DE102021113861A1

DE102021113861A1 - Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Energiestrahls einer jeweiligen Energiestrahlquelle einer Schichtbauvorrichtung, Schichtbauvorrichtung, Computerprogrammprodukt und Speichermedium

Info

Publication number: DE102021113861A1
Application number: DE102021113861.2A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Rott; Alexander Ladewig; Christian Liebl; Steffen Schlothauer; Kai Dietrich
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Energiestrahls (6, 7) einer jeweiligen Energiestrahlquelle (4, 5) einer Schichtbauvorrichtung (1), wobei durch die Schichtbauvorrichtung (1) für jede Bauteilschicht (3) eines Bauteils (2) zumindest ein jeweiliges Belichtungsmuster (11) generiert wird, dass zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren (12) aufweist, die in eine jeweilige Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) ausgerichtet sind. Durch die Schichtbauvorrichtung (1) für die jeweiligen Belichtungsmuster (11) nach einem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren zumindest ein azimutaler Schweißwinkel (u) ermittelt wird, der durch den wenigstens einen Energiestrahl (6, 7) der jeweiligen Energiestrahlquelle (4, 5) bei einer Bewegung des Energiestrahls (4, 5) entlang der Belichtungsvektoren 12 mit den Belichtungsvektoren (12) gebildet wird. Durch die Schichtbauvorrichtung (1) wird überprüft, ob durch den zumindest einen ermittelten azimutalen Schweißwinkel (u) ein vorbestimmtes Schweißwinkelkriterium (18) verletzt wird, und eine vorbestimmte Ausgleichstrategie angewandt, wenn das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium (18) verletzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Energiestrahls einer jeweiligen Energiestrahlquelle einer Schichtbauvorrichtung, eine Schichtbauvorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und ein Speichermedium.
Bei so genannten additiven bzw. generativen Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping-Verfahren) wird ein Bauteilbereich bzw. ein vollständiges Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungsmaschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut. Vorwiegend metallische Bauteile werden in der Regel durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelz- oder -sinterverfahren hergestellt. Dabei wird zunächst schichtweise ein meist pulverförmiger Werkstoff im Bereich eines Baufelds bzw. einer Aufbau- und Fügezone aufgetragen, um eine Pulverschicht zu bilden. Anschließend wird der Werkstoff lokal verfestigt, indem dem Werkstoff im Bereich des Baufelds Energie mittels wenigstens eines Energiestrahls zugeführt wird, wodurch der Werkstoff schmilzt bzw. sintert und eine Bauteilschicht bildet. Der Energiestrahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteilschicht gesteuert. Die Schichtinformationen werden üblicherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils erzeugt und in einzelne Bauteilschichten unterteilt. Nach dem Verfestigen des geschmolzenen Werkstoffs wird die Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils wiederholt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil kann dabei grundsätzlich auf einer Bauplattform oder auf einem bereits erzeugten Teil des Bauteils oder Bauteilbereichs bzw. auf einer Stützstruktur hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Fertigung liegen insbesondere in der Möglichkeit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können.
Zur Verfestigung des Werkstoffs innerhalb der Bauteilschichten des Bauteils werden vorbestimmte Belichtungsstrategien für den Laser- oder Elektronenstrahl angewandt. Diese Belichtungsstrategien geben vor, in welcher Weise ein als Laser- oder Elektronenstrahl ausgebildeter Energiestrahl zumindest einer Energiestrahlquelle durch eine Schichtbauvorrichtung entlang der Bauteilschicht während der Fertigung des Bauteils geführt wird, um das Material in der Bauteilschicht selektiv zu verfestigen. Die Belichtungsstrategien sehen gewöhnlicherweise eine Bewegung des Energiestrahls entlang von vorbestimmten Belichtungsvektoren und/oder Belichtungspunkten vor. Diese Belichtungsvektoren und/oder Belichtungspunkten sind innerhalb einer Fläche der Bauteilschicht angeordnet und bilden zusammen sogenannte Belichtungsmuster. Ein jeweiliger Querschnitt des Bauteils kann dabei auch in mehrere dieser Belichtungsmuster eingeteilt sein. Innerhalb eines jeweiligen dieser Belichtungsmuster werden nach dem derzeitigen Stand der Technik mehrere parallel zueinander ausgerichtete Belichtungsvektoren angeordnet, die innerhalb des Belichtungsmusters in eine identische laterale Belichtungsrichtung innerhalb der Bauteilschicht ausgerichtet sind. Um die Ausbildung von Vorzugsrichtungen im Bauteilgefüge zu vermeiden, ist es üblich, dass die Belichtungsrichtung übereinander liegender Belichtungsmuster von Bauteilschicht zu Bauteilschicht variiert wird.
Um bestimmte Material- und Prozessfehler während der Fertigung zu vermeiden, wird ein Wertebereich der Belichtungsrichtung der Belichtungsvektoren nach dem gegenwärtigen Stand der Technik eingeschränkt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Material- und Prozessfehler häufig bei einer Belichtung in bestimmte Belichtungsrichtungen auftreten. Allgemein wird angenommen, dass das Auftreten dieser Material- und Prozessfehler bei bestimmten Belichtungsrichtungen mit bestimmten Ausrichtungen dieser Belichtungsrichtungen in Bezug auf eine Strömungsrichtung eines Atmosphärengases in einer Prozesskammer der Schichtbauvorrichtung in Verbindung steht. Dieses Prozessgas wird während der additiven Fertigung durch die Prozesskammer der additiven Schichtbauvorrichtung zum Abführen von Nebenprodukten geleitet. Aufgrund dieser Annahme ist es verbreitet, die auftretende Strömungsrichtung zu beachten und die Belichtungsrichtung entsprechend der lokalisiert auftretenden Strömungsrichtung derart einzuschränken, dass die durch Strömungen verursachten Materialfehler vermieden werden.
Die Anwendung der beschriebenen Belichtungsmuster ist beispielsweise in der DE 10 2007 014 683 A1 offenbart. In dieser Druckschrift sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Teilbereich einer Schicht so verfestigt wird, dass ein Muster entsteht, welches eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Verfestigungslinien enthält, und wenigstens ein Teilbereich einer nachfolgenden Schicht so bestrahlt wird, dass ein Muster entsteht, welches eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Verfestigungslinien enthält, die gegenüber den Verfestigungslinien des Musters der vorhergehenden Schicht um einen Winkel gedreht sind, der verschieden von 180°, 90° und 45° ist. Durch das beschriebene Verfahren ist es möglich, eine verbesserte Gefügestruktur zu erzeugen.
In der DE 10 2013 205 724 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts offenbart. Es ist beschrieben, zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, einen Energiestrahl auf das pulverförmige Aufbaumaterial einwirken zu lassen. Es ist vorgesehen, dass ein Gasstrom in einer Hauptströmungsrichtung über die aufgetragene Schicht geführt wird, während das Abtasten des pulverförmigen Aufbaumaterials durch den Energiestrahl erfolgt. Die Hauptströmungsrichtung des Gasstroms und eine Abtastrichtung des Energiestrahls werden zumindest in einem Bereich des zu verfestigenden Querschnitts aufeinander abgestimmt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Bildung von Prozess- und Materialfehlern während einer Fertigung eines additiven Bauteils möglichst vollständig zu verhindern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Energiestrahls einer jeweiligen Energiestrahlquelle einer Schichtbauvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Schichtbauvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, ein Computerprogrammprodukt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein computerlesbares Speichermedium gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 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 Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Energiestrahls einer jeweiligen Energiestrahlquelle einer Schichtbauvorrichtung. Bei der Schichtbauvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils handeln. Die Fertigung kann dabei beispielsweise durch Laser- beziehungsweise Elektronenschmelzverfahren oder Laser- beziehungsweise Elektronensinterverfahren erfolgen. Der Energiestrahl kann beispielsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl sein, der durch die jeweilige Energiestrahlquelle der Schichtbauvorrichtung ausgegeben wird. Es ist vorgesehen, dass durch die Schichtbauvorrichtung Schichtdaten, welche additiv herzustellende Bauteilschichten eines Bauteils charakterisieren, gelesen werden. Mit anderen Worten werden durch die Schichtbauvorrichtung die Schichtdaten ausgelesen, aus denen hervorgeht, wie die einzelnen, additiv herzustellenden Bauteilschichten des Bauteils zu fertigen sind. Die Schichtdaten können in einer Speichervorrichtung der Schichtbauvorrichtung gespeichert sein. Es ist vorgesehen, dass durch die Schichtbauvorrichtung für jede der Bauteilschichten zumindest ein jeweiliges Belichtungsmuster generiert wird, das zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren aufweist, die in eine jeweilige Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters ausgerichtet sind. Gemäß der Belichtungsmuster wird beschrieben, wie der wenigstens eine Energiestrahl relativ zu einer Aufbau- und Fügezone der Schichtbauvorrichtung zu bewegen ist, um ein Werkstoffpulver selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten zu verfestigen. Mit anderen Worten wird durch die Schichtbauvorrichtung für jede der Bauteilschichten das zumindest eine, jeweilige Belichtungsmuster generiert. Durch die jeweiligen Belichtungsmuster wird vorgegeben, wie der Energiestrahl zur Fertigung des Bauteils entlang der Aufbau- und Fügezone zu bewegen ist. Das zumindest eine jeweilige Belichtungsmuster der Bauteilschicht umfasst Belichtungsvektoren, entlang derer der Energiestrahl während der Fertigung zu führen ist. Diese sind zueinander parallel ausgerichtet und zeigen alle in eine jeweilige Belichtungsrichtung. Unter „parallel“ wird in diesem Fall „gleich-parallel“ und „anti-parallel“ verstanden. Für eine jeweilige der Bauteilschichten kann ein Belichtungsmuster vorgesehen sein. Insbesondere bei größeren oder komplexeren Querschnitten können für Bauteilschichten mehrere Belichtungsmuster vorgesehen sein.
Es ist vorgesehen, dass die jeweilige Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters gegenüber der Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters einer vorhergehenden Bauteilschicht um einen vorbestimmten Variationswinkel gedreht wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass sich übereinanderliegende Belichtungsmuster in ihrer Belichtungsrichtung voneinander unterscheiden, wobei die Belichtungsrichtung um den vorbestimmten Variationswinkel gegenüber dem darunter liegenden Belichtungsmusters gedreht wird. Dadurch wird vermieden, dass die Belichtungsrichtungen übereinanderliegender Belichtungsmuster identisch sind und somit aufgrund des identischen Führens des Energiestrahls über übereinanderliegende Belichtungsmuster zu Gefügefehlem in dem Bereich der übereinanderliegenden Belichtungsmuster führen.
