DE102019217845A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens, mittels welchem wenigstens ein Bauteil (12) hergestellt wird. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte Akquirieren von mehreren Schichtbildern (10) während des Schichtbauverfahrens, wobei jedes Schichtbild einen Energieeintrag in eine aktuell hergestellte Bauteilschicht charakterisiert, Erzeugen eines Mittelwertbildes (14) anhand der Schichtbilder (10), indem für jede Pixelposition ein Intensitätsmittelwert der akquirierten Schichtbilder (10) ermittelt wird, und Prüfen anhand des Mittelwertbildes (14), ob eine ein vorbestimmtes Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen.
• Additive Schichtbauverfahren bezeichnen Prozesse, bei denen anhand eines virtuellen Modells eines herzustellenden Bauteils oder Bauteilbereichs Geometriedaten ermittelt werden, welche in Schichtdaten zerlegt werden (sog. „slicen“). Abhängig von der Geometrie des Modells wird eine Belichtungsstrategie bestimmt, gemäß welcher die selektive Verfestigung eines Werkstoffs erfolgen soll. Neben der Anzahl und Anordnung von Belichtungsvektoren, zum Beispiel Streifenbelichtung, Islandstragie etc., umfasst die Belichtungsstrategie weitere Prozessparameter wie beispielsweise die Leistung eines zum Verfestigen zu verwendenden Hochenergiestrahls sowie die Unterteilung in sogenannte Up-, In- und Downskinbereiche. Gemäß der Belichtungsstrategie wird dann der gewünschte Werkstoff schichtweise abgelagert und selektiv mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls verfestigt, um den Bauteilbereich additiv aufzubauen. Damit unterscheiden sich additive bzw. generative Herstellungsverfahren von konventionellen abtragenden oder urformenden Fertigungsmethoden. Beispiele für additive Herstellungsverfahren sind generative Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren, die zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen wie Flugtriebwerke verwendet werden können. Beim selektiven Laserschmelzen werden dünne Pulverschichten des oder der verwendeten Werkstoffe auf eine Bauplattform aufgebracht und mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen lokal im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgeschmolzen und verfestigt. Anschließend wird die Bauplattform abgesenkt, eine weitere Pulverschicht aufgebracht und erneut lokal verfestigt. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das fertige Bauteil bzw. der fertige Bauteilbereich erhalten wird. Das Bauteil kann anschließend bei Bedarf weiterbearbeitet oder ohne weitere Bearbeitungsschritte verwendet werden. Beim selektiven Lasersintern wird das Bauteil in ähnlicher Weise durch laserunterstütztes Sintern von pulverförmigen Werkstoffen hergestellt. Ebenso sind Elektronenstrahlverfahren bekannt, bei denen anstelle eines Laserstrahls ein Elektronenstrahl zum selektiven Verfestigen des Werkstoffs verwendet wird.
• Eine Prozessüberwachung und Qualitätssicherung erfolgt in der Regel durch das Akquirieren von einem oder mehreren Schichtbildern während des Schichtbauverfahrens, wobei jedes Schichtbild einen Energieeintrag in eine aktuell hergestellte Bauteilschicht charakterisiert. Solche Schichtbilder ermöglichen grundsätzlich die Detektion systematischer Prozessabweichungen, beispielsweise einer allgemein fallenden Laserleistung, sowie von lokalen oder zufälligen Prozessabweichungen, beispielsweise durch Spratzer oder Schmaucheinfluss im Strahlengang aufgrund von Verwirbelungen.
