DE102019211761A1

DE102019211761A1 - System und verfahren zur additiven fertigung mittels pulverbettfusion mit dynamischer anpassung der walzendrehzahl

Info

Publication number: DE102019211761A1
Application number: DE102019211761.9A
Authority: DE
Inventors: Bo Cheng
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2020-02-13
Also published as: US10926356B2; CN110814341B; US20200047286A1; CN110814341A

Abstract

Ein additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion beinhaltet eine Aufbauplattform, auf der ein Substrat getragen wird, einen Energiegenerator, der konfiguriert ist, um einen auf das Substrat gerichteten Energiestrahl zu erzeugen, eine Walze, die ein Aktuatorsystem aufweist, das konfiguriert ist, um die Walze zu drehen, und eine Steuerung, die mit der Walze und dem Energiegenerator wirkverbunden ist. Die Steuerung ist konfiguriert, um ein Aufbauobjekt durch Drehen der Walze mit einer ersten Drehzahl zu erzeugen, um Pulverteilchen mit einer ersten Porosität zu verteilen, den Energiegenerator zu betreiben, um die Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine erste Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat zu bilden, die Walze mit einer zweiten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer zweiten Porosität aufzubringen und den Energiegenerator zu betreiben, um die mit der zweiten Porosität aufgebrachten Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine zweite Schicht zu bilden. Die erste und die zweite Drehzahl unterscheiden sich voneinander.

Description

Gebiet der Technik
Diese Offenbarung betrifft allgemein additive Fertigungssysteme und insbesondere additive Fertigungssysteme für die Pulverbettfusion.
Hintergrund
Pulverbettfusionsverfahren, wie etwa das selektive Laserschmelzen (SLM) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) stellen aufkommende Fertigungstechnologien dar, mit denen Konstruktionskomponenten mit Volldichte und komplexen Strukturen Schicht für Schicht hergestellt werden können. Ein typisches Pulverbettfusionsverfahren beginnt damit, dass ein Prozessor ein Computer Aided Design (CAD)-Modell in mehrere dünne Schichten mit jeweils einer gegebenen Dicke schneidet. Die geschnittenen digitalen Daten werden dann für die Herstellung verwendet.
Zur Herstellung des Aufbauobjekts wird das System betrieben, um eine dünne Pulverschicht auf einem Substrat zu erzeugen, bei der es sich typischerweise um eine zuvor erstarrte Schicht des Aufbauobjekts handelt. Ein hochenergetischer Strahl, beispielsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl, bestrahlt dann selektiv die Oberseite des frisch abgelagerten Pulverbetts basierend auf den Konturinformationen des geschichteten Teils, die durch die geschnittenen digitalen Daten bestimmt wird, wobei das Pulver und ein Abschnitt der Schicht unter dem Pulver zu einem Schmelzbad geschmolzen werden. Wenn das Schmelzbad abkühlt, erstarrt es und verschmelzt die neu hinzugefügte Schicht mit dem Substrat. Der Vorgang wird wiederholt, bis der Aufbauteil komplett abgeschlossen ist.
Bei einem SLM- oder EBM-Verfahren wird eine Walze oder Klinge mit vorgegebenen Prozessparametern betrieben, um die Metallpulverteilchen zur Bildung des Pulverbetts aufzubringen. In herkömmlichen Systemen werden die Pulverbett-Prozessparameter typischerweise während eines gesamten Aufbaus unverändert gelassen, um eine konstante Schmelzbadabmessung während des Aufbaus zu erzeugen. Da die Fleckgröße des Laserstrahls jedoch mit der Pulverteilchengröße in dem Pulverbettfusionsverfahren vergleichbar ist, spielt die lokalisierte Pulverbettdichte in den Laserabtastungsbereichen eine entscheidende Rolle für den Energietransfer und die resultierenden Eigenschaften des fertigen Aufbauprodukts.
Somit wird ein System zur additiven Fertigung benötigt, das die Beeinflussung der Pulverbetteigenschaften ermöglicht, um die Steuerung der Eigenschaften eines Aufbauprodukts zu verbessern.
Kurzfassung
In einer Ausführungsform umfasst ein additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion eine Aufbauplattform, auf der ein Substrat getragen wird, einen Energiegenerator, der konfiguriert ist, um einen auf das Substrat gerichteten Energiestrahl zu erzeugen, eine Walze, die ein Aktuatorsystem aufweist, das konfiguriert ist, um die Walze zu drehen, und eine Steuerung, die mit der Walze und dem Energiegenerator wirkverbunden ist. Die Steuerung ist konfiguriert, um ein Aufbauobjekt wie folgt herzustellen: Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit einer ersten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer ersten Porosität auf das Substrat aufzubringen; Betreiben des Energiegenerators, um die Pulverteilchen und Abschnitte des Substrats neben den selektiv geschmolzenen Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine erste Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat zu bilden; Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit einer zweiten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer zweiten Porosität auf das Substrat und/oder die erste Schicht aufzubringen, wobei sich die zweite Drehzahl von der ersten Drehzahl unterscheidet; und Betreiben des Energiegenerators, um die mit der zweiten Porosität aufgebrachten Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine zweite Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat und/oder der ersten Schicht zu bilden.
In einigen Ausführungsformen liegt die erste Drehzahl zwischen null und 15 rad/s und die zweite Drehzahl zwischen null und 15 rad/s.
In einer anderen Ausführungsform des additiven Fertigungssystems für die Pulverbettfusion ist die Steuerung konfiguriert, um das Aktuatorsystem zu betreiben, um eine Drehzahl der Walze zwischen null und 15 rad/s auf einer Schicht-für-Schicht-Basis dynamisch anzupassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung konfiguriert, um Prozessparameter des Energiegenerators während der Herstellung des Aufbauobjekts konstant zu halten.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist das Aktuatorsystem ferner konfiguriert, um die Walze translatorisch zu bewegen. Die Steuerung ist konfiguriert, um das Aktuatorsystem zu betreiben, um die Walze während des Betriebs des Aktuatorsystems mit einer konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, und um das Aktuatorsystem zu betreiben, um die Walze während des Betriebs des Aktuatorsystems mit der konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen.
In einer anderen Ausführungsform des additiven Fertigungssystems für die Pulverbettfusion beinhaltet das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Durchführen einer ersten Schmelzbadabmessungsanpassung, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von ersten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer ersten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung einer Modellsimulation nach dem Diskrete-Elemente-Verfahren (Discrete Element Method, DEM) ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten unter Verwendung einer Modellsimulation nach der thermischen numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD). Das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, beinhaltet das Durchführen einer zweiten Schmelzbadabmessungsanpassung, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von zweiten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer zweiten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung der DEM-Modellsimulation ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten unter Verwendung der thermischen CFD-Modellsimulation.
In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Schmelzbadabmessungsanpassung ferner das Auswählen der ersten Drehzahl basierend auf einem ersten Vergleich der Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden, und die zweite Schmelzbadabmessungsanpassung umfasst ferner das Auswählen der zweiten Drehzahl basierend auf einem zweiten Vergleich der Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden.
In noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Bestimmen der ersten Drehzahl basierend auf Informationen, die in dem der Steuerung zugeordneten Speicher gespeichert sind, wobei die Informationen Ergebnisse eines DEM-Modells und eines thermisches CFD-Modells für eine Vielzahl von simulierten Drehzahlen enthalten. Das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, beinhaltet das Bestimmen der zweiten Drehzahl basierend auf den in dem Speicher gespeicherten Informationen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Aufbauobjekts mit einem additiven Fertigungssystem für die Pulverbettfusion das Betreiben eines Aktuatorsystems, das basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts mit einer Walze wirkverbunden ist, um die Walze mit einer ersten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer ersten Porosität auf das Substrat aufzubringen, das von einer Aufbauplattform getragen wird, und das Betreiben eines Energiegenerators, um einen Energiestrahl zu erzeugen, der auf die Pulverteilchen gerichtet ist, um die Pulverteilchen und Abschnitte des Substrats neben den selektiv geschmolzenen Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine erste Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat zu bilden. Das Verfahren beinhaltet ferner das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit einer zweiten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer zweiten Porosität auf mindestens einem von dem Substrat und/oder der ersten Schicht aufzubringen, wobei sich die zweite Drehzahl von der ersten Drehzahl unterscheidet, und das Betreiben des Energiegenerators, um die mit der zweiten Porosität aufgebrachten Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine zweite Schicht des Aufbauobjekts auf mindestens einem von dem Substrat und/oder der ersten Schicht zu bilden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens liegt die erste Drehzahl zwischen null und 15 rad/s und die zweite Drehzahl zwischen null und 15 rad/s.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Betreiben des Aktuatorsystems, um eine Drehzahl der Walze zwischen null und 15 rad/s auf einer Schicht-für-Schicht-Basis dynamisch anzupassen.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Konstanthalten von Prozessparametern des Energiegenerators während der Herstellung des Aufbauobj ekts.
Einige Ausführungsformen des Verfahrens umfassen ferner das Betreiben des Aktuatorsystems, um die Walze während das Betriebs des Aktuatorsystems mit einer konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, und das Betreiben des Aktuatorsystems, um die Walze während des Betriebs des Aktuatorsystems mit der konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Durchführen einer ersten Schmelzbadabmessungsanpassung, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von ersten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer ersten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung einer Modellsimulation nach dem Diskrete-Elemente-Verfahren (DEM) ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten unter Verwendung einer Modellsimulation nach der thermischen numerischen Strömungsmechanik (CFD). Das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, beinhaltet das Durchführen einer zweiten Schmelzbadabmessungsanpassung, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von zweiten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer zweiten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung der Modellsimulation nach dem Diskrete-Elemente-Verfahren (DEM) ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten unter Verwendung der Modellsimulation nach der thermischen numerischen Strömungsmechanik (CFD).
In einer anderen Ausführungsform umfasst die erste Schmelzbadabmessungsanpassung ferner das Auswählen der ersten Drehzahl basierend auf einem ersten Vergleich der Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden, und die zweite Schmelzbadabmessungsanpassung umfasst ferner das Auswählen der zweiten Drehzahl basierend auf einem zweiten Vergleich der Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Bestimmen der ersten Drehzahl basierend auf Informationen, die in dem der Steuerung zugeordneten Speicher gespeichert sind, wobei die Informationen Ergebnisse eines Diskrete-Elemente-Verfahren (DEM)-Modells und eines thermischem numerischen Strömungsmechanik (CFD)-Modells für eine Vielzahl von simulierten Drehzahlen enthalten. Das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, beinhaltet das Bestimmen der zweiten Drehzahl basierend auf den in dem Speicher gespeicherten Informationen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines additiven Fertigungssystems für die Pulverbettfusion, das eine Walze aufweist, die mit einer dynamisch gesteuerten Drehzahl betrieben wird, um ein Pulverbett herzustellen.
2 ist ein Prozessdiagramm eines Verfahrens zum Durchführen einer Schmelzbadanpassung für ein additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion wie etwa das System von 1.
3 ist ein Prozessdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines additiven Fertigungssystems für die Pulverbettfusion, wie etwa das additive Fertigungssystem für die Pulverbettfusion von 1, um ein Aufbauobjekt zu erzeugen.
4A ist eine Darstellung einer Pulverteilchenverteilung, die in dem Diskrete-Elemente-Verfahren (DEM)-Modell in dem Verfahren von 3 verwendet wird, in dem unterschiedliche Farbtöne unterschiedliche Partikelgrößen darstellen.
4B ist eine Darstellung der Pulverteilchenverteilung von 4A, die unter die simulierte Schwerkraft fällt.
4C ist eine schematische Ansicht von zwei Pulverteilchen aus dem DEM-Modell, die die auf die Teilchen wirkenden Kräfte veranschaulicht.
5A ist eine schematische Seitenansicht der simulierten Walze, die die simulierten Pulverteilchen von 4B verteilt.
5B ist eine perspektivische Ansicht der simulierten Walze, die die simulierten Pulverteilchen von 4B verteilt.
5C ist eine Darstellung des simulierten Pulverbetts, das sich aus dem Verteilungsmodell von 4C ergibt.
6 ist eine Darstellung einer Pulverbettschmelzsimulation aus dem thermischen CFD-Modell, das in dem Verfahren von 3 verwendet wird.
7 ist eine Abbildung, die die Ergebnisse der Porosität von Pulverbetten im Vergleich unterschiedlicher Drehzahlen gegen den Uhrzeigersinn zeigt, bei denen die Walze unter Verwendung des DEM-Modells von 3 gedreht wurde.
8 ist ein Diagramm, das einen Vergleich von drei Querschnitten über die Breite/Tiefe des Schmelzbades an verschiedenen Stellen der Abtastspur (X-, Y-, Z-Stelle, veranschaulicht in 9) zeigt, der unter Verwendung des thermischen CFD-Modells für ein erstes simuliertes Pulverbett, das unter Verwendung einer sich nicht drehenden Walze erzeugt wurde, und für ein zweites simuliertes Pulverbett, das unter Verwendung einer sich mit einer Drehzahl von 9,42 rad/s drehenden Walze erzeugt wurde, bestimmt wird.
9 ist eine perspektivische Ansicht des Bereichs, der in dem thermischen CFD-Modell verwendet wird.
10A ist eine perspektivische Ansicht des Bereichs von 9 nach dem Simulieren eines sich bewegenden Laserstrahls.
10B ist eine in Längsrichtung verlaufende Querschnittsansicht des Bereichs von 9 nach dem Simulieren des sich bewegenden Laserstrahls.
10C ist eine perspektivische Ansicht, die fünf Querschnitte des Bereichs von 9 nach dem Simulieren des sich bewegenden Laserstrahls zeigt.
FIG. 11 veranschaulicht eine Reihe von Querschnitten über die Breite/Tiefe von Schmelzbädern, die zu unterschiedlichen Zeiten während der CFD-Modellsimulation aufgenommen wurden.