Es ist vorgesehen, dass durch die Schichtbauvorrichtung für die jeweiligen Belichtungsmuster nach einem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren zumindest ein azimutaler Schweißwinkel ermittelt wird, der durch den wenigstens einen Energiestrahl der jeweiligen Energiestrahlquelle bei einer Bewegung des Energiestrahls entlang der Belichtungsvektoren mit den Belichtungsvektoren gebildet wird. Mit anderen Worten wird für jedes der Belichtungsmuster zumindest eine Winkelrelation ermittelt, unter welcher der zumindest eine Energiestrahl auf die Aufbau- und Fügezone auftrifft. Durch das vorbestimmte Schweißwinkelermittlungsverfahren wird der azimutale Schweißwinkel des Energiestrahls ermittelt. Dabei handelt es sich um den lateral in der Aufbau- und Fügezone liegende Anteil des Schweißwinkels, der durch den Energiestrahl und den Belichtungsvektoren des Belichtungsmusters gebildet wird.
In einem weiteren Schritt wird durch die Schichtbauvorrichtung überprüft, ob durch den zumindest einen, für das jeweilige Belichtungsmuster ermittelten azimutalen Schweißwinkel ein vorbestimmtes Schweißwinkelkriterium verletzt wird. Mit anderen Worten ist in der Schichtbauvorrichtung wenigstens ein Schweißwinkelkriterium vorgegeben, welches beschreibt, welche Werte für den azimutalen Schweißwinkel zulässig sind und welche nicht. Das Schweißwinkelkriterium kann insbesondere bestimmte azimutale Schweißwinkel als unzulässig kategorisieren. Durch die Schichtbauvorrichtung werden die ermittelten azimutalen Schweißwinkel in Bezug auf die Einhaltung des vorbestimmten Schweißwinkelkriteriums überprüft und dadurch ermittelt, ob das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium durch die ermittelten azimutalen Schweißwinkel verletzt wird.
Durch die Schichtbauvorrichtung wird eine vorbestimmte Ausgleichsstrategie angewandt, wenn das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium durch den ermittelten azimutalen Schweißwinkel verletzt wird. Mit anderen Worten ist in der Schichtbauvorrichtung die vorbestimmte Ausgleichsstrategie vorgegeben, die vorbestimmte Schritte beschreibt, die durch die Schichtbauvorrichtung im Fall einer Verletzung des vorbestimmten Schweißwinkelkriteriums zu verfolgen sind.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Auftreten der eingangs beschriebenen Prozess- und Materialfehler primär unter bestimmten azimutalen Schweißwinkeln während des Schweißens durch den Energiestrahl erfolgt. Der azimutale Schweißwinkel hängt mit der Schweißrichtung, welche beispielsweise stechend oder schleppend sein kann, zusammen. Durch die Ermittlung des azimutalen Schweißwinkels können somit im Fall einer Verletzung des Schweißwinkelkriteriums vorbestimmte Strategien angewandt werden, um Materialfehler in dem Bauteil zu vermeiden.
Die Erfindung umfasst auch optionale Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch die Schichtbauvorrichtung bei der Anwendung der vorbestimmten Ausgleichsstrategie eine zusätzliche Drehung der jeweiligen Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters um den vorbestimmten Variationswinkel durchgeführt wird. Mit anderen Worten ist es in dem Verfahren vorgesehen, dass die Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters in einer folgenden Schicht um den vorbestimmten Variationswinkel gedreht wird, wenn das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium nicht verletzt wird. Für den Fall, dass durch die Drehung der Belichtungsrichtung um den vorbestimmten Variationswinkel das Schweißwinkelkriterium verletzt wird, ist es vorgesehen, dass eine weitere Drehung der Belichtungsrichtung um den vorbestimmten Variationswinkel erfolgt. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine vorgesehene Belichtungsrichtung in einer Schicht übersprungen wird, um eine Verletzung des Belichtungswinkelkriteriums zu vermeiden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die weitere Drehung um einen abweichenden Variationswinkel erfolgt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch die Schichtbauvorrichtung für die jeweiligen Belichtungsmuster nach dem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren der zumindest eine jeweilige azimutale Schweißwinkel für zumindest zwei Energiestrahlen jeweiliger Energiestrahlquellen ermittelt wird und durch die Schichtbauvorrichtung bei der Anwendung der vorbestimmten Ausgleichsstrategie einer der zumindest zwei Energiestrahlen für das jeweilige Belichtungsmuster gewählt wird, durch dessen zumindest einen für das jeweilige Belichtungsmuster ermittelten azimutalen Schweißwinkel bei einer Bewegung des Energiestrahls entlang der Belichtungsvektoren das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium eingehalten wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass durch die Schichtbauvorrichtung das Schweißwinkelermittlungsverfahren zur Ermittlung des zumindest einen jeweiligen azimutalen Schweißwinkels für die zumindest zwei Energiestrahlen jeweiliger Energiestrahlquellen ermittelt wird. Für jedes der Belichtungsmuster wird also zumindest ein jeweiliger azimutaler Schweißwinkel pro Energiestrahl ermittelt. Dadurch, dass die Energiestrahlquellen an unterschiedlichen Orten der Schichtbauvorrichtung angeordnet sein können, können diese eine andere geometrische Relation zu jeweiligen Punkten bzw. Belichtungsvektoren der Belichtungsmuster aufweisen. Dadurch können die jeweiligen Energiestrahlen unter unterschiedlichen azimutalen Schweißwinkeln in den jeweiligen Belichtungsmustern auftreffen. Aufgrund der unterschiedlichen azimutalen Schweißwinkel der jeweiligen Energiestrahlen kann das Schweißwinkelkriterium für den zumindest einen ermittelten azimutalen Schweißwinkel durch einen der zumindest zwei Energiestrahlen verletzt werden. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass im Rahmen der vorbestimmten Ausgleichsstrategie ein anderer Energiestrahl der zumindest zwei Energiestrahlen gewählt wird, durch den das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium nicht verletzt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch die Schichtbauvorrichtung für zumindest eine der Bauteilschichten zumindest zwei jeweilige Belichtungsmuster generiert werden, die jeweils zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren, die in eine jeweilige Belichtungsrichtung des jeweiligen Belichtungsmusters ausgerichtet sind, aufweisen. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass durch die Schichtbauvorrichtung zumindest eine der Bauteilschichten in zumindest zwei jeweilige Belichtungsmuster eingeteilt wird. Jedes der Belichtungsmuster weist dabei die zueinander parallel ausgerichteten Belichtungsvektoren in eine jeweilige Belichtungsrichtung auf. Dabei weist jede der Belichtungsmuster eine jeweilige Belichtungsrichtung auf, wobei die Belichtungsrichtungen der beiden Belichtungsmuster identisch oder voneinander abweichend sein können. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise aufgrund unterschiedlicher lokaler Geometrien der Bauteilschichten jeweilige angepasste Belichtungsmuster generiert werden können. Es kann auch jede der Bauteilschichten in zumindest zwei Belichtungsmuster eingeteilt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Schweißwinkelkriterium derart vorbestimmt wird, dass der zumindest eine ermittelte azimutale Schweißwinkel das Schweißwinkelkriterium verletzt, wenn er innerhalb eines ersten kritischen Winkelbereichs von -45 Grad bis +45 Grad, insbesondere -30 Grad bis +30 Grad, insbesondere -15 Grad bis +15 Grad liegt. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der azimutale Schweißwinkel das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium verletzt, wenn der Schweißwinkel einen Wert von 0 Grad ± 45 Grad, insbesondere 0 Grad ± 30 Grad, insbesondere 0 Grad ± 15 Grad aufweist. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass Schweißwinkel, die sich in einem Bereich um 0 Grad befinden und somit zu einem ziehenden beziehungsweise schleppenden Schweißprozess führen, vermieden werden, da es bei diesen Prozessen zu einer vermehrten Abtragung von Prozessnebenprodukten kommt, welche zu einer Defokussierung des Energiestrahls führen können. Durch die Defokussierung des Energiestrahls kann die Verfestigungsqualität vermindert werden, was durch die erfindungsgemäße Maßnahme verhindert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Schweißwinkelkriterium derart vorbestimmt wird, dass der zumindest eine ermittelte azimutale Schweißwinkel das Schweißwinkelkriterium verletzt, wenn er innerhalb eines zweiten kritischen Winkelbereichs von 90 Grad bis 180 Grad, insbesondere 105 Grad bis 165 Grad, insbesondere 120 Grad bis 150 Grad liegt. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der azimutale Schweißwinkel das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium verletzt, wenn der Schweißwinkel einen Wert von 135 Grad ± 45 Grad, insbesondere 135 Grad ± 30 Grad, insbesondere 135 Grad ± 15 Grad aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass Winkelbereiche um 135 Grad ausgeschlossen werden. Untersuchungen haben ergeben, dass es um 135 Grad zu Materialfehlern, insbesondere im Bereich eines Strömungsauslasses der Schichtbauvorrichtung, kommen kann. Durch einen Ausschluss dieses Winkelbereichs können die daraus resultierenden Fehler zuverlässig vermieden werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium in Abhängigkeit einer Lage des jeweiligen Belichtungsmusters in einem Pulverbett der Schichtbauvorrichtung bestimmt wird. Mit anderen Worten hängt das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium davon ab, wo sich das jeweilige Belichtungsmuster in dem Pulverbett der Schichtbauvorrichtung befindet. Dadurch können die an unterschiedlichen Orten in dem Pulverbett der Schichtbauvorrichtung angeordneten Belichtungsmuster sich in ihrem Schweißwinkelkriterium voneinander unterscheiden. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass bestimmte Werte des azimutalen Schweißwinkels nur für Belichtungsmuster eingeschränkt werden müssen, die sich in einem bestimmten örtlichen Bereich des Pulverbetts der Schichtbauvorrichtung befinden, in welchem die zugeordneten Materialfehler auftreten können. Dadurch wird die Freiheit bei der Wahl des Schweißwinkels nur in relevanten Bereichen eingeschränkt. Die Lage des Belichtungsmusters kann insbesondere in Bezug auf eine Haupströmungsrichtung eines Prozess- bzw. Schutzgases, oder einer globalen oder lokalen Öffnung zum Einleiten oder Ausleiten des Prozess- bzw. Schutzgases definiert sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch die Schichtbauvorrichtung für die zumindest eine Energiestrahlquelle eine jeweilige Liste zulässiger Belichtungswinkel generiert wird, unter denen das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium für alle Belichtungsmuster des Bauteils bei einer Bestrahlung des Bauteils durch den Energiestrahl der Energiestrahlquelle erfüllt wird, wobei die in der Liste vorhandenen zulässigen Belichtungswinkel für eine Fertigung des Bauteils durch die Schichtbauvorrichtung verwendet werden. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass für die zumindest eine Energiestrahlquelle zunächst in der jeweiligen Liste erfasst wird, unter welchen Belichtungswinkeln die jeweiligen Belichtungsmuster des Bauteils durch die Energiestrahlquelle bestrahlt werden können, ohne das vorbestimmte Winkelkriterium zu verletzen. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass durch eine Einschränkung der Belichtungswinkel von vornherein sichergestellt wird, dass während des Herstellungsprozesses nur zulässige azimutale Schweißwinkel auftreten. Die ermittelte Liste kann für die Ermittlung der Belichtungsstrategie und/oder während des Fertigungsvorgangs verwendet werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch die Schichtbauvorrichtung das Bauteil durch additive Fertigung der Bauteilschichten hergestellt wird, wobei durch die Schichtbauvorrichtung die jeweilige Energiestrahlquelle des zumindest einen Energiestrahls angesteuert wird, um unter den zulässigen Belichtungswinkeln den zumindest einen Energiestrahl entlang der Belichtungsvektoren zur Bestrahlung des Bauteils entlangzubewegen. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass durch die Schichtbauvorrichtung die jeweilige Energiestrahlquelle des zumindest einen Energiestrahls angesteuert wird, um das Bauteil zu fertigen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtbauvorrichtung, die zur Durchführung eines Verfahrens unter dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist. Die Schichtbauvorrichtung umfasst generell zumindest eine Steuereinheit, die zum Steuern der Schichtbauvorrichtung eingerichtet ist, und eine Prozesskammer, in welcher ein oder mehrere Bauteile schichtweise aufgebaut werden können. Die Steuereinheit kann einen Microcontroller und/oder einen Microcomputer umfassen. Innerhalb der Prozesskammer ist ein Pulverbett zum schichtweisen Aufbauen des Bauteils aus einem Werkstoff auf einer Grundplatte angeordnet und vorzugsweise eine Vorrichtung zum vertikalen Verfahren der Grundplatte. In der Prozesskammer ist zudem eine Beschichtungseinrichtung zum Bereitstellen einer Pulverschicht aus dem Werkstoff in einer Aufbau- und Fügezone des Pulverbetts vorgesehen, und zumindest eine Energiestrahlquelle, eingerichtet zur Ausgabe eines Energiestrahls, um das Werkstoffpulver in der Aufbau- und Fügezone der Schichtbauvorrichtung selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten zu verfestigen. In der Prozesskammer sind ferner optional wenigstens ein Strömungseingang zum Einleiten eines Prozess- bzw. Schutzgases in die Prozesskammer und wenigstens ein Strömungsausgang zum Ausleiten des Prozess- bzw. Schutzgases aus der Prozesskammer angeordnet.