• Während eines Schichtbauprozesses kann jedoch bisher nicht sichergestellt werden, dass die optischen Elemente der verwendeten Schichtbauvorrichtung frei von Verunreinigungen beispielsweise durch Spritzer, Schmauch, Verunreinigungen aus einer Schutzgas- oder Druckluftversorgung etc. bleiben. Außerdem können auch trotz eines Reinigungsvorganges vor dem Baujob Rückstände auf der Optik verbleiben oder sogar durch den Reinigungsvorganges erst entstehen, beispielsweise Aufschmierung durch Gummihandschuhe, Hautfett, Reste von Reinigungsmittel etc. Diese Verunreinigungen führen zu einer Abschwächung der Laser- oder Elektronenstrahlleistung und/oder einem veränderten Brechungsverhalten in der Optik. Dies führt dazu, dass das Schichtbauverfahren das spezifizierte Prozessfenster verlässt, wodurch wiederum Material- und Bindefehler resultieren können.
• Die Erfassung einer solchen Abweichung ist mit Hilfe der heute üblicherweise eingesetzten Überwachungseinrichtungen und Auswertungsstrategien nicht möglich: Dies ist bedingt durch verschiedene wechselnde Parameter wie beispielsweise die jeweilige Bauteilgeometrie, die jeweilige Belichtungsstrategie, die Anordnung mehrerer Bauteile im Bauraum und die aktuelle Bauhöhe bzw. Schichtnummer. Diese Einflussgrößen führen zu großen Streuungen, welche den relativ geringen und vergleichsweise diffusen Intensitätsabfall durch eine Verschmutzung im optischen Pfad regelmäßig überdecken.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens zu ermöglichen.
• Die Aufgabe werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 sowie durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.
• Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens, mittels welchem wenigstens ein Bauteil hergestellt wird. Erfindungsgemäß werden dabei zumindest die Schritte Akquirieren von mehreren Schichtbildern während des Schichtbauverfahrens, wobei jedes Schichtbild einen Energieeintrag in eine aktuell hergestellte Bauteilschicht charakterisiert, Erzeugen eines Mittelwertbildes anhand der Schichtbilder, indem für jede Pixelposition ein Intensitätsmittelwert der akquirierten Schichtbilder ermittelt wird, und Prüfen anhand des Mittelwertbildes, ob eine ein vorbestimmtes Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt, durchgeführt. Mit anderen Worten werden während des Schichtbauverfahrens zunächst mehrere Schichtbilder für mehrere Bauteilschichten akquiriert, wobei jedes Schichtbild einen Energieeintrag in eine der Bauteilschichten charakterisiert. Generell ist es ausreichend, ein Schichtbild pro Bauteilschicht zu akquirieren, wobei es in manchen Ausgestaltungen auch vorgesehen sein kann zwei oder mehr Schichtbilder einer einzelnen Bauteilschicht zu akquirieren. Weiterhin muss nicht zwingend für jede Bauteilschicht ein Schichtbild akquiriert werden. Beispielsweise kann auch nur von jeder zweiten, fünften oder zehnten Bauteilschicht ein Schichtbild akquiriert werden. Ebenso ist es möglich, mehrere Schichtbilder nach einer jeweils unterschiedlichen Anzahl an Bauteilschichten zu akquirieren. Die akquirierten Schichtbilder werden anschließend zu einem einzelnen, aggregierten Mittelwertbild verrechnet, wobei das Mittelwertbild für jede Pixelposition einen Intensitätsmittelwert des Bilderstapels der einzelnen Schichtbilder enthält. Dies kann beispielsweise mittels der folgenden Formel I erfolgen: $$\overline{g}\left(x,y\right)=\frac{1}{N\left(x,y\right)}l={\displaystyle \sum _{l=0}^L{g}_l\left(x,y\right)}$$