Detaillierte Beschreibung
Zu Zwecken des Förderns eines Verständnisses der Prinzipien der hierin beschriebenen Ausführungsformen wird nun auf die Zeichnungen und Beschreibungen der folgenden schriftlichen Spezifikation Bezug genommen. Durch die Bezugnahme wird keine Einschränkung des Umfangs des Gegenstands beabsichtigt. Diese Offenbarung beinhaltet auch jegliche Änderungen und Modifikationen der veranschaulichen Ausführungsformen und beinhaltet weitere Anwendungen der Prinzipien der beschriebenen Ausführungsformen, wie sie Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich diese Offenlegung bezieht, normalerweise in den Sinn kommen würden.
Verschiedene Operationen können wiederum als mehrere diskrete Aktionen oder Operationen in einer Art und Weise beschrieben werden, die am hilfreichsten für das Verständnis des beanspruchten Gegenstands ist. Jedoch sollte die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass damit angedeutet wird, dass diese Operationen notwendigerweise von der Reihenfolge abhängig sind. Insbesondere können diese Operationen nicht in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Die beschriebenen Operationen können in einer anderen Reihenfolge als der beschriebenen Ausführungsform durchgeführt werden. Es können verschiedene weitere Operationen ausgeführt werden und/oder die beschriebenen Operationen können in weiteren Ausführungsformen weggelassen werden.
Die Begriffe „umfassend“, „einschließlich“ „aufweisen“ und dergleichen, wie in Bezug auf Ausführungsformen der Offenlegung verwendet, sind synonym. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „ungefähr“ auf Werte, die innerhalb von ± 20 % des Referenzwerts liegen.
1 veranschaulicht schematisch ein additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion 100 gemäß der Offenbarung. Das additive Fertigungssystem 100 enthält einen Pulverbehälter 104, eine Aufbauplattform 108, ein Aufbringungswalzensystem 112, eine Schmelzvorrichtung 116 und eine Steuerung 120.
Der Pulverbehälter 104 definiert ein Volumen 128, in dem eine Menge von Pulverteilchen 132 gespeichert ist. Der Pulverbehälter 104 kann beispielsweise als rechteckiger oder zylindrischer Behälter ausgebildet sein, obwohl in anderen Ausführungsformen auch andere Formen verwendet werden können. In der dargestellten Ausführungsform ist der Pulverbehälter 104 seitlich neben der Aufbauplattform 108 dargestellt. In einer solchen Ausführungsform kann der Pulverbehälter 104 von einem Aktuator 136 getragen werden, der konfiguriert ist, um den Pulverbehälter 104 anzuheben, sodass die Pulverteilchen 132 verfügbar bleiben, während die Teilchen 132 aus dem Pulverbehälter 104 entnommen werden. In anderen Ausführungsformen kann der Pulverbehälter 104 vertikal über der Aufbauplattform 108 angeordnet und so konfiguriert sein, dass die Pulverteilchen 132 von oben auf der Aufbauplattform 108 verteilt werden.
Die Aufbauplattform 108 beinhaltet eine Plattformoberfläche 140 und ist mit einem Aufbauplattformaktuator 144 wirkverbunden. Die Plattformoberfläche 140 trägt das Aufbauobjekt 150, während das Aufbauobjekt 150 aufgebaut wird. Der Plattformaktuator 144 ist konfiguriert, um die Aufbauplattform 108 und das Aufbauobjekt 150 anzuheben und abzusenken, um so die Plattformoberfläche 140 an der gewünschten vertikalen Position zum Aufbauen der Schichten zu positionieren. In einer Ausführungsform ist der Plattformaktuator 144 konfiguriert, um die Aufbauplattform 108 schrittweise abzusenken, nachdem jede Schicht fertiggestellt ist, sodass das Aufbringungssystem 112 und der Energiegenerator 116 das Aufbauobjekt schrittweise aufbauen können. In anderen Ausführungsformen können das Aufbringungssystem 112 und der Energiegenerator 116 durch einen Aktuator betrieben werden, um sich vertikal zu bewegen, während die Aufbauplattform 108 stationär sein kann.
Das Aufbringungssystem 112 enthält eine Walze 160 und eine Aktuatoranordnung 164. Die Aktuatoranordnung 164 ist mit der Walze 160 wirkverbunden und ist konfiguriert, um die Walze 160 zu drehen und zu verschieben. In einigen Ausführungsformen umfasst die Aktuatoranordnung 164 einen Aktuator, der konfiguriert ist, um die Walze 160 mittels eines oder mehrerer Übertragungsmechanismen sowohl zu verschieben als auch zu drehen, während die Aktuatoranordnung 164 in anderen Ausführungsformen einen ersten Aktuator, der konfiguriert ist, um die Walze 160 zu drehen, und einen zweiten Aktuator, der konfiguriert ist, um die Walze 160 seitlich über der Aufbauplattform 108 zu bewegen, aufweist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Aktuatoranordnung 164 ferner konfiguriert sein, um die Walze 160 entweder mittels des ersten oder des zweiten Aktuators oder mittels eines zusätzlichen dritten Aktuators vertikal zu verschieben. Die Aktuatoren der Aktuatoranordnung 164 können beliebige geeignete Aktuatoren sein, beispielsweise elektrische Wechselstrom-, Gleichstrom-, bürstenbehaftete, bürstenlose, Schritt-, Servo- oder Linearmotoren, hydraulische Aktuatoren, pneumatische Aktuatoren oder eine beliebige Kombination der vorstehenden.
Der Energiegenerator 116 ist vertikal über der Aufbauplattform 108 angeordnet, die konfiguriert ist, um selektiv Energie an die Pulverteilchen 132 auf der Aufbauplattform 108 anzulegen, um die Pulverteilchen 132 zu schmelzen. In der dargestellten Ausführungsform enthält der Energiegenerator 116 einen Energiestrahlgenerator 180, der einen auf ein Abtastsystem 188 gerichteten Energiestrahl 184 erzeugt. Das Abtastsystem 188 umfasst mindestens einen Spiegel 192, der mit einem Motor (nicht gezeigt) wirkverbunden ist, der so gesteuert wird, um den Spiegel 192 zu bewegen, um den Energiestrahl 184 auf die Pulverteilchen 132 zu richten, die geschmolzen werden sollen. Der Energiestrahlgenerator 180 kann beispielsweise ein Laser, ein Elektronenstrahlgenerator oder ein anderer geeigneter Mechanismus zum Erzeugen eines fokussierten Energiestrahls sein. In einigen Ausführungsformen kann der Energiestrahlgenerator 180 auf die Pulverteilchen 132 ausgerichtet sein und anstelle des Abtastsystems einen oder mehrere Aktuatoren enthalten, die den Energiestrahlgenerator 180 bewegen, um den Energiestrahl 184 auf die Pulverteilchen 132 zu richten.