Die Schichtbauvorrichtung ist dazu eingerichtet, Schichtdaten, welche additiv herzustellende Bauteilschichten eines Bauteils charakterisieren, zu lesen und für jede der Bauteilschichten zumindest ein jeweiliges Belichtungsmuster zu generieren, das zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren aufweist, die in eine jeweilige Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters ausgerichtet sind, wobei gemäß der Belichtungsmuster der wenigstens eine Energiestrahl relativ zu der Aufbau- und Fügezone der Schichtbauvorrichtung zu bewegen ist, um das Werkstoffpulver selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten zu verfestigen. Die Schichtbauvorrichtung ist dazu eingerichtet, die jeweilige Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters gegenüber der Belichtungsrichtung des Belichtungsmusters einer vorhergehenden Bauteilschicht um einen vorbestimmten Variationswinkels zu drehen.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schichtbauvorrichtung dazu eingerichtet ist, für die jeweiligen Belichtungsmuster nach einem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren zumindest einen azimutalen Schweißwinkel zu ermitteln, der durch den wenigstens einen Energiestrahl der jeweiligen Energiestrahlquelle bei einer Bewegung des Energiestrahls entlang der Belichtungsvektoren mit den Belichtungsvektoren gebildet wird, und zu überprüfen, ob durch den zumindest einen, für das jeweilige Belichtungsmuster ermittelten azimutalen Schweißwinkel ein vorbestimmtes Schweißwinkelkriterium verletzt wird. Die Schichtbauvorrichtung ist weiterhin dazu eingerichtet, eine vorbestimmte Ausgleichstrategie anzuwenden, wenn das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium durch den ermittelten, azimutalen Schweißwinkel verletzt ist.
Weitere Merkmale und deren Vorteile sind in der Beschreibung des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Steuereinheit einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt diese dazu veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinheit einer Schichtbauvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt diese dazu veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schichtbauvorrichtung;
2 einen möglichen Ausschnitt eines Belichtungsmusters;
3 zwei mögliche azimutale Schweißwinkel, welche bei einer Belichtung zweier der Belichtungsmuster auftreten können;
4 eine Zusammensetzung des azimutalen Schweißwinkels;
5 die Ausrichtung des ersten kritischen Winkelbereichs in unterschiedlichen Belichtungsmustern bezüglich einer der Energiestrahlquellen;
6 einen Hintergrund für das Auftreten der Materialfehler; und
7 einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schichtbauvorrichtung 1. Die Schichtbauvorrichtung 1 kann dazu vorgesehen sein, ein Bauteil 2, beispielsweise ein Bauteil eines Flugtriebwerks, durch einen an sich bekannten schichtweisen Aufbau des Bauteils 2 aus einzelnen Bauteilschichten 3 additiv zu fertigen. Die Schichtbauvorrichtung 1 kann beispielsweise zur Fertigung des Bauteils 2 durch ein selektives Schmelz- und/oder Sinterverfahren eingerichtet sein. Zu diesem Zweck kann die Schichtbauvorrichtung 1 zumindest eine, zwei oder mehr Energiestrahlquellen 4, 5 aufweisen. Die Energiestrahlquellen 4, 5 können dazu eingerichtet sein, einen jeweiligen Energiestrahl 6, 7 zu erzeugen, um einen Werkstoff 8 selektiv zu verfestigen. Bei den Energiestrahlen 6, 7 kann es sich beispielsweise um Laser- und/oder Elektronenstrahlen handeln. Zur Fertigung des Bauteils 2 kann es vorgesehen sein, dass eine Steuereinheit 9 der Schichtbauvorrichtung 1 dazu eingerichtet ist, eine Belichtungsstrategie 17 auszuarbeiten, welche vorgibt, wie der zumindest eine Energiestrahl 6 zu führen ist, um die einzelnen Bauteilschichten 3 des Bauteils 2 zu fertigen. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 9 dazu eingerichtet sein, Schichtdaten 10 auszulesen, in welchen die additiv herzustellenden Bauteilschichten 3 des Bauteils 2 charakterisiert sind. Die Steuereinheit 9 kann beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor aufweisen. Die Steuereinheit kann dazu vorgesehen sein, hierfür ein Computerprogrammprodukt 38, das beispielsweise auf einem computerlesbaren Speichermedium 39 gespeichert sein kann, auszuführen. Die Steuereinheit 9 kann dazu eingerichtet sein, nach einem vorbestimmten Verfahren die einzelnen Bauteilschichten 3 des Bauteils 2 in Belichtungsmuster 11 zu unterteilen. Die Belichtungsmuster 11 können Belichtungsvektoren 12 umfassen, welche parallel zueinander in eine jeweilige Belichtungsrichtung 13 des Belichtungsmusters 11 ausgerichtet sein können. Bei den Belichtungsmustern 11 kann es sich um Teilflächen der jeweiligen Bauteilschicht 3 handeln. Es kann sein, dass für zumindest eine der Bauteilschichten 3 beispielsweise nur ein einziges Belichtungsmuster 11 erzeugt sein kann. In diesem Fall kann die Fläche des Belichtungsmusters 11 vollständig oder zumindest im Wesentlichen kongruent mit der Fläche der Bauteilschicht 3 sein. Einer jeweiligen Bauteilschicht 3 können auch mehrere Belichtungsmuster 11 zugewiesen sein. Dies kann beispielsweise vorgesehen sein, wenn das Bauteil 2 bzw. die betreffende Bauteilschicht 3 vorbestimmte Mindestabmessungen der Flächengröße überschreitet. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Einteilung einer Bauteilschicht 3 in mehrere Belichtungsmuster 11 vorgesehen ist, wenn die Bauteilschicht 3 eine Flächenstruktur aufweist, die durch ein einziges der Belichtungsmuster nicht ausführbar sein kann. Ebenso kann vorgesehen sein, mehrere Bauteile 2 in einem gemeinsamen Baujob herzustellen und dabei die Bauteilschicht 3 in mehrere Belichtungsmuster 11 für jedes der Bauteile 2 zu unterteilen. Weiterhin sind auch Kombinationen hieraus möglich.
Die innerhalb eines jeweiligen Belichtungsmusters 11 angeordneten Belichtungsvektoren 12 definieren, wie einer der Energiestrahlen 6, 7 während der Fertigung des Bauteils 2 oder der Bauteile 2 zu führen ist. Die Belichtungsvektoren 12 innerhalb des jeweiligen Belichtungsmusters 11 können gleich-parallel oder anti-parallel zueinander ausgerichtet sein. Die Belichtungsrichtungen 13 der Belichtungsvektoren 12 innerhalb eines jeweiligen Belichtungsmusters 11 können identisch sein. Die Belichtungsrichtungen 13 der Belichtungsmuster 11 innerhalb einer Bauteilschicht 3 können ebenfalls identisch sein oder sich voneinander unterscheiden. Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Energiestrahlquellen 4, 5 dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Energiestrahl 6, 7 relativ zu einer Aufbau- und Fügezone 14 der Schichtbauvorrichtung 1 zu bewegen, um den Werkstoff 8 selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten 3 durch lokale Erwärmungen an einem Auftreffpunkt 15 des jeweiligen Energiestrahls 6, 7 zu verfestigen. Um das Auftreten von Gefügeproblemen und dementsprechend beeinträchtigte mechanischen Eigenschaften des Bauteils 2 zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass die Schichtbauvorrichtung 1 dazu eingerichtet ist, die jeweilige Belichtungsrichtung 13 der Belichtungsmuster 11 gegenüber den Belichtungsrichtungen 13 der Belichtungsmuster 11 einer vorhergehenden der Bauteilschichten 3 um einen vorbestimmten Variationswinkel α zu drehen. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass die Belichtungsrichtung 13 eines Belichtungsmusters 11 in einer der Bauteilschichten 3 gegenüber der Belichtungsrichtung 13 eines der Belichtungsmuster 11 in einer vorhergehenden der Bauteilschichten 3 durch die Schichtbauvorrichtung 1 um den vorbestimmten Variationswinkel α gedreht ist. Durch die Variation der Belichtungsrichtung 13 kann eine homogenere Beschaffenheit des Bauteils 2 erreicht werden.
Eine Qualität des Bauteils 2 kann zumindest lokal davon abhängen, unter welchem azimutalen Schweißwinkel u der Werkstoff 8 lokal verfestigt wurde. Der azimutale Schweißwinkel υ, welcher auch als Horizontalwinkel bezeichnet werden kann, beschreibt einen Winkel, der lateral innerhalb der Aufbau- und Fügezone 14 der durch die Belichtungsvektoren 12 und den Verlauf des jeweiligen der Energiestrahlen 6, 7 eingeschlossen ist. Der azimutale Schweißwinkel u kann bei der Führung des zumindest einen Energiestrahls 6, 7 entlang der Belichtungsvektoren 12 innerhalb einer der Bauteilschichten 3 variieren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich bei dem Abfahren der Belichtungsvektoren 12 durch den jeweiligen der Energiestrahlen 6, 7 ein Einstrahlazimutalwinkel χ, in Abhängigkeit einer geometrischen Relation zwischen der Energiestrahlquelle 4, 5 und einem Auftreffpunkt 15 des Energiestrahls 6, 7 auf dem Werkstoff 8 verändert. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass die Energiestrahlquelle 4,5 dazu eingerichtet ist, ihre Lage während der Fertigung zu ändern, sodass der Energiestrahl 6, 7 entlang der Belichtungsvektoren 12 geführt wird, wodurch der Einstrahlazimutalwinkel χ innerhalb des jeweiligen Belichtungsmusters 11 uneinheitlich sein kann. Der Einstrahlazimutalwinkel χ kann durch den azimutalen Richtungsanteil des Energiestrahls 6, 7 und der Referenzrichtung 16 gebildet sein. Es hat sich herausgestellt, dass eine Qualität des Bauteils 2 davon abhängt, unter welchem azimutalen Schweißwinkel u das lokale Verfestigen erfolgt. Der azimutale Schweißwinkel u kann sich aus dem Einstrahlazimutalwinkel χ und eines Belichtungswinkels φ ergeben. $v = {\begin{array}{l} | φ - x |, & w e n n | φ - x | \leq π \\ 2 π - | φ - x |, & s o n s t \end{array}$
Der Belichtungswinkel φ kann die Belichtungsrichtung 13 des Belichtungsmusters 11 definieren und durch die Belichtungsvektoren 12 des Belichtungsmusters 11 und der Referenzrichtung 16 der Schichtbauvorrichtung 1 vorgegeben sein.