  

  
  in welcher
  x, y die Koordinaten in den Schichtbildern;
  g(x,y) einen Intensitätsmittelwert eines Pixels mit den Koordinaten (x,y);
  N(x, y) die Anzahl N an Pixeln mit den Koordinaten (x,y) in den Schichtbildern; L die Anzahl an Bauteilschichten; und
  g_l(x,y) einen Intensitätswert eines Pixels mit den Koordinaten (x,y) in der Bauteilschicht 1 bezeichnen.
• Anhand dieses Mittelwertbilds wird dann geprüft, ob eine ein vorbestimmtes Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt. Während in einzelnen Schichtbilder die von Verschmutzungen der Optik hervorgerufene Intensitätsabnahme in der Regel nicht feststellbar ist, zeigt sich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall einer vorliegenden Verschmutzung ein Bildbereich (oder auch mehrere Bildbereiche) mit gegenüber den angrenzenden Bildbereichen verminderter Intensität, was auf eine lokale Abschwächung der Energieeinbringung in die Verfestigungszone und damit auf potenzielle Qualitätsprobleme hindeutet. Generell sind „ein/eine“ im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als „mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können „ein/eine“ auch als „nur ein/nur eine“ verstanden werden.
• Weitere Vorteile ergeben sich, wenn beim Erzeugen des Mittelwertbildes nur Pixel berücksichtigt werden, deren Intensitätswert ein vorbestimmtes Schwellenkriterium erfüllt. Mit Hilfe des Schwellenkriteriums können bestimmte Bildbereiche besonders einfach von anderen Bildbereichen unterschieden werden. Damit wird die Genauigkeit der Prüfung verbessert, da beispielsweise die Berücksichtigung von Bildbereichen mit geringem Energieeintrag zu ungenaueren Intensitätsmittelwerten führen kann.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schwellenkriterium derart vorbestimmt wird, dass nur Pixel für den Intensitätsmittelwert berücksichtig werden, die einen verfestigten Bauteilbereich abbilden. Hierdurch können Bereiche, die unverfestigtes Werkstoffpulver mit entsprechend geringem Energieeintrag abbilden, vorteilhaft aus der Prüfung ausgenommen werden, um eine verbesserte Intensitätsmittelwertbildung mit geringerer Varianz sicherzustellen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe der folgenden Formel II durchgeführt werden, gemäß welcher ein Pixel mit den Koordinaten (x,y) in der Bauteilschicht / nur dann berücksichtigt wird, wenn sein Intensitätswert g_l(x,y) größer ist als ein vorgegebener Schwellwert S. Dementsprechend gilt für die Anzahl N(x,y) $$N\left(x,y\right)={\displaystyle \sum _{l=0}^L\{\begin{array}{rr}\hfill 1& \hfill wenn{g}_l\left(x,y\right)>S\\ \hfill 0& \hfill sonst.\end{array}}$$