Die Steuerung 120 ist mit dem Motorsystem 144, dem Energiegenerator 116 und den Aktuatoren 136, 144 und der Aktuatoranordnung 164 wirkverbunden. Der Betrieb und die Steuerung des additiven Fertigungssystems 100 wird mit Hilfe der Steuerung 120 durchgeführt. Die Steuerung 120 ist mit allgemeinen oder spezialisierten programmierbaren Prozessoren implementiert, die programmierte Anweisungen ausführen, die in einer Speichereinheit gespeichert sind. Die Anweisungen und Daten, die zum Ausführen der programmierten Funktionen erforderlich sind, werden in der Speichereinheit gespeichert, die der Steuerung 120 zugeordnet ist. Die Prozessoren, der Speicher und die Schnittstellenschaltungskomponenten können auf einer Leiterplatte oder als eine Schaltung in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) bereitgestellt werden. Jede der Schaltungen kann mit einem separaten Prozessor implementiert werden, oder es können mehrere Schaltungen auf demselben Prozessor implementiert werden. Alternativ können die Schaltungen mit diskreten Komponenten oder Schaltungen implementiert werden, die in VLSI-Schaltungen bereitgestellt werden. Die hierin beschriebenen Schaltungen können auch mit einer Kombination von Prozessoren, ASICs, diskreten Komponenten oder VLSI-Schaltungen implementiert werden.
Die Prozessoren, der Speicher und die Schnittstellenschaltung konfigurieren die Steuerung 120, um das additive Fertigungssystem 100 gemäß dem in 2 veranschaulichten Prozess 200 und dem in 3 veranschaulichten Prozess 300 zu betreiben, um das Aufbauobjekt 150 durch dynamisches Ändern der Drehzahl der Walze 160 basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts aufzubauen.
2 veranschaulicht einen Schmelzbadbestimmungsprozess 200, in dem die Eigenschaften des Schmelzbads, die den verschiedenen Drehzahlen entsprechen, bei denen die Walze 160 betrieben wird, bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen wird der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 von der Steuerung 120 des additiven Fertigungssystems für die Pulverbettfusion 100 durchgeführt. In anderen Ausführungsformen wird der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 von einem separaten Prozessor oder einer Computeranordnung durchgeführt, und die in dem Schmelzbadbestimmungsprozess bestimmten Daten werden in einem der Steuerung 120 zugeordneten Speicher gespeichert.
Der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 ist in eine Pulverbetterzeugungssimulation zum Simulieren der Pulverbettporosität gemäß verschiedenen Walzendrehzahlen (Block 250) und eine Schmelzbadsimulation basierend auf der simulierten Pulverbettporosität (Block 254) unterteilt.
Das Pulverbettsimulationsmodell beinhaltet zunächst die Erstellung eines Diskrete-Elemente-Verfahren (DEM)-Modells zur Simulation der Pulverschichtenerzeugung auf zuvor erstarrtem Material, beispielsweise der Aufbauplattformoberfläche 140 oder einem zuvor fertig gestellten Abschnitt des Aufbauobjekts 150. Um in dem DEM-Modell die Verdichtungseigenschaften des Pulverbetts genau zu erfassen, kann das Modell drei Simulationsschritte ausführen, die in 4A-4D veranschaulicht sind. Zunächst werden simulierte Pulverteilchen 300 in einem Behälter mit starren Wänden erzeugt. Die Teilchen 300 unterschiedlicher Größe, die den Eigenschaften der in dem Aufbauobjekt 150 verwendeten Pulverteilchen 132 entsprechen, werden simuliert, und alle Teilchen 300 sind zufällig in einer Wolke verteilt (4A).
Als nächstes werden in 4B die simulierten Teilchen 300 unter simulierter Standardschwerkraft frei in den Behälter fallen gelassen. Die Pulverteilchen wurden als perfekte Kugeln mit unterschiedlichen Radien und alle Substrate oder Wände wurden als starr angenommen. Das zweite Newtonsche Gesetz kann mithilfe von DEM gelöst werden, um einzelne Teilchengeschwindigkeiten in (x, y, z)-Richtungen einschließlich Translations- und Drehungskomponenten zu berechnen. Die Bestimmung der Teilchen-zu-Teilchen-Kraft ist in 4C und den Gleichungen (1) -(3) wie folgt dargestellt:
Die Kontaktkraft der Teilchen in normaler Richtung: $F_{ni} = - k d l n - η_{n} (u' \cdot n) n$
Die Kontaktkraft der Teilchen in tangentialer Richtung: $F_{ti} = - η_{t} (u' - (u' \cdot n) n);$
$\begin{array}{l} F_{i} = F_{ni} + F_{ti} = - F_{j}; \\ l_{o} = r_{i} + r_{j}; l = x_{j} - x_{i}; dl = l_{o} - ‖ l ‖; n = \frac{1}{‖ l ‖}; u' = u_{j} - u_{i,} \end{array}$
wobei x_i der Koordinatenvektor eines einzelnen Teilchens ist, r_i der Teilchenradius ist, k die Federkonstante ist, m_i die Teilchenmasse ist, u_i der Teilchengeschwindigkeitsvektor ist, η der Widerstandsbeiwert ist.
Eine simulierte Walze 304 wird dann mit einer gewünschten Translationsgeschwindigkeit und Drehzahl über die simulierten Teilchen 300 bewegt, um eine Schicht des Pulvers auf das feste Substrat 308 aufzubringen (5A und 5B). Die resultierende geometrische Information des erzeugten Pulverbetts 316 (5C) wird dann zur weiteren Analyse exportiert.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird das DEM-Modell dann für verschiedene Drehzahlen der Walze simuliert, um eine Vielzahl von simulierten Pulverbetten zu erhalten (Block 264). Nachdem das DEM-Modell mit einigen oder allen gewünschten Drehzahlen simuliert wurde, oder nach jeder einzelnen Modellsimulation, gibt das DEM-Modell die Pulverbettporosität und -geometrie für die verschiedenen Drehzahlen an die Schmelzbadsimulation 254 aus (Block 268). In einigen Ausführungsformen kann die ausgegebene geometrische Information in ein STL (Stereolithographie-CAD)-Format exportiert werden.
Die von dem DEM-Modell ausgegebenen Pulverporositäts- und -geometriedaten werden in eine thermische numerische Strömungsmechanik (CFD)-Modell importiert, das die komplexen thermischen Strömungsprozesse in den additiven Fertigungsprozessen für die Pulverbettfusion simuliert (Block 276). Das Modell führt dann eine Simulation durch, um die erwarteten Abmessungen des Pulverschmelzbades für die bereitgestellten Pulverporositäts- und -geometriedaten zu bestimmen (Block 280).
Das CFD-Modell simuliert eine Gaußsche Wärmequelle, beispielsweise einen simulierten Laserstrahl oder Elektronenstrahl, der sich über das Pulverbett 340 bewegt (6), und simuliert die Materialphasenumwandlung (fest zu flüssig, flüssig zu Gas/Dampf), die Oberflächenspannungskraft, den Verdampfungsdruck und die thermischen Flüssigkeitseigenschaften des Pulverbetts 340 und des festen Substrats 344 (6). In einer Ausführungsform wird der Energiestrahl als ein sich bewegender Wärmefluss mit einer Gaußschen Verteilung auf dem Pulverbett gemäß der folgenden Gleichung modelliert: $Q = \frac{2 A_{b} P_{L}}{π ϕ_{e}} exp (- 2 \frac{{(x - x_{s})}^{2} + {(y - y_{s})}^{2}}{ϕ_{e}^{2}}),$
wobei Q der momentane Oberflächenwärmefluss ist, A_b der Absorptionskoeffizient ist, P_L die Laserleistung ist, Φ_e der Laserdurchmesser ist, x_S und y_S die horizontalen Positionen der Laserstrahlmitte sind. Der Laserstrahl bewegt sich entlang der x-Achse mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit an der Oberseite der Pulverteilchen 340.
Die komplizierten physikalischen Prozesse wie Schmelzen, Phasenwechsel und Schmelzbadfluss in dem SLM-Prozess werden mit dem CFD-Modell numerisch gelöst. Im CFD-Modell wird das Schmelzbad als inkompressibles, laminares und Newtonsche Fluid betrachtet. Die zugrundeliegenden Gleichungen von Masse, Impuls und Erhaltung der Energie lauten wie folgt:

Masse: $\nabla \cdot \vec{v} = 0;$
Impuls: $\frac{\partial \vec{v}}{\partial t} + (\vec{v} \cdot \nabla) \vec{v} = - \frac{1}{ρ} \nabla P + μ \nabla^{2} \vec{v} + \vec{g} + F_{b};$
Energie: $\frac{\partial \vec{v}}{\partial t} + (\vec{v} \cdot \nabla) h = - \frac{1}{ρ} (\nabla \cdot k \nabla T) + \dot{q},$
wo t die Zeit ist, $\vec{v}$
die Geschwindigkeit des geschmolzenen Materials ist, P der Druck ist, ρ die Massendichte ist, µ die Viskosität ist, g die Schwerkraft ist, F_b der Term der Kraft ist, h die Enthalpie ist, k die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist, T die Temperatur ist, q̇ der Term der Wärmequelle ist.

Die latente Schmelzwärme wird im Modell berücksichtigt, um die Phasenumwandlung von Solidus zu Liquidus zu simulieren. Wenn die Materialtemperatur zwischen der Solidus- und Liquidustemperatur liegt, wird ein zusätzlicher Energieterm für die innere Enthalpie verwendet. Die Enthalpiegleichung ist wie folgt definiert: $h = \int C_{p} d T + L_{f} f,$
wobei f der durch die Temperatur bestimmte Volumenanteil der Flüssigkeit ist: $f = {\begin{matrix} 0, T < T_{s} \\ \frac{T - T_{s}}{T_{L} - T_{s}}, T_{s} \leq T \leq T_{L} \\ 1, T < T_{L} \end{matrix},$
wobei C_p die materialspezifische Wärme ist, L_f die latente Schmelzwärme ist, T_s und T_L jeweils die materiellen Solidus- und Liquidustemperaturen sind.
Die Volume-of-Fluid (VOF)-Methode wurde eingeführt, um die sofortige Entwicklung der freien Oberfläche des Schmelzbads nachzuverfolgen. In VOF ist der Term F definiert als der Fluidvolumenanteil (0 ≤ F ≤ 1). Eine leere Zelle (keine Flüssigkeit) wird als F = 0 definiert, hingegen wird eine vollständig mit Flüssigkeit gefüllte Zelle als F = 1 definiert. Somit wird eine Zelle, die teilweise flüssig und teilweise leer ist, als 0 < F < 1 dargestellt. Die VOF-Gleichung wird beschrieben als: $\frac{\partial \vec{v}}{\partial t} + \nabla (F) = 0$
Der Marangoni-Effekt wirkt sich stark auf die Morphologie der Schmelzbadoberfläche und die Wärmeübertragung durch Konvektion aus. Daher wurde ein Term für die Oberflächenspannung in das Modell aufgenommen, um die treibenden Kräfte für die Fluidströmung im Schmelzbad zu beschreiben. Die temperaturabhängige Oberflächenspannungskraft ist wie folgt: $γ (T) = γ_{m} + \frac{d γ}{d T} (T - T_{m}),$
wobei Y die Oberflächenspannung bei der Temperatur T ist, Y_m die Oberflächenspannung bei Oy Schmelztemperatur (Liquidustemperatur) ist T_m und $\frac{d γ}{d T}$
der Temperaturkoeffizient der Materialoberflächenspannung ist.
Verdunstung tritt auf, wenn die Temperatur den Siedepunkt des Materials überschreitet. Eine beträchtliche Energiemenge wird durch aus der Oberfläche des Schmelzbades austretenden Metalldampf abgeführt. Die Umsetzung des Verdampfungseffekts in das numerische Modell kann einen wesentlichen Einfluss auf die simulierte Maximaltemperatur haben. Somit ist der Wärmeverlust aufgrund der Verdampfung definiert als: $Q_{e v a p} = \frac{0,82 Δ H_{v}}{\sqrt{2 π M R T}} P_{0} exp (Δ H_{v} \frac{T - T_{b}}{R T T_{b}}),$
wobei ΔH_ν die Enthalpie von Metalldampf ist, M die Molmasse ist, Po der Sättigungsdruck ist, R die Gaskonstante ist und T_b die Siedetemperatur des Materials ist.
Zusätzlich wird der Verdampfungseffekt auf die Morphologie des Schmelzbads durch Einführen eines Terms für den Rückstoßdruck über die freie Oberfläche des Schmelzbereichs modelliert. Der Rückstoßdruck wird angegeben als: $P_{r} = 0,54 P_{0} exp (L_{v} \frac{T - T_{b}}{R T T_{b}}),$
wobei L_v die latente Verdampfungswärme ist.
Das Ergebnis der Implementierung des CFD-Modells durch den Prozessor erzeugt ein Modell des Schmelzens des Pulverbetts und des Substrats und deren Fusion, die die neue Schicht bildet. 6 veranschaulicht die Ergebnisse des CFD-Modells, in dem Pulverteilchen des Pulverbetts 340 auf das Substrat 344 aufgeschmolzen werden, wodurch der aufgeschmolzene Abschnitt dem Aufbauobjekt hinzugefügt wird.
Die im Schmelzbadbestimmungsprozess 200 simulierten Drehzahlen können beispielsweise von null bis 9,42 (3π) rad/s reichen. In einigen Ausführungsformen kann der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 das Simulieren von Drehzahlen im Uhrzeigersinn (hierin als negative Drehzahlwerte ausgedrückt) oder Drehzahlen größer als 9,42 rad/s beinhalten. Zum Beispiel kann der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 in einigen Ausführungsformen im Bereich von-9,42 rad/s oder kleiner bis 18,85 (6π) rad/s oder größer liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 für beliebige geeignete Drehzahlen innerhalb eines beliebigen Drehzahlbereichs durchgeführt werden. Die Anzahl der Drehzahlwerte, die in dem Schmelzbadbestimmungsprozess 200 simuliert werden, kann von 2 bis 1000 oder mehr oder einem beliebigen Bereich von darin enthaltenen Zahlen reichen. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 das Modellieren von Drehzahlen bei jedem Vielfachen von π/2 von 0 bis 3π (z. B. 0 rad/s, π/2 rad/s, π rad/s, 3π/2 rad/s, 2π rad/s, 5π/2 rad/s und 3π rad/s).
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird dann das simulierte Schmelzbad, das sich aus jeder der Pulverbettporositäten ergibt, als Daten in dem Speicher gespeichert, der der Steuerung 120 zugeordnet ist (Block 284). Die Daten können auf einer Simulation-zu-Simulation-Basis im Speicher gespeichert werden, oder die Daten können für alle Simulationen gleichzeitig im Speicher gespeichert werden. Wie nachstehend erörtert, werden die gespeicherten Schmelzbäder verwendet, um die Walzendrehzahl auf einer Schicht-für-Schicht-Basis zu bestimmen, um die gewünschten Eigenschaften jeder Schicht des Aufbauobjekts zu erzeugen.
3 veranschaulicht einen Prozess 300 zum Herstellen eines Aufbauobjekts unter Verwendung von beispielsweise dem additiven Fertigungssystem für die Pulverbettfusion 100 von 1. Der Prozess 300 beginnt mit dem Importieren des CAD-Modells des Aufbaus und dem Schneiden des Modells, um eine Vielzahl von Schichten zu bilden (Block 304). Die geschnittenen Schichten stellen die Information bezüglich der notwendigen Dicke der Aufbauobjektschichten und der Dicke der Pulverteilchenschichten bereit, die zur Herstellung des Aufbauobjekts 150 notwendig sind.
Als nächstes fährt der Prozess 300 mit einer Schmelzbadabmessungsanpassung fort, bei der die Steuerung die Zieldrehzahl der Walze bestimmt (Block 308). Die Walzendrehzahl kann beispielsweise als die Geschwindigkeit gewählt werden, die das Schmelzbad, bei dem die Abmessungen den gewünschten Abmessungen für die Schicht am ehesten entsprechen, und/oder die Schicht erzeugt, bei der das Schmelzbad eine ausreichende Tiefe in die vorherige Schicht herein bereitstellt, um dem Aufbauobjekt Festigkeit zu verleihen. Die dem gewählten Schmelzbad entsprechende Walzendrehzahl wird dann als Zieldrehzahl für die Walze verwendet.
Sobald die Schmelzbadabmessungsanpassung abgeschlossen ist (Block 308) und die Ziel-Walzendrehzahl bestimmt ist, betreibt die Steuerung die Walze basierend auf der bestimmten Zieldrehzahl, um das Pulverbett zu bilden (Block 312). Insbesondere unter Bezugnahme auf 1 betreibt die Steuerung 120 die Aktuatoranordnung 164, um die Walze 160 mit der bestimmten Drehzahl zu drehen, während die Walze 160 über die Aufbauplattform 108 oder das Aufbauobjekt 150 mit der in den DEM-Modellsimulationen 250 verwendeten Drehzahl verschoben wird. Während sich die Walze 160 über die Aufbauplattform 108 und/oder das Aufbauobjekt 150 bewegt, werden die Pulverteilchen 132 in einer Pulverbettschicht mit einer Geometrie und Porosität verteilt, die den Eigenschaften der simulierten Pulverbettschicht 316 (5C) ähnlich ist, die durch das der Ziel-Walzendrehzahl entsprechende DEM-Modell 250 bestimmt wird.
Sobald das Pulverbett mit den gewünschten Geometrie- und Porositätseigenschaften gebildet ist, betreibt die Steuerung 120 den Energiegenerator 116, um die Pulverteilchen 132 in dem Pulverbett selektiv zu schmelzen (Block 316). In einer Ausführungsform betreibt die Steuerung 120 den Energiestrahlgenerator 180, um den Energiestrahl 184 zu erzeugen, und betreibt die Motoren der Abtastvorrichtung 188, um den Spiegel 192 zu bewegen, um so den Energiestrahl 184 auf die Teilchen 132 zu richten, die geschmolzen werden, um die Schicht des Aufbauobjekts 150 zu bilden, wie durch das geschnittene Modell aus Block 204 bestimmt. Die Energie des Energiegenerators 116 schmilzt sowohl die Pulverteilchen 132 als auch das Substrat unter den Pulverteilchen, bei denen es sich beispielsweise um die vorherige Schicht des Aufbauobjekts 150 handeln kann. Sobald der geschmolzene Abschnitt abkühlt, werden die Pulverteilchen 132 und das Substrat miteinander verschmolzen, wodurch dem Aufbauobjekt eine neue Schicht hinzugefügt wird.
Der Prozess fährt dann bei Block 308 mit dem Durchführen der Schmelzbadabmessungsanpassung für die nächste Schicht oder einem anderen Abschnitt der Schicht fort. Die Drehzahl der nächsten Schicht oder des zusätzlichen Abschnitts der ersten Schicht kann zu einer unterschiedlichen Drehzahl für die nächste Schicht oder den zusätzlichen Abschnitt der Schicht führen. Somit können in dem Verfahren 200 die Schichten des Aufbauobjekts mit sich ändernden unterschiedlichen Porositäten gebildet werden, was zu unterschiedlichen Eigenschaften für die verschiedenen Schichten des Aufbauobjekts führt.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 ex situ durchgeführt, und die Daten aus den Simulationen werden in dem Speicher gespeichert, der der Steuerung 120 zugeordnet ist. In einigen Ausführungsformen wird der Schmelzbadbestimmungsprozess 200 jedoch in situ während des Aufbauprozesses durchgeführt. In einer solchen Ausführungsform werden die Simulationen des Schmelzbadbestimmungsprozesses während der Schmelzbadabmessungsanpassung (Block 308) entweder Schicht für Schicht oder in einem Vorverarbeitungsschritt für das gesamte importierte Aufbaumodell vor dem Betrieb der Walze und des Energiegenerators durchgeführt (Block 312 und 316).
In einigen Ausführungsformen wird das CAD-Modell in Scheiben geschnitten (Block 304), die Schmelzbadabmessungsanpassung wird durchgeführt (Block 308) und die Walze und der Energiegenerator werden für jede einzelne Schicht betrieben (Block 312 und 316), bevor eine Wiederholung stattfindet. Der Leser sollte erkennen, dass die verschiedenen Schritte (Block 304, 308, 312, 316) nacheinander für jede einzelne Schicht durchgeführt und dann für nachfolgende Schichten wiederholt werden können, oder dass einige oder alle Schritte für mehrere Schichten oder alle Schichten des Aufbauobjekts durchgeführt werden können, bevor mit dem nächsten Schritt fortgefahren wird.