Um eine gewünschte Qualität zu ermöglichen, kann in Bezug auf den azimutalen Schweißwinkel u ein vorbestimmtes Schweißwinkelkriterium 18 vorgegeben sein. Durch das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 können Bedingungen in Bezug auf den azimutalen Schweißwinkel u vorgegeben sein, welche während der Belichtung des Bauteils 2 zu erfüllen sind. Die Schichtbauvorrichtung 1 kann dazu eingerichtet sein, während der Erstellung der Belichtungsstrategie 17 zu überprüfen, ob durch den zumindest einen, für das jeweilige Belichtungsmuster 11 ermittelten azimutalen Schweißwinkel u das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 verletzt wird. Mit anderen Worten erfolgt durch die Schichtbauvorrichtung 1 ein Prüfen der Einhaltung des vorbestimmten Schweißwinkelkriteriums 18 vor der Fertigung des Bauteils 2. Dabei ist es vorgesehen, dass durch die Schichtbauvorrichtung 1 für jedes der Belichtungsmuster 11 zumindest ein azimutaler Schweißwinkel u ermittelt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass für ein jeweiliges Belichtungsmuster 11 an mehreren Punkten jeweilige azimutale Schweißwinkel u ermittelt werden oder die azimutalen Schweißwinkel u entlang einer kompletten Fläche eines jeweiligen Belichtungsmusters 11 ermittelt werden. In einem weiteren Schritt kann dann überprüft werden, ob das Schweißwinkelkriterium 18 durch den zumindest einen azimutalen Schweißwinkel u des Belichtungsmusters 11 verletzt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Schichtbauvorrichtung 1 dazu eingerichtet ist, für den Fall, dass das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 verletzt wird, eine vorbestimmte Ausgleichsstrategie anzuwenden. Die vorbestimmte Ausgleichsstrategie kann vorbestimmte Verfahrensschritte umfassen, welche durch die Schichtbauvorrichtung 1 durchgeführt werden können, um ein Auftreten einer Verletzung des Schweißwinkelkriteriums 18 zu verhindern. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Schichtbauvorrichtung 1 dazu eingerichtet ist, bei der Anwendung der vorbestimmten Ausgleichsstrategie eine zusätzliche Drehung der jeweiligen Belichtungsrichtung 13 des Belichtungsmusters 11 um den vorbestimmten Variationswinkel α durchzuführen. Mit anderen Worten erfolgt eine zusätzliche Drehung der Belichtungsrichtung 13, wenn der azimutale Schweißwinkel u, der für das Belichtungsmuster 11 ermittelt wurde, das Schweißwinkelkriterium 18 verletzen würde. Die Schichtbauvorrichtung 1 kann dazu eingerichtet sein, für die jeweiligen Belichtungsmuster 11 im Rahmen des Ausgleichsverfahrens einen der Energiestrahlen 6, 7 zu wählen, durch welchen das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 nicht verletzt wird. Es kann beispielsweise sein, dass die Energiestrahlquellen 4, 5 an unterschiedlichen Orten der Schichtbauvorrichtung 1 verbaut sind. Dadurch können diese unterschiedliche geometrische Relationen zu den einzelnen Belichtungsmustern 11 aufweisen. Hierdurch können die jeweiligen Energiestrahlen 6, 7 mit unterschiedlichen azimutalen Schweißwinkeln u in der Aufbau- und Fügezone 14 innerhalb der Belichtungsmuster 11 auftreffen. Dabei kann es vorkommen, dass zumindest einer der Energiestrahlen 6, 7 das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 verletzen würden. In diesem Fall kann durch die Schichtbauvorrichtung 1 diejenige der Energiestrahlquellen 4, 5 gewählt werden, deren Energiestrahl 6, 7 das Schweißwinkelkriterium 18 nicht verletzen würde. Das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 kann derart vorbestimmt sein, dass der zumindest eine azimutale Schweißwinkel u das Schweißwinkelkriterium 18 verletzt, wenn er innerhalb eines ersten kritischen Winkelbereichs 19 liegt. Der erste kritische Winkelbereich 19 kann derart gewählt sein, dass zumindest der azimutale Schweißwinkel u um 0 Grad ausgeschlossen ist. Um ein Eintreten der bei einem azimutalen Schweißwinkel u von 0 Grad auftretenden Materialfehler zu vermeiden, kann der Winkelbereich 19 einen Sicherheitswinkelabstand von 45 Grad aufweisen. Der erste kritische Winkelbereich 19 kann somit einen Bereich von -45 Grad bis +45 Grad abdecken. Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der vorbestimmte erste kritische Winkelbereich 19 einen Bereich von -30 Grad bis +30 Grad abdeckt. Besonders bevorzugt kann ein Bereich von -15 Grad bis +15 Grad vorgegeben sein. Das Schweißwinkelkriterium 18 kann auch einen zweiten kritischen Winkelbereich 20 definieren. Der zweite kritische Winkelbereich 20 kann dazu vorgesehen sein, die bei einem azimutalen Schweißwinkel u um 135 Grad auftretenden Materialfehler zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann der zweite kritische Winkelbereich 20 einen Bereich von 90 Grad bis 180 Grad, bevorzugt 105 bis 165 Grad, besonders bevorzugt 120 bis 150 Grad abdecken. Es kann vorgesehen sein, dass das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 von einer Lage 21 des jeweiligen Belichtungsmusters 11 in einem Pulverbett 22 der Schichtbauvorrichtung 1 abhängt. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass die Anforderungen an den azimutalen Schweißwinkel u in Abhängigkeit von der Lage 21 des jeweiligen Belichtungsmusters 11 abhängen können. Auftretende Materialfehler während der additiven Fertigung können insbesondere von einer Lage 21 des jeweiligen Belichtungsmusters 11 in Bezug auf einen Strömungseingang 23 oder einen Strömungsausgang 24 zum Ein- beziehungsweise Ausleiten eines Atmosphärengases entlang einer Hauptstromrichtung 25 abhängen. Das Prozessgas kann beispielsweise Stickstoff oder Argon umfassen und über den Strömungseingang 23 in die Prozesskammer 26 eingeleitet werden. Durch das Absaugen des Prozessgases aus der Prozesskammer 26 an dem Strömungsausgang 24 kann es ermöglicht sein, dass Nebenprodukte 27, die sich während einer Belichtung bilden können, abgesaugt werden. In Abhängigkeit von der Lage 21 des jeweiligen Belichtungsmusters 11 können jedoch bedingt durch den lokalen Verlauf der Hauptstromrichtung 25 Beeinflussungen während der Bestrahlung auftreten. Dadurch kann es beispielsweise sein, dass ein erstes der Belichtungsmuster 11 eine Lage 21 aufweist, in welcher Materialfehler, die mit dem ersten kritischen Winkelbereich 19 in Verbindung stehen, und ein zweites der Belichtungsmuster 11 kann eine Lage 21 aufweisen, in der es zu Materialfehlern kommen kann, die mit dem zweiten kritischen Winkelbereich 20 in Verbindung stehen. Es ist somit nicht erforderlich, beide kritischen Winkelbereiche 19, 20 für alle Belichtungsmuster 11 der Bauteilschicht 3 anzuwenden. Es kann vorgesehen sein, dass durch die Schichtbauvorrichtung 1 für eine jeweilige der Energiestrahlquellen 6, 7 eine jeweilige Liste 28 erstellt wird, in der zulässige Belichtungswinkel φ eingetragen sind, welche die Belichtungsmuster 11 aufweisen können, ohne dass der durch die jeweilige Energiestrahlquelle 4, 5 ausgegebene Energiestrahl 6, 7 das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 verletzt.
Die Schichtbauvorrichtung 1 kann dazu eingerichtet sein, nach Abschluss der Ermittlung der Belichtungsstrategie 17, den Fertigungsprozess zur Fertigung des Bauteils 2 einzuleiten. Zu diesem Zweck kann in der Prozesskammer 26 der Schichtbauvorrichtung 1 ein Pulverbett 22 bereitgestellt sein, in welchem das Bauteil 2 gefertigt werden kann. Das Bauteil 2 kann auf einer Grundplatte 29 angeordnet sein, welche durch einen Ständer 30 vertikal verschoben werden kann. Die Schichtbauvorrichtung 1 kann dazu eingerichtet sein, das Bauteil 2 sukzessive zu fertigen, wobei für eine jeweilige Schicht 32 die Grundplatte 29 durch den Ständer 30 derart vertikal verfahren wird, dass sich eine zu fertigende der Schichten 32 zur Fertigung in einer Arbeitsebene 33 befindet. In einem ersten Schritt des Fertigungsverfahrens kann durch eine Beschichtungseinrichtung 34 der Werkstoff 8 als Pulver auf die Grundplatte 29 oder eine vorangehende der Schichten 32 aufgetragen werden. In einem weiteren Schritt kann die Schichtbauvorrichtung 1 mittels der Energiestrahlquellen 4, 5 jeweilige Energiestrahlen 6, 7 erzeugen und derart entlang der ermittelten Belichtungsmuster 11 führen, dass der Werkstoff 8 in der Aufbau- und Fügezone 14 verfestigt wird. Dadurch kann in der Schicht 32 die jeweilige der Bauteilschichten 3 des Bauteils 2 gefertigt werden. Ist die Fertigung der Bauteilschicht 3 der jeweiligen Schicht 32 abgeschlossen, kann die Grundplatte 29 durch die Bewegungseinrichtung bzw. den Ständer 30 vertikal verfahren werden, damit eine weitere der zu fertigenden Bauteilschichten 3 in der Arbeitsebene 33 angeordnet ist. In diesem Verfahrensschritt kann das vorangehend beschriebene Verfahren wiederholt werden, um die folgende der Bauteilschichten 3 des Bauteils 2 zu fertigen.
2 zeigt einen möglichen Ausschnitt eines Belichtungsmusters 11, welches die parallel zueinander angeordneten Belichtungsvektoren 12 aufweisen kann, welche in die Belichtungsrichtung 13 ausgerichtet sein können. Die Ausrichtung der Belichtungsvektoren 12 kann beispielsweise durch den Belichtungswinkel φ definiert sein, welcher einen Winkel der Belichtungsvektoren 12 bezüglich der Referenzrichtung 16 beschreiben kann. Die einzelnen der Belichtungsvektoren 12 können durch Streifenvektoren 35 begrenzt sein. Die Streifenvektoren 35 können zueinander parallel verlaufen und Streifen einer Streifenbreite 40 bilden. Die Belichtungsvektoren 12 können um 90 Grad bezüglich der Streifenvektoren in der Arbeitsebene 33 gedreht sein.
Die Belichtungsvektoren 12 können durch die Begrenzung durch die Streifenvektoren 35 innerhalb eines Streifens eine Länge der Streifenbreite 40 aufweisen.
3 zeigt zwei mögliche azimutale Schweißwinkel u, welche bei einer Belichtung zweier der Belichtungsmuster 11 an jeweiligen Auftreffpunkten 15 auftreten können. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sich die beiden Belichtungsmuster 11 in unterschiedlichen Lagen 21 befinden. Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Belichtungsmuster 11 durch ein und dieselbe Energiestrahlquelle 4 oder 5 belichtet werden sollen. Aufgrund der unterschiedlichen Lagen 21 der jeweiligen Belichtungsmuster 11 können an den jeweiligen Auftreffpunkten 15 unterschiedliche azimutale Schweißwinkel u gebildet sein.
4 zeigt eine Zusammensetzung und Bestimmung des azimutalen Schweißwinkels u. Dieser azimutale Schweißwinkel u kann sich beispielsweise aus dem Einstrahlazimutalwinkel χ und dem Belichtungswinkel φ ergeben. Der Einstrahlazimutalwinkel χ kann durch den azimutalen Anteil des Verlaufs des Energiestrahls 6 und der Referenzrichtung 16 umschlossen sein. Der auch als Scanwinkel bezeichnete Belichtungswinkel φ kann durch die Belichtungsvektoren 12 und somit die Belichtungsrichtung 13 und der Referenzrichtung 16 umschlossen sein.
5 zeigt kritische Belichtungswinkel φc und zulässige Belichtungswinkel φv. Die kritischen Belichtungswinkel φc können für zumindest eine der Energiestrahlquellen 4, 5 bestimmt sein und die Belichtungswinkel φ definieren, unter welchen der kritische Winkelbereich 19 von 0 Grad auftreten würde. Diese kritischen Belichtungswinkel φc können für die jeweiligen Belichtungsmuster 11 definiert sein und aufgrund der unterschiedlichen Einstrahlazimutalwinkel χ abhängig von der Lage 21 des Belichtungsmusters 11 sein. Aufgrund der unterschiedlichen Lagen 21 der einzelnen Belichtungsmuster 11 kann der Energiestrahl 6 der Energiestrahlquelle 4 unter unterschiedlichen Winkeln in den jeweiligen Belichtungsmusterbereichen 11 eintreffen. Dadurch können in Abhängigkeit von der Lage 21 die Ausrichtungen der zulässigen Belichtungsrichtungen 13 variieren. Durch die Schichtbauvorrichtung 1 können die einzelnen Belichtungsvektoren 12 der jeweiligen Belichtungsmuster 11 somit derart gewählt werden, dass die Belichtungsrichtung 13, die zu einer Verletzung des Schweißwinkelkriteriums führen würden, ausgeschlossen sind.
Ein möglicher Abschnitt eines Computerprogrammprodukts 38 zur Berechnung könnte wie folgt gestaltet sein und beispielsweise durch die Steuereinheit 9 der Schichtbauvorrichtung 1 durchgeführt werden:

