vectors (A, B, C) of the Irradiation pattern (10) with an energy beam, in particular laser, caused in pulsed operation (PW). Additives Herstellungsverfahren umfassend das Verfahren zum selektiven Bestrahlen nach Anspruch 7, wobei eine Geometrie des Bauteils vor dem selektiven Bestrahlen durch eine CAD-Datei festgelegt wird.Additive manufacturing method comprising the method for selective irradiation after Claim 7 , wherein a geometry of the component is determined by a CAD file before the selective irradiation. Steuerung (100), welche eingerichtet ist, eine erste Strahleinheit (S1) und eine zweite Strahleinheit (S2) zum selektiven Bestrahlen einer Materialschicht (L) gemäß dem nach einem der vorhergehenden Ansprüche festgelegten Bestrahlungsmuster (10), anzusteuern.Controller (100) which is set up to control a first beam unit (S1) and a second beam unit (S2) for selectively irradiating a material layer (L) according to the irradiation pattern (10) defined according to one of the preceding claims. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung eines entsprechenden Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.Computer program product, comprising instructions which, when a corresponding program is executed by a computer, cause the computer to use the method according to one of the Claims 1 to 6th execute.
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