Die 7-8 veranschaulichen simulierte Ergebnisse aus den DEM- und CFD-Modellen gemäß dem oben beschriebenen Schmelzbadsimulationsverfahren 208. 7 zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse der Pulverbettporosität des DEM-Modells für fünf verschiedene Drehzahlen in einem System veranschaulicht, in dem die verbleibenden Parameter konstant waren, die unter Verwendung des DEM-Modells 250 von 3 bestimmt wurden. Um die simulierten Ergebnisse von 7 zu erhalten, wurden eine Gesamtzahl von etwa 24000 Pulverteilchen über einem rechteckigen Behälter mit ringsum starren Wänden eingeleitet und es wurden Teilchen unterschiedlicher Größe erzeugt und alle Teilchen wurden zufällig in einer Wolke verteilt (siehe 4A). Es wurde angenommen, dass die Teilchen aus H13-Stahlpulver mit einer Gaußschen Verteilung mit D10, D50 und D90 von 19, 29 bzw. 43 µm Durchmesser bestanden. Die Eigenschaften der H13-Stahlteilchen sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1: Eigenschaften von H13-Stahlteilchen

Eigenschaft	Flüssig	Fest
Leitfähigkeit, W × m^-1 K^-1	29	29
Dichte, kg × m^-3	6900	7760
Spezifische Wärme, J × kg^-1 K^-1	480	460
Latente Schmelzwärme, J × kg^-1	2,5 × 10⁵
Latente Verdampfungswärme, J × kg^-1	7,34 × 10⁶
Dynamische Viskosität, kg × m^-1 s^-1	5,0 × 10^-3
Oberflächenspannung, kg × s^-2	1,7
Oberflächenspannungskoeffizient, kg × s^-2K^-1	-0,43 × 10^-3
Liquidustemperatur, K	1727
Solidustemperatur, K	1588
Siedetemperatur, K	3133
Laserabsorptionsvermögen	0,63	0,63