laser_azimut_angle=arctan((y_center_laser-y_center_part)/(x_center_laser-x_center_part))
                 # indication type 1 - weld _angle _exception = 0 --> hatch _angle_exception = ±90
               weld_angle_exception_1_1 = (laser_azimut_angle - 90)%360 # in deg
               weld_angle_exception_1_2 = (laser_azimut_angle + 90)%360 # in deg
                   # indication_type_2 - weld_angle_exception = 135 --> hatch_angle_exception = ±45
               weld_angle_exception_2_1= (laser_azimut_angle - 45)%360 # in deg
               weld_angle_exception_2_2 = (laser_azimut_angle + 45)%360 # in deg
               exception_range = 15 # 30 or 45 could also be possible
               layer angle = []
               counter_delta angle = 0
               for counter layer in range(0, int(building_height/layer_ thickness)):
                    # creating correct hatch angle with given angle limitations
                 hatch_angle=(increment_angle*(counter_layer±counter_delta_angle))%360
                 while (weld_angle_exception_1_1-exception_range/2 <= hatch _angle<=
               weld_angle_excepti_on_1_1±exception_range/2)==True or
                     (weld_angle_exception_1_2-exception_range/2 <= hatch _angle<=
               weld_angle_exception _2+exception_range/2)==True or
                        (weld_angle_exception _2_1-exception_range/2 <= hatch _angle<=
               weld_angle_exception_2_1±exception_range/2)==True or
                        (weld_angle_exception 2_2-exception _range/2 <= hatch_angle <=
               weld_angle_exception_2_2+exception_range/2)==True:
                    counter_delta_angle += 1
                    hatch_angle = (increment_angle*(counter_layer±counter_delta_angle))%360
                 layer_angle.append([counter_layer, hatch_angle])