  

  in welcher L die Anzahl an akquirierten Schichtbildern bzw. die Gesamtzahl der Bauteilschichten bzw. Lagen im Baujob bezeichnet, wenn pro Bauteilschicht ein Schichtbild akquiriert wurde. Der Intensitätswert kann beispielsweise ein Grauwert sein, dessen Helligkeit mit dem Energieeintrag korrespondiert. Die Formel II kann mit der vorstehend genannten Formel I kombiniert werden, um das Mittelwertbild nur anhand derjenigen Pixeln zu ermitteln, die einen Bauteilbereich abbilden.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die meisten Bauteilschichten oder für alle Bauteilschichten jeweils mindestens ein Schichtbild akquiriert wird. Hierdurch kann ein etwaiger Intensitätsabfall anhand des resultierenden, besonders aussagekräftigen Mittelwertbildes besonders zuverlässig detektiert werden.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Intensitätsmittelwert als arithmetisches Mittel, geometrisches Mittel oder harmonisches Mittel ermittelt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das betreffende arithmetische, geometrische oder harmonische Mittel gewichtet bzw. gewogenen wird. Hierdurch können spezielle Bauteilgeometrien besonders gut berücksichtigt werden.
• Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass auf das Vorliegen einer Verschmutzung in einem optischen Pfad einer zur Durchführung des Schichtbauverfahrens verwendeten Schichtbauvorrichtung geschlossen wird, wenn eine das Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt. Dies kann dann beispielsweise einer Bedienperson durch eine entsprechende Systemmeldung, beispielsweise über eine Bildschirmanzeige, eine Kontrolllampe, einen Signalton, ein haptisches Signal oder eine beliebige Kombination hieraus, kenntlich gemacht werden, um eine manuelle Reinigung zu veranlassen.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schichtbauverfahren neu parametriert wird, so dass die Intensitätsabnahme in einem nachfolgenden Durchlauf des Schichtbauverfahrens kompensiert wird, und/oder dass die zur Durchführung des Schichtbauverfahrens verwendete Schichtbauvorrichtung gereinigt wird. Hierdurch kann zumindest für einen nachfolgenden Baujob sichergestellt werden, dass das Schichtbauverfahren innerhalb spezifizierten Prozessfensters durchgeführt wird, so dass eine entsprechend hohe Bauqualität sichergestellt ist.
• Eine vorteilhafte Rückmeldung an einen Benutzer wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erreicht, dass das Mittelwertbild mittels einer Anzeigeeinrichtung angezeigt wird. Bereich(e) mit verringerter Intensität können dabei gegebenenfalls gesondert kenntlich gemacht werden. Ebenso können Hinweise auf den Ort der Verunreinigung angezeigt werden, um eine etwaige Reinigung zu erleichtern und zu beschleunigen.
• Weitere Vorteile ergerben sich, wenn das Mittelwertbild als Falschfarbenbild angezeigt wird. Hierdurch können problematische Bereiche optisch besonders einfach hervorgehoben werden. Das Mittelwertbild kann beispielsweise als Graustufenbild vorliegen, das mittels einer vorbestimmten Farbpalette eingefärbt wird.
• Eine besonders schnelle und einfache Prüfung des Mittelwertbilds wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass der das vorbestimmte Qualitätskriterium verletzenden Intensitätsabnahme im Mittelwertbild eine abweichende Farbpalette zugeordnet wird. Beispielsweise kann ein entsprechender Bereich in Blautönen eingefärbt werden, um direkt auf eine unterdurchschnittliche Energieleistung und eine dementsprechend zu geringe Prozesstemperatur mit potenziellen Bindeproblemen hinzuweisen.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens, umfassend Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Hierdurch ist eine verbesserte Qualitätskontrolle des Schichtbauverfahrens gewährleistet, da auch Verschmutzungen im optischen Pfad der zur Durchführung des Schichtbauverfahrens verwendeten Schichtbauvorrichtung zuverlässig detektiert und gegebenenfalls entfernt werden können. Die Vorrichtung kann ihrerseits Teil der Schichtbauvorrichtung und/oder mit einer Schichtbauvorrichtung koppelbar sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Datenaustausch über ein kabelgebundenes oder kabelloses Netzwerk mit der Schichtbauvorrichtung koppelbar sein. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eines oder mehrere aus der Gruppe Mittel zum Akquirieren von mehreren Schichtbildern während des Schichtbauverfahrens, wobei jedes Schichtbild einen Energieeintrag in eine aktuell hergestellte Bauteilschicht charakterisiert, Mittel zum Erzeugen eines Mittelwertbildes anhand der Schichtbilder, indem für jede Pixelposition ein Intensitätsmittelwert der akquirierten Schichtbilder ermittelbar ist, und/oder Prüfmittel zum Prüfen anhand des Mittelwertbildes, ob eine ein vorbestimmtes Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt.
• Weitere Vorteile ergeben sich, indem das Mittel zum Akquirieren von mehreren Schichtbildern wenigstens ein Überwachungssystem aus der Gruppe Wärmebildkamera und/oder optische Tomographieeinrichtung und/oder Pulverbettüberwachungseinrichtung und/oder Wirbelstromprüfungseinrichtung umfasst. Hierdurch können besonders aussagekräftige Schichtbilder akquiriert werden, die den Energieeintrag in eine aktuell hergestellte Bauteilschicht zuverlässig charakterisieren und eine entsprechend zuverlässige Prüfung auf das Vorhandensein etwaiger Intensitätsabnahmen erlauben.
• Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Vorrichtung einen Prozessor umfasst, der so konfiguriert ist, dass er das Mittel zum Akquirieren von mehreren Schichtbildern während des Schichtbauverfahrens und/oder das Mittel zum Erzeugen eines Mittelwertbildes und/oder das Prüfmittel zum Prüfen des Mittelwertbildes bildet. Hierdurch können alle erforderlichen Verfahrensschritte besonders schnell, einfach und kostengünstig durchgeführt werden. Grundsätzlich ist es nicht erforderlich, dass die Vorrichtung selbst die vorstehend genannten Kamera- und überwachungssysteme wie beispielsweise Wärmebildkameras umfasst, wenn eine zugeordnete Schichtbauvorrichtung über eines oder mehrere der genannten Bildsysteme und Einrichtungen verfügt, solange diese zum Datenaustausch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekoppelt ist bzw. sind, so dass die Vorrichtung die während des Schichtbauverfahrens aufgenommenen Schichtbilder aus einem entsprechenden Bilderspeicher akquirieren kann.
• Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer einer Schichtbauvorrichtung diese veranlassen, die Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen. Hierdurch ist eine verbesserte Qualitätskontrolle des Schichtbauverfahrens gewährleistet, da auch Verschmutzungen im optischen Pfad der zur Durchführung des Schichtbauverfahrens verwendeten Schichtbauvorrichtung zuverlässig detektiert und gegebenenfalls entfernt werden können. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise als Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB-Stick, SD-Karte oder dergleichen vorliegen oder auf einem Netzwerk- bzw. Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus beispielsweise in einen Arbeitsspeicher der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen werden. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
• 1 ein mittels optischer Tomographie aufgenommenes Schichtbild einer Lage 1=200 während eines Schichtbauverfahrens mehrerer Bauteile;
• 2 ein mittels optischer Tomographie aufgenommenes Schichtbild einer Lage 1=2400 während des Schichtbauverfahrens; und
• 3 ein in Falschfarben dargestelltes Mittelwertbild zur Kontrolle des Schichtbauverfahrens.
• 1 zeigt ein mittels optischer Tomographie aufgenommenes Schichtbild 10 einer Lage 1=200 während eines Schichtbauverfahrens mehrerer Bauteile 12. Das Schichtbild 10 hat eine exemplarische Auflösung von 2500x2200 Pixeln und eine ebenfalls exemplarische Farbtiefe von 24 bit.
• Es versteht sich, dass abweichende Dimensionen und Farbtiefen vorgesehen sein können. Das Schichtbild 10 wird mit Hilfe einer optischen Tomographieeinrichtung (OT) einer zugeordneten, als selektive Laserschmelzvorrichtung ausgebildeten Schichtbauvorrichtung (nicht gezeigt) als Graustufenbild aufgenommen und in einem Speicher abgelegt. Man erkennt die dunklen Bereiche, in denen unverfestigtes Werkstoffpulver vorliegt, während in den helleren Bereichen die aktuell hergestellten Bauteilschichten der Bauteile 12 erkennbar sind. Davon abgesehen sind keine Auffälligkeiten in den Intensitäten der einzelnen Pixel erkennbar. Dies liegt auch darin begründet, dass die in dieser Schicht 1=200 belichteten Bauteilbereiche im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Bereich B verringerter Laserintensität nicht oder nur geringfügig schneiden (vgl. 3).
• 2 zeigt ein mittels optischer Tomographie aufgenommenes Schichtbild 10 der Lage 1=2400 während des Schichtbauverfahrens, das erneut in Falschfarben dargestellt ist. Im Unterschied zum vorherigen Schichtbild 10 der Schicht 1=200 liegen die belichteten Bauteilbereiche 12 im vorliegenden Fall teilweise im kritischen Bereich B verringerter Intensität. Anhand dieses einzelnen Schichtbilds 10 können jedoch praktisch keine Änderungen in der Intensität festgestellt werden.
• 3 zeigt ein in Falschfarben dargestelltes Mittelwertbild 14 zur Kontrolle des Schichtbauverfahrens, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt und ausgewertet wurde. Während in den unbearbeiteten OT-Aufnahmen (1, 2) die von Verschmutzungen der Laseroptik hervorgerufene Intensitätsabnahme nicht festgestellt werden kann, zeigt sich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens am unteren Rand ein diffuser, gegenüber den angrenzenden Bereichen in Blautönen eingefärbter Fleck, der den Bereich B verringerter Intensitätswerte kenntlich macht.
• Zur Erzeugung des Mittelwertbilds 14 wird für jedes Pixel der Intensitätsmittelwert (arithmetisches Mittel) über alle Schichtbilder 10 gebildet. Aus dem OT-Bildstapel resultiert somit ein einzelnes, aggregiertes Mittelwertbild 14. Dabei werden vorzugsweise nur diejenigen Pixel in den jeweiligen Schichten gezählt und in die Mittelwertbildung einbezogen, deren Grauwert bzw. Intensitätswert größer als ein definierter Schwellwert ist. Dieser Schwellwert dient in erster Linie der Unterscheidung von nicht belichtetem Pulver und belichteten Bauteilbereichen.
• Wie oben beschrieben wird ein Pixel mit Koordinaten (x,y) in der Lage 1 vorzugsweise nur dann gezählt, wenn dessen Grauwert gl(x,y) größer ist als der vorbestimmte Schwellwert S. Dementsprechend gilt für die Anzahl N(x,y) $N\left(x,y\right)={\displaystyle \sum _{l=0}^L\{\begin{array}{rr}\hfill 1& \hfill wenn{g}_l\left(x,y\right)>S\\ \hfill 0& \hfill sonst.\end{array}}$