Die H13-Stahlteilchen durften dann unter Standardschwerkraft frei in den Behälter fallen (siehe 4B), und die simulierte Walze 304 wurde verwendet, um die Pulverteilchen aufzubringen. Die simulierte Walze 304 besaß einen Durchmesser von 5 mm und wurde mit einer Translationsbewegungsgeschwindigkeit von 10 cm/s simuliert. Zusätzlich wurde keine externe nach unten gerichtete Kraft auf die Walze 304 ausgeübt. In 7 wurden fünf verschiedene Drehzahlen modelliert: 0, 0,5, 3,14, 6,28 und 9,42 Radianten/Sekunde (rad/s).
Wie durch die simulierten Ergebnisse des DEM-Modells 250 veranschaulicht, beeinflusst die Drehzahl der Walze 304 die Porosität des resultierenden Pulverbetts. Insbesondere erhöht das Erhöhen der Drehzahl gegen den Uhrzeigersinn (wobei gegen den Uhrzeigersinn bedeutet, dass sich die Vorderkante der sich vorwärts bewegenden Walze von den Teilchen weg nach oben bewegt) die Pulverbettporosität, weil das Drehen der Walze dazu führt, dass mehr Pulver aus dem Bereich entfernt wird. In den simulierten Ergebnissen variiert die Porosität beispielsweise von 48,3 % (wenn die Walze 304 während des Aufbringens des Pulvers nicht gedreht wird) bis 65,1 % (wenn die Walze mit 9,42 rad/s gedreht wird).
Der Verpackungszustand und die Porosität des Pulverbetts wirken sich stark auf die Wärmeübertragung des Pulverbetts aus, die mehrere thermophysikalische Eigenschaften im Pulverbettfusionsverfahren bestimmt, beispielsweise die Schmelzbadabmessung und die -oberflächenmorphologie. 8 veranschaulicht die Ergebnisse von zwei Simulationen aus dem CFD-Modell 254, von denen eine die Pulverbettporosität von 48,3 % verwendete, die unter Verwendung des DEM-Modells mit einer Drehzahl von null bestimmt wurde, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 6 erörtert, und die andere eine Pulverbettporosität von 65,1 % verwendete, die unter Verwendung des DEM-Modells mit einer Drehzahl von 9,42 rad/s bestimmt wurde. In der CFD-Simulation von 8 war der Energiegenerator ein 200-W-Laser, der mit einer Geschwindigkeit von 1000 mm/s mit einer Fleckgröße von 52 µm bewegt wurde und dessen Anfangstemperatur 298 K betrug.
Die Bilder von 8 veranschaulichen den Querschnitt über die Breite/Tiefe des Schmelzbades in der Y-Z-Ebene, beispielsweise dem in 5 gezeigten geschmolzenen Abschnitt an verschiedenen Stellen der Abtastspur, beispielsweise bei x = 0,3, x = 0,6 mm und x = 0,9 mm. Die dunklere Linie 704 in 8 stellt das Schmelzbad dar, das sich aus der simulierten Walzendrehzahl von 9,42 rad/s gegen den Uhrzeigersinn ergibt, während die hellere Linie 708 das Schmelzbad darstellt, das sich ergibt, wenn die Walze sich nicht dreht. Wie in 8 erkennbar, hängt die physikalische Struktur des Schmelzbadprofils, insbesondere die Form, von der Pulverbettdichte ab. Beispielsweise führt die höhere Porosität, die sich aus dem Drehen der Walze ergibt (Linie 704), zu einer geringeren Höhe der Schmelzzone über dem Substrat, während die niedrigere Porosität, die sich ergibt, wenn die Walze sich nicht dreht (Linie 708), zu einem tieferen Schmelzbad führt.
Zudem ist aufgrund der verringerten Packdichte der Pulverteilchen durch die sich drehende Walze (dargestellt durch Linie 704) im Vergleich zu der dichteren Packung des Pulverbetts ohne Drehung weniger festes Volumen zum Schmelzen verfügbar. Dadurch wird die Strahlenergie bei Betrieb der Walze mit höherer Drehzahl zu einer tieferen Stelle des Substrats unterhalb des Pulverbetts übertragen. Im Vergleich zum Pulverbett ohne Drehung (Linie 708) ist beispielsweise die durchschnittliche Umschmelztiefe (d. h. die Schmelztiefe des festen Substrats unter dem Pulverbett) des Pulverbetts, die sich aus der mit 9,42 rad/s drehenden Walze ergibt (Linie 704), um ungefähr 13 % größer.
Bei herkömmlichen Pulverbettfusionsverfahren werden im Allgemeinen feste Prozessbedingungen verwendet, um die Aufbauobjekte herzustellen. Beispielsweise werden die Leistung, Geschwindigkeit und Fleckgröße des Lasers, die zum Aufbringen des Pulvers verwendete Klingen- oder Walzengeschwindigkeit und die Schichtdicke im Allgemeinen während des Aufbaus eines Objekts konstant gehalten. Wenn unterschiedliche Prozessparameter erforderlich sind, um unterschiedliche Schmelzbadeigenschaften zu erzielen, muss ein neuer Aufbau gestartet werden, da die Anpassung des Schmelzbadzustands nach Beginn des Aufbaus schwierig ist.
Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 7 und 8 erörtert, steuert die Beeinflussung der Pulverbettporosität, die sich potenziell auf den Wärmeübertragungsprozess auswirkt, die Schmelzbadabmessungen in dem Prozess 300. In dem offenbarungsgemäßen Verfahren 300 wird die Pulverbettporosität während des Aufbaus eines einzelnen Objekts dynamisch für verschiedene Schichten angepasst, um die Schmelzbadabmessung bei verschiedenen Aufbauhöhen zu steuern. In einigen Ausführungsformen wird der Prozess 300 durchgeführt, indem ein beliebiger oder alle anderen Parametern des Aufbaus, beispielsweise die Prozessparameter des Energiegenerators (wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Prozessparameter“ des Energiegenerators auf die Fleckgröße, Geschwindigkeit und Position des Energiegenerators), die Translationsgeschwindigkeit der Walze und die Teilchengrößenverteilung konstant bleiben, während nur die Walzendrehzahl während des Aufbauprozesses 300 dynamisch angepasst wird. Somit können die resultierenden Eigenschaften der Schichten in dem Aufbauobjekt innerhalb des Aufbaus dynamisch geändert werden, ohne die Prozessparameter des Energiegenerators anzupassen, indem nur die Walzendrehzahl oder in einigen Ausführungsformen nur die Translationsgeschwindigkeit und die Drehzahl geändert werden.
CFD-Modellkonfiguration
Das CFD-Modell wurde mit der kommerziellen Software FLOW3D® von Flow Science, Inc. entwickelt, um das komplexe Phänomen des thermischen Fluids in Pulverbettfusionsverfahren zu untersuchen, beispielsweise Wärmeübertragung, Flüssigkeitsströmung und Verdampfung. Die allgemeine Modellkonfiguration wird in 9 gezeigt. Eine Pulverschicht 900 des H13-Stahls wird auf ein festes Substrat 904 aufgebracht, das aus demselben Material wie das Pulver besteht und zur Darstellung der neu aufgebrachten Pulverschicht verwendet wurde. Die geometrischen Informationen der einzelnen Pulverteilchen werden durch eine STL-Datei bereitgestellt, die mit dem DEM-Verfahren (wie vorstehend beschrieben) erstellt wurde. Der Laserstrahl bewegt sich entlang der x-Achse mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf der Oberseite der Pulverteilchen. Aufgrund des relativ hohen Laserenergieeintrags und des kleinen Laserdurchmessers wurde ein feines Gitter (3,5 µm) entlang der Laserabtastspur verwendet, um angemessene Simulationsergebnisse zu erzielen. Ein gröberes Gitter (5 µm) wurde auf den Bereich außerhalb der Wärmeeinflusszone angewendet, um den Berechnungsaufwand zu senken. Das Modell hat eine Bereichsabmessung von 1,3 × 0,4 × 0,29 mm (x × y × z) und eine Gesamtzahl von 2,7 Millionen Zellen. Der obere Bereich, in dem kein Material zugeordnet ist, wurde als leer definiert, sein Druck wurde auf den Normal-Atmosphärendruck eingestellt, während die Geschwindigkeit auf null eingestellt wurde. Eine fortlaufende Begrenzungsbedingung wurde auf alle Grenzen des Substrats angewendet, um eine gleichmäßige Fortsetzung des Flusses durch die Grenze darzustellen, da an der Grenze für alle Größen Nullnormalableitungen verwendet wurden.
Das CFD-Modell wird mit einer einspurigen Schmelzbadsimulation unter Verwendung der Parameter in Tabelle 1 und der experimentellen Prozessbedingungen mit einer Laserleistung von 200 W, einer Lasergeschwindigkeit von 1000 mm/s, einer Fleckgröße von 52 µm und einer Anfangstemperatur von 298 K betrieben. Es wurde die STL-Datei des Pulverbetts aus der DEM-Simulation für die Aufbringung des Pulvers verwendet. Eine 3D-Ansicht des simulierten Temperaturfeldes und der Oberflächenmorphologie ist in 10A gezeigt, wo sich der Laserstrahl entlang der Abtastspur bewegte. Eine glatte Abtastspur wird gebildet, in der das Pulver geschmolzen wird und erstarrt. Teilweise geschmolzene Teilchen werden an den Kanten der Abtastspur beobachtet. Am Ende der Spur ist im mittleren Bereich des Laserstrahls eine merkliche Vertiefung des Schmelzbades zu sehen, die teilweise auf den durch Materialverdampfung verursachten Rückstoßdruck zurückzuführen ist. In dieser beispielhaften Konfiguration wurde der Verdampfungseffekt aktiviert, als die Zelltemperatur den Materialsiedepunkt überschritt. Es wurde auch beobachtet, dass die vorhergesagte Maximaltemperatur um den Materialverdampfungspunkt (3133 K) lag, was den Verlust übermäßiger Energie aufgrund eines Phasenwechsels von Flüssigkeit zu Gas anzeigt und durch Berücksichtigung der latenten Verdampfungswärme erfasst wird. Die Flüssigkeitsströmung des Schmelzbads ist in 10B dargestellt, wobei die Pfeile Strömungsvektoren darstellen. Es ist deutlich, dass sich in der Längen-/Tiefenebene eine starke Rückströmung (entgegen der Abtastrichtung) bildet. Die Oberflächenspannungskraft drückt den Schmelzfluss von der Mitte des Laserstrahls mit hoher Temperatur zur kühleren Peripherie und vergrößert so den Schmelzbadbereich. Die Breite/Tiefe-Geometrie an verschiedenen Stellen in der Abtastspur ist in 10C gezeigt. Aufgrund der nicht symmetrischen Pulverteilchenverteilung besteht ein geringer Unterschied in der Morphologie der Oberfläche des Schmelzbads.
Die zeitabhängige Schmelzbadentwicklung des CFD-Modells ist in 11 für eine statische Breite/Tiefe-Ebene in dem Schmelzbad gezeigt. Die Temperaturverteilung sowie der Flüssigkeitsstrom des Schmelzbads wurden in Zeitschritten von 0,05 ms aufgezeichnet. Bei 0 ms beginnen die Pulverteilchen aufgrund des hohen Lasereintrags zu schmelzen, und das flüssige Material fließt sowohl nach unten als auch nach außen. Bei 0,05 ms bewegt sich die Mitte des Laserstrahls in Richtung der Zielebene, die Substratplatte schmilzt ebenfalls, und es bildet sich aufgrund eines Rückstoßdrucks und des Marangoni-Effekts ein vertiefter Bereich. Das Schmelzbad fließt weiter nach unten und außen. Bei 0,1 ms zeigt sich ein tieferes talförmiges Schmelzbad. An diesem Punkt beginnt der Laserstrahl, sich von der Zielebene weg zu bewegen, wodurch ein Aufwärtsstrom beobachtet wird, der das Schmelzbad zurück in den benachbarten leeren Raum bringt. Von 0,15 ms bis 0,4 ms wird der vertiefte Bereich allmählich mit geschmolzenem Material aufgefüllt. Aufgrund der Abkühlung und Erstarrung des Schmelzbades nimmt die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmender Zeit ab. Es wird beobachtet, dass die maximale Schmelzbadgeschwindigkeit bei 0,1 ms größer als 5 m/s ist. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit zeigt an, dass eine starke Schmelzflussumwälzung vorliegt. Die Peclet-Zahl (Pe) wird zur Beschreibung des Beitrags von Konvektion und Leitung verwendet; es handelt sich um ein Verhältnis von Wärmeübertragung durch Konvektion zu Wärmeleitung, wie in der folgenden Gleichung definiert: $P_{e} = \frac{W ä r m e d u r c h K o n v e k t i o n}{W ä r m e d u r c h Ü b e r t r a g u n g} = \frac{V_{F l ü s s o g k e i t ρ C_{p} L_{R}}}{k},$
wobei V_Flüssugkeit die typische Flüssigkeitsgeschwindigkeit ist, L_R die charakteristische Länge (halbe Breite des Schmelzbades) ist. Die Wärmeübertragung wird durch die Konvektion im Schmelzbad geprägt, wenn die Pe deutlich größer als eins ist. Für diese typische Simulation wird die Pe-Zahl mit etwa 31 berechnet, was zeigt, dass die Konvektion der Hauptwärmetransportmechanismus im Schmelzbad ist.
Es lässt sich nachvollziehen, dass Varianten der vorstehend beschriebenen und anderer Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon wünschenswerterweise in vielen anderen unterschiedlichen Systemen, Anwendungen oder Verfahren kombiniert werden können. Verschiedene gegenwärtig unvorhergesehene oder unerwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen können anschließend von Fachleuten auf dem Gebiet vorgenommen werden, die auch von der vorstehenden Offenbarung umfasst sein sollen.