In Formeln ausgedrückt kann der besagte Abschnitt folgendermaßen interpretiert werden:

Es wird der Einstrahlazimutalwinkel χ ermittelt, unter dem der Energiestrahlen 6, ausgehend von der Energiestrahlquelle 4, an einem Auftreffpunkt 15 in einem Zentrum eines der Belichtungsmuster 11 auftreffen würde.

Es werden alle kritischen Belichtungswinkel φc ermittelt, unter denen der erste kritische Winkelbereich 19 durch den azimutalen Schweißwinkel u verletzt werden würde.

Aus einer Höhe des Bauteils 12 und einer Dicke der jeweiligen Bauteilschichten 3 wird eine für die Fertigung des Bauteils notwendige Anzahl an Schichten ermittelt.

Ausgehend von 0 Grad werden Belichtungswinkel φ, für die jeweiligen Bauteilschichten 3 ermittelt. Dabei wird der Belichtungswinkel zwischen den einzelnen Schichten um den Variationswinkel α gedreht.

Es wird überprüft, ob der für die Bauteilschicht 3 ermittelte Belichtungswinkel φ einer der kritischen Belichtungswinkel φc ist. Falls dies der Fall ist, wird der für die Bauteilschicht 3 ermittelte Belichtungswinkel φ erneut um den Variationswinkel α gedreht, bis der Belichtungswinkel φ kein kritischer Belichtungswinkel φc ist.

Der ermittelte Belichtungswinkel φ wird dann der jeweiligen Bauteilschicht 3 zugewiesen.

Mit dem gezeigten Abschnitt kann eine Liste 28 mit zulässigen Belichtungswinkeln φv für das jeweilige Bauteil erstellt werden, welche nicht in den kritischen Belichtungswinkeln φc enthalten sind und zu keiner Verletzung des vorbestimmten Schweißwinkelkriteriums 18 führen.