  
• Dabei bezeichnet L die Gesamtzahl der Schichten bzw. Lagen im Baujob bzw. die Anzahl an Schichtbildern 10, wenn keine 1:1-Beziehung zwischen den Schichten und den Schichtbildern 10 existiert. Der mittlere Grauwert g(x,y) eines Pixels berechnet sich dann gemäß folgender Beziehung $\overline{g}\left(,y\right)=\frac{1}{N\left(x,y\right)}{{\displaystyle \sum _{l=0}^L{g}_l\left(x,y\right)}}_{\text{wenn gl}\left(\text{x}\text{,y}\right)\text{>S}}$

  
• Eine lokalisierte Intensitätsabnahme kann in der Regel nur in den Bereichen des Baufeldes ((x,y)-Ebene) festgestellt werden, welche im Verlauf des additiven Schichtbauverfahrens mindestens einmal vom Laser (oder einem Elektronenstrahl) belichtet bzw. bestrahlt wurden. Zum Zweck der Qualitätssicherung ist es in den meisten Fällen ausreichend, anhand des Mittelwertbilds 14 oder auf sonstige Weise diejenigen Verschmutzungen zu identifizieren, die zu einer Intensitätsabnahme und damit zu möglichen Prozessabweichung innerhalb des Bauteilvolumens führen.
• Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.
• Bezugszeichenliste

10

Schichtbild

12

Bauteil

14

Mittelwertbild

B

Bereich reduzierter Intensitätswerte

Claims (15)

1. Verfahren zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens, mittels welchem wenigstens ein Bauteil (12) hergestellt wird, umfassend die Schritte: - Akquirieren von mehreren Schichtbildern (10) während des Schichtbauverfahrens, wobei jedes Schichtbild einen Energieeintrag in eine aktuell hergestellte Bauteilschicht charakterisiert; - Erzeugen eines Mittelwertbildes (14) anhand der Schichtbilder (10), indem für jede Pixelposition ein Intensitätsmittelwert der akquirierten Schichtbilder (10) ermittelt wird; und - Prüfen anhand des Mittelwertbildes (14), ob eine ein vorbestimmtes Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erzeugen des Mittelwertbildes (14) nur Pixel berücksichtigt werden, deren Intensitätswert ein vorbestimmtes Schwellenkriterium erfüllt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellenkriterium derart vorbestimmt wird, dass nur Pixel für den Intensitätsmittelwert berücksichtig werden, die einen verfestigten Bauteilbereich abbilden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die meisten Bauteilschichten oder für alle Bauteilschichten jeweils mindestens ein Schichtbild (10) akquiriert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Intensitätsmittelwert als arithmetisches Mittel, geometrisches Mittel oder harmonisches Mittel ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen einer Verschmutzung in einem optischen Pfad einer zur Durchführung des Schichtbauverfahrens verwendeten Schichtbauvorrichtung geschlossen wird, wenn eine das Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtbauverfahren neu parametriert wird, so dass die Intensitätsabnahme in einem nachfolgenden Durchlauf des Schichtbauverfahrens kompensiert wird, und/oder dass die zur Durchführung des Schichtbauverfahrens verwendete Schichtbauvorrichtung gereinigt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelwertbild (14) mittels einer Anzeigeeinrichtung angezeigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelwertbild (14) als Falschfarbenbild angezeigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer das vorbestimmte Qualitätskriterium verletzenden Intensitätsabnahme im Mittelwertbild (14) eine abweichende Farbpalette zugeordnet wird.
11. Vorrichtung zur Kontrolle eines additiven Schichtbauverfahrens, umfassend Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, umfassend: - Mittel zum Akquirieren von mehreren Schichtbildern (10) während des Schichtbauverfahrens, wobei jedes Schichtbild (10) einen Energieeintrag in eine aktuell hergestellte Bauteilschicht charakterisiert; und/oder - Mittel zum Erzeugen eines Mittelwertbildes (14) anhand der Schichtbilder (10), indem für jede Pixelposition ein Intensitätsmittelwert der akquirierten Schichtbilder (10) ermittelbar ist; und/oder - Prüfmittel zum Prüfen anhand des Mittelwertbildes (14), ob eine ein vorbestimmtes Qualitätskriterium verletzende Intensitätsabnahme vorliegt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Akquirieren von mehreren Schichtbildern (10) wenigstens ein Überwachungssystem aus der Gruppe Wärmebildkamera und/oder optische Tomographieeinrichtung und/oder Pulverbettüberwachungseinrichtung und/oder Wirbelstromprüfungseinrichtung umfasst.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Prozessor umfasst, der so konfiguriert ist, dass er das Mittel zum Akquirieren von mehreren Schichtbildern (10) und/oder das Mittel zum Erzeugen eines Mittelwertbildes (14) und/oder das Prüfmittel zum Prüfen des Mittelwertbildes (14) bildet.
15. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer einer Schichtbauvorrichtung diese veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.

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