Claims

Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion, umfassend: eine Aufbauplattform, auf der ein Substrat getragen wird; einen Energiegenerator, der konfiguriert ist, um einen auf das Substrat gerichteten Energiestrahl zu erzeugen; eine Walze mit einem Aktuatorsystem, das konfiguriert ist, um die Walze zu drehen; eine Steuerung, die mit der Walze und dem Energiegenerator wirkverbunden ist, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um ein Aufbauobjekt zu erzeugen durch: (i) Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit einer ersten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer ersten Porosität auf das Substrat aufzubringen; (ii) Betreiben des Energiegenerators, um die Pulverteilchen und Abschnitte des Substrats neben den selektiv geschmolzenen Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine erste Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat zu bilden; (iii) Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit einer zweiten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer zweiten Porosität auf das Substrat und/oder die erste Schicht aufzubringen, wobei sich die zweite Drehzahl von der ersten Drehzahl unterscheidet; und (iv) Betreiben des Energiegenerators, um die mit der zweiten Porosität aufgebrachten Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine zweite Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat und/oder der ersten Schicht zu bilden.
Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion nach Anspruch 1, wobei die erste Drehzahl zwischen null und 18,65 rad/s liegt und die zweite Drehzahl zwischen null und 18,65 rad/s liegt.
Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion nach Anspruch 1, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um das Aktuatorsystem zu betreiben, um eine Drehzahl der Walze zwischen null und 18,65 rad/s auf einer Schicht-für-Schicht-Basis dynamisch anzupassen.
Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion nach Anspruch 1, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um Prozessparameter des Energiegenerators während der Herstellung des Aufbauobjekts konstant zu halten.
Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion nach Anspruch 4, wobei: das Aktuatorsystem ferner konfiguriert ist, um die Walze translatorisch zu bewegen; die Steuerung konfiguriert ist, um das Aktuatorsystem zu betreiben, um die Walze während des Betriebs des Aktuatorsystems mit einer konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, und um das Aktuatorsystem zu betreiben, um die Walze während des Betriebs des Aktuatorsystems mit der konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen.
Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion nach Anspruch 1, wobei: das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Bestimmen der ersten Drehzahl basierend auf Informationen beinhaltet, die in einem der Steuerung zugeordneten Speicher gespeichert sind, wobei die Informationen Ergebnisse eines Diskrete-Elemente-Verfahren (DEM)-Modells und eines thermischem numerischen Strömungsmechanik (CFD)-Modells für eine Vielzahl von simulierten Drehzahlen enthalten; und das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, das Bestimmen der zweiten Drehzahl basierend auf den in dem Speicher gespeicherten Informationen beinhaltet.
Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion nach Anspruch 1, wobei: das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Durchführen einer ersten Schmelzbadabmessungsanpassung beinhaltet, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von ersten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer ersten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung einer Modellsimulation nach dem Diskrete-Elemente-Verfahren (Discrete Element Method, DEM) ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten unter Verwendung einer Modellsimulation nach der thermischen numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD); und das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, das Durchführen einer zweiten Schmelzbadabmessungsanpassung beinhaltet, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von zweiten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer zweiten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung der DEM-Modellsimulation ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten unter Verwendung der thermischen CFD-Modellsimulation.
Additives Fertigungssystem für die Pulverbettfusion nach Anspruch 7, wobei: die erste Schmelzbadabmessungsanpassung ferner das Auswählen der ersten Drehzahl basierend auf einem ersten Vergleich der Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten umfasst, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden; und die zweite Schmelzbadabmessungsanpassung ferner das Auswählen der zweiten Drehzahl basierend auf einem zweiten Vergleich der Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten umfasst, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden.
Verfahren zur Herstellung eines Aufbauobjekts mit einem additiven Fertigungssystem für die Pulverbettfusion, umfassend: Betreiben eines Aktuatorsystems, das basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts mit einer Walze wirkverbunden ist, um die Walze mit einer ersten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer ersten Porosität auf das Substrat aufzubringen, das von einer Aufbauplattform getragen wird; Betreiben eines Energiegenerators, um einen Energiestrahl zu erzeugen, der auf die Pulverteilchen gerichtet ist, um die Pulverteilchen und Abschnitte des Substrats neben den selektiv geschmolzenen Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine erste Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat zu bilden; Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit einer zweiten Drehzahl zu drehen, um Pulverteilchen mit einer zweiten Porosität auf das Substrat und/oder die erste Schicht aufzubringen, wobei sich die zweite Drehzahl von der ersten Drehzahl unterscheidet; und Betreiben des Energiegenerators, um die mit der zweiten Porosität aufgebrachten Pulverteilchen selektiv zu schmelzen, um eine zweite Schicht des Aufbauobjekts auf dem Substrat und/oder der ersten Schicht zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Drehzahl zwischen null und 18,65 rad/s liegt und die zweite Drehzahl zwischen null und 18,65 rad/s liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Betreiben des Aktuatorsystems, um eine Drehzahl der Walze zwischen null und 18,65 rad/s auf einer Schicht-für-Schicht-Basis dynamisch anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Konstanthalten von Prozessparametern des Energiegenerators während der Herstellung des Aufbauobjekts.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Betreiben des Aktuatorsystems, um die Walze während des Betriebs des Aktuatorsystems mit einer konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen; und Betreiben des Aktuatorsystems, um die Walze während des Betriebs des Aktuatorsystems mit der konstanten Translationsgeschwindigkeit zu bewegen, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Bestimmen der ersten Drehzahl basierend auf Informationen beinhaltet, die in einem der Steuerung zugeordneten Speicher gespeichert sind, wobei die Informationen Ergebnisse eines Diskrete-Elemente-Verfahren (DEM)-Modells und eines thermischem numerischen Strömungsmechanik (CFD)-Modells für eine Vielzahl von simulierten Drehzahlen enthalten; und das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, das Bestimmen der zweiten Drehzahl basierend auf den in dem Speicher gespeicherten Informationen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der ersten Drehzahl zu drehen, das Durchführen einer ersten Schmelzbadabmessungsanpassung beinhaltet, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von ersten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer ersten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung einer Modellsimulation nach dem Diskrete-Elemente-Verfahren (Discrete Element Method, DEM) ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten unter Verwendung einer Modellsimulation nach der thermischen numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD); und das Betreiben des Aktuatorsystems basierend auf gewünschten Eigenschaften des Aufbauobjekts, um die Walze mit der zweiten Drehzahl zu drehen, das Durchführen einer zweiten Schmelzbadabmessungsanpassung beinhaltet, die Folgendes beinhaltet: (i) Bestimmen von zweiten Pulverbetten, die sich aus dem Drehen der Walze mit einer zweiten Vielzahl von Drehzahlen unter Verwendung der DEM-Modellsimulation ergeben, und (ii) Bestimmen von Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten unter Verwendung der thermischen CFD-Modellsimulation.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei: die erste Schmelzbadabmessungsanpassung ferner das Auswählen der ersten Drehzahl basierend auf einem ersten Vergleich der Schichteigenschaften der ersten Pulverbetten umfasst, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden; und die zweite Schmelzbadabmessungsanpassung ferner das Auswählen der zweiten Drehzahl basierend auf einem zweiten Vergleich der Schichteigenschaften der zweiten Pulverbetten umfasst, die unter Verwendung des thermischen CFD-Modells bestimmt wurden.