6 zeigt einen Hintergrund für das Auftreten der Materialfehler, welche mit dem ersten kritischen Winkelbereich 19 in Verbindung stehen. Die Materialfehler können daher kommen, dass in dem besagten Winkelbereich 19 eine vermehrte Abgabe von Nebenprodukten 27 während des Abfahrens des Werkstoffes 8 durch den Energiestrahl 6 erfolgt. Diese können einen Impuls pges, der sich aus einem Impulsanteil p in Richtung des Energiestrahls 6 und einem Impulsanteil p_r quer zum Energiestrahl zusammensetzt, aufweisen. Unter einem azimutalen Schweißwinkel von 0 oder 180 Grad kommt es zu einer größeren Ausprägung des Impulsanteils in Richtung des Energiestrahls 6. Dadurch kann es zu einer Defokussierung des Energiestrahls 6 durch die Nebenprodukt 27 aus der Dampfkapillare 41 kommen. Der in einer Schmelzzone 42 geschmolzene Werkstoff 8 kann dadurch nicht mit den gewünschten Parametern wärmebehandelt sin, wodurch es zu Materialfehlern in dem Bereich kommen kann. Gezeigt ist somit eine Erklärung, warum bei einem azimutalen Schweißwinkel u on 0° (ziehend/schleppend) entstehende Prozessnebenprodukte eine größere z-Komponente haben und zu der Defokussierung des Energiestrahls führen können.

7 zeigt einen kurzen schematischen Ablauf eines Verfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt S1 können durch die Schichtbauvorrichtung 1 Schichtdaten 10, welche die additiv herzustellenden Bauteilschichten 3 des Bauteils 2 charakterisieren, gelesen werden.

In einem zweiten Schritt S2 kann durch die Schichtbauvorrichtung 1 für jede der Bauteilschichten 3 zumindest ein jeweiliges Belichtungsmuster 11 generiert werden, das zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren 12 aufweisen kann. Die Belichtungsvektoren 12 können in eine jeweilige Belichtungsrichtung 13 des Belichtungsmusters 11 ausgerichtet sein. Die einzelnen Belichtungsvektoren 12 können beschreiben, wie der wenigstens eine Energiestrahl 6 relativ zu der Aufbau- und Fügezone 14 der Schichtbauvorrichtung 1 zu bewegen ist, um ein Werkstoffpulver 8 selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten 3 zu festigen.

In einem Schritt S3 kann vorgesehen sein, dass durch die Schichtbauvorrichtung 1 die jeweilige Belichtungsrichtung 13 des Belichtungsmusters 11 gegenüber der Belichtungsrichtung 13 des Belichtungsmusters 11 einer vorhergehenden Bauteilschicht 3 um einen vorbestimmten Variationswinkel α gedreht wird.

Es kann vorgesehen sein, dass in einem Schritt S4 durch die Schichtbauvorrichtung 1 für die jeweiligen Belichtungsmuster 11 nach einem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren zumindest ein azimutaler Schweißwinkel u ermittelt wird, der durch den wenigstens einen Energiestrahl 6 der jeweiligen Energiestrahlquelle 4 bei einer Bewegung des Energiestrahls 6 entlang der Belichtungsvektoren 12 mit den Belichtungsvektoren 12 gebildet wird.

In einem Schritt S5 kann durch die Schichtbauvorrichtung überprüft werden, ob durch den zumindest einen für das jeweilige Belichtungsmuster 11 ermittelten azimutalen Schweißwinkel u ein vorbestimmtes Schweißwinkelkriterium 18 verletzt wird.

In einem Schritt S6 kann durch die Schichtbauvorrichtung 1 eine vorbestimmte Ausgleichsstrategie angewandt werden, wenn das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium 18 durch den ermittelten azimutalen Schweißwinkel u verletzt wird.

In einem Schritt S7 kann das Bauteil 2 gemäß der ermittelten Belichtungsmuster 11 gefertigt werden.

Beim pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen (LPBF, engl. Laser Powder Bed Fusion) werden Bauteile schichtweise hergestellt. Die Materialverfestigung je Schicht erfolgt mittels Laserstrahlung die über gewisse Belichtungsstrategien (Bsp. Streifen, Schachbrett, Äquidistante Kontur) das bereitgestellte Metallpulver lokal umschmilzt. Bei Verwendung dieser Belichtungsstrategien erfolgt in jeder Schicht eine Anpassung der einzelnen Scanvektoren um eine Anisotropie des Materials zu vermeiden. Darüber hinaus kann durch das Sperren von gewissen Scanvektoren in Richtung der Schutzgasströmung die Materialqualität zusätzlich erhöht werden, da eine Interaktion der Laserstrahlung mit entstehenden Prozessnebenprodukten unterbunden wird.

Das Sperren von gewissen Scanvektoren erfolgt nach dem Stand der Technik global auf der gesamten Bauplattform unabhängig von der Position des Bauteils. Unsere Untersuchungen zeigen hingegen, dass die Entstehung von Prozessstörungen primär durch die Schweißrichtung (stechend bis schleppend) definiert wird. Eine globale Vermeidung gewisser Scanvektoren ist daher nur lokal hilfreich und kann nicht für eine globale Unterbindung von Prozessstörungen verwendet werden.

Je Position (bereichsweise) des Bauteils auf der Bauplattform kann auf Basis des Lasereinstrahlazimutwinkels χ bestimmt werden, welche Scanwinkel φ vermieden werden müssen, sodass bestimmte Schweißwinkel u nicht entstehen. Aus den Untersuchungen kommt hervor, dass insbesondere die Schweißwinkel 0°für einen Fehlertyp 1 und 135° für einen Fehlertyp 2 zu starker Ausprägung von Prozessstörungen führen. Werden diese beiden Schweißwinkel ±15° oder besser noch ±30° je Position gesperrt, können die Prozessstörungen und resultierende Lagenbindefehler vermieden werden, wodurch die Materialqualität verbessert werden kann.

Ebenfalls können die gesperrten Winkel auf Basis der Position eingeschränkt werden. Beispielsweise entstehen die Fehlertypen 1 nur am Einlass der Schutzgasströmung, sodass am Auslass der Schutzgasströmung keine Sperrung der Schweißwinkel um 0° erfolgen muss. Der Fehlertyp 2 hingegen entsteht primär am Strömungsauslass, sodass hier die gleiche Logik angewandt werden kann und nur an gewissen Positionen im Bauraum diese Sperrung erfolgt.

Abschließend kann bei der Verwendung von Multi-Laser-Systemen die Auswahl des Lasers so erfolgen, dass möglichst jeder Scanwinkel auf einem Bauteil gefertigt werden kann um eine maximale Isotropie zu erreichen, dennoch die Bedingung des Schweißwinkels von 0° oder 135° nie verletzt wird. Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren Laser-Systemen können grundsätzlich auch Elektronenstrahl-Systeme vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

1: Schichtbauvorrichtung
2: Bauteil
3: Bauteilschicht
4: Energiestrahlquelle
5: Energiestrahlquelle
6: Energiestrahl
7: Energiestrahl
8: Werkstoff
9: Steuereinheit
10: Schichtdaten
11: Belichtungsmuster
12: Belichtungsvektoren
13: Belichtungsrichtung
14: Fügezone
15: Auftreffpunkt
16: Referenzrichtung
17: Belichtungsstrategie
18: Schweißwinkelkriterium
19: Erster kritischer Winkelbereich
20: Zweiter kritischer Winkelbereich
21: Lage
22: Pulverbett
23: Strömungseingang
24: Strömungsausgang
25: Hauptstromrichtung
26: Prozesskammer
27: Nebenprodukte
28: Liste
29: Grundplatte
30: Ständer
31: Beschichtungseinrichtung
32: Schicht
33: Arbeitsebene
34: Streifenbreite
35: Streifenvektor
36: Dampfkapillare
37: Schmelzzone
38: Computerprogrammprodukt
39: Computerlesbares Speicherprodukt
υ: Azimutaler Schweißwinkel
φ: Belichtungswinkel
φc: kritischer Belichtungswinkel
φv: zulässiger Belichtungswinkel
χ: Einstrahlazimutalwinkel
α: Variationswinkel
pges: Gesamtimpuls
pa: Impuls in Strahlrichtung
pr: Impuls quer zur Strahlrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

DE 102007014683 A1 [0005]
DE 102013205724 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Energiestrahls (6, 7) einer jeweiligen Energiestrahlquelle (4, 5) einer Schichtbauvorrichtung (1), wobei - durch die Schichtbauvorrichtung (1) Schichtdaten (10), welche additiv herzustellende Bauteilschichten (3) eines Bauteils (2) charakterisieren, gelesen werden (S1), - durch die Schichtbauvorrichtung (1) für jede der Bauteilschichten (3) zumindest ein jeweiliges Belichtungsmuster (11) generiert wird, dass zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren (12) aufweist, die in eine jeweilige Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) ausgerichtet sind, wobei gemäß der Belichtungsmuster (11) der wenigstens eine Energiestrahl (6, 7) relativ zu einer Aufbau- und Fügezone (14) der Schichtbauvorrichtung (1) zu bewegen ist, um ein Pulver eines Werkstoffes (8) selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten (3) zu verfestigen (S2), - die jeweilige Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) gegenüber der Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) einer vorhergehenden Bauteilschicht (3) um einen vorbestimmten Variationswinkel (α) gedreht wird (S3), dadurch gekennzeichnet, dass - durch die Schichtbauvorrichtung (1) für die jeweiligen Belichtungsmuster (11) nach einem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren zumindest ein azimutaler Schweißwinkel (u) ermittelt wird, der durch den wenigstens einen Energiestrahl (6, 7) der jeweiligen Energiestrahlquelle (4, 5) bei einer Bewegung des Energiestrahls (4, 5) entlang der Belichtungsvektoren 12 mit den Belichtungsvektoren (12) gebildet wird (S4), - durch die Schichtbauvorrichtung (1) überprüft wird, ob durch den zumindest einen, für das jeweilige Belichtungsmuster (11) ermittelten azimutalen Schweißwinkel (u) ein vorbestimmtes Schweißwinkelkriterium (18) verletzt wird (S5), und - durch die Schichtbauvorrichtung (1) eine vorbestimmte Ausgleichstrategie angewandt wird, wenn das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium (18) durch den ermittelten, azimutalen Schweißwinkel (u) verletzt wird (S6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schichtbauvorrichtung (1) bei der Anwendung der vorbestimmten Ausgleichstrategie eine zusätzliche Drehung der jeweiligen Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) um den vorbestimmten Variationswinkel (α) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - durch die Schichtbauvorrichtung (1) für die jeweiligen Belichtungsmuster (11) nach dem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren, der zumindest eine jeweilige azimutale Schweißwinkel (u) für zumindest zwei Energiestrahlen (6,7) jeweiliger Energiestrahlquellen (4,5) ermittelt wird, und - durch die Schichtbauvorrichtung (1) bei der Anwendung der vorbestimmten Ausgleichstrategie einer der zumindest zwei Energiestrahlen (6, 7) für das jeweilige Belichtungsmusters (11) gewählt wird, durch dessen zumindest einen für das jeweilige Belichtungsmuster (11) ermittelten azimutalen Schweißwinkel (u) bei einer Bewegung des Energiestrahls (6, 7) entlang der Belichtungsvektoren (12) das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium (18) eingehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schichtbauvorrichtung (1) für jede der Bauteilschichten (3) zumindest zwei jeweilige Belichtungsmuster (11) generiert werden, die jeweils zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren (12), die in eine jeweilige Belichtungsrichtung (13) des jeweiligen Belichtungsmusters 11 ausgerichtet sind, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißwinkelkriterium (18) derart vorbestimmt wird, dass der zumindest eine ermittelte azimutale Schweißwinkel (u) das Schweißwinkelkriterium (18) verletzt, wenn er innerhalb eines ersten kritischen Winkelbereichs (19) von -45 Grad bis +45 Grad, insbesondere -30 Grad bis +30 Grad, insbesondere -15 Grad bis +15 Grad liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißwinkelkriterium (18) derart vorbestimmt wird, dass der zumindest eine ermittelte azimutale Schweißwinkel (u) das Schweißwinkelkriterium (18) verletzt, wenn er innerhalb eines zweiten kritischen Winkelbereichs (20) von 90 Grad bis 180 Grad, insbesondere 105 Grad bis 165 Grad, insbesondere 120 Grad bis 150 Grad liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium (18) in Abhängigkeit einer Lage (21) des jeweiligen Belichtungsmusters (11) in einem Pulverbett (22) der Schichtbauvorrichtung (1) vorbestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schichtbauvorrichtung (1) für die zumindest eine Energiestrahlquelle (4, 5) eine jeweilige Liste (28) zulässiger Belichtungswinkel (φv) generiert wird, unter denen das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium (18) für alle Belichtungsmuster (11) des Bauteils (2) bei der Bestrahlung des Bauteils (2) durch den Energiestrahl (6, 7) der Energiestrahlquelle (4, 5) erfüllt wird, wobei die in der Liste (28) vorhandenen zulässigen Belichtungswinkel (φv) für eine Fertigung des Bauteils (2) durch die Schichtbauvorrichtung (1) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schichtbauvorrichtung (1) das Bauteil (2) durch additive Fertigung der Bauteilschichten (3) hergestellt wird, wobei durch die Schichtbauvorrichtung (1) die jeweilige Energiestrahlquelle (6, 7) des zumindest einen Energiestrahls (4, 5) angesteuert wird, um unter den zulässigen Belichtungswinkeln (17) den zumindest einen Energiestrahl (4,5) entlang der Belichtungsvektoren (12) zur Bestrahlung des Bauteils (2) entlang zu bewegen (S7).
Schichtbauvorrichtung (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine Steuereinheit (9), eingerichtet zum Steuern der Schichtbauvorrichtung (1), eine Prozesskammer (26), innerhalb welcher zumindest angeordnet ist: -ein Pulverbett (22) zum schichtweisen Aufbauen des Bauteils (2) aus einem Werkstoff (8) auf einer Grundplatte (29); -ein Ständer (30) zum vertikalen Verfahren der Grundplatte (29); -eine Beschichtungseinrichtung (34) zum Bereitstellen einer Pulverschicht (32) aus dem Werkstoff (8) in einer Aufbau- und Fügezone (14) des Pulverbetts (22), -zumindest eine Energiestrahlquelle (4, 5), eingerichtet zur Ausgabe eines Energiestrahls (6, 7), um ein Pulver eines Werkstoffes (8) in der Aufbau- und Fügezone (14) der Schichtbauvorrichtung 1 selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten (3) zu verfestigen, -wenigstens ein Strömungseingang 23, zum Einleiten eines Schutzgases in die Prozesskammer (26); -wenigstens ein Strömungsausgang (24), zum Ausleiten des Schutzgases aus der Prozesskammer (26); wobei die Schichtbauvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, Schichtdaten (10), welche additiv herzustellende Bauteilschichten (3) eines Bauteils (2) charakterisieren, zu lesen, - für jede der Bauteilschichten (3) zumindest ein jeweiliges Belichtungsmuster (11) zu generieren, dass zueinander parallel ausgerichtete Belichtungsvektoren (12) aufweist, die in eine jeweilige Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) ausgerichtet sind, wobei gemäß der Belichtungsmuster (11) der wenigstens eine Energiestrahl (6, 7) relativ zu einer Aufbau- und Fügezone (14) der Schichtbauvorrichtung (1) zu bewegen ist, um ein Werkstoffpulver (8) selektiv zu den jeweiligen Bauteilschichten (3) zu verfestigen, - die jeweilige Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) gegenüber der Belichtungsrichtung (13) des Belichtungsmusters (11) einer vorhergehenden Bauteilschicht (3) um einen vorbestimmten Variationswinkels (α) zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtbauvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, für die jeweiligen Belichtungsmuster (11) nach einem vorbestimmten Schweißwinkelermittlungsverfahren zumindest einen azimutalen Schweißwinkel u zu ermitteln, der durch den wenigstens einen Energiestrahl (6, 7) der j eweiligen Energiestrahlquelle (4, 5) bei einer Bewegung des Energiestrahls (6, 7) entlang der Belichtungsvektoren (12) mit den Belichtungsvektoren (12) gebildet wird, - zu überprüfen, ob durch den zumindest einen, für das jeweilige Belichtungsmuster (11) ermittelten azimutalen Schweißwinkel (u) ein vorbestimmtes Schweißwinkelkriterium (18) verletzt wird, und - eine vorbestimmte Ausgleichstrategie anzuwenden, wenn das vorbestimmte Schweißwinkelkriterium (18) durch den ermittelten, azimutalen Schweißwinkel (u) verletzt ist.
Computerprogrammprodukt (38), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Steuereinheit (9) einer Schichtbauvorrichtung (1) nach Anspruch 10 die Schichtbauvorrichtung (1) dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium (39), umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinheit (9) einer Schichtbauvorrichtung (1) nach Anspruch 10 die Schichtbauvorrichtung (1) dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.