DE102021129705A1

DE102021129705A1 - Method, planning device and computer program product for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, as well as method, manufacturing device and computer program product for the additive manufacturing of components from a powder material

Info

Publication number: DE102021129705A1
Application number: DE102021129705.2A
Authority: DE
Inventors: Dominik Maurer; Bernhard Gutmann; Wilhelm Meiners; Jeroen RISSE
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2023-05-17
Also published as: WO2023083929A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mittels des Energiestrahls (11) ein Bauteil (3) schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten (19) eines Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei- mindestens eine erste Pulvermaterialschicht (19, 19.1) aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten (19) festgelegt wird, für die mindestens ein erster mittels des Energiestrahls (11) in der Pulvermaterialschicht (19) zu verfestigender Querschnittsbereich (33) des herzustellenden Bauteils (3) festgelegt wird, wobei- eine Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren (300) für die Bestrahlung des zu verfestigenden Querschnittsbereichs (33) festgelegt wird, und wobei- eine zeitliche Reihenfolge für mindestens zwei einander unmittelbar benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren (310) der Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren (300) in Abhängigkeit mindestens eines für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren (310) jeweils mit mindestens einem weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor (320) ermittelten Nachbarschaftsparameters festgelegt wird, wobei- ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem Energiestrahl (11) erhalten wird.The invention relates to a method for planning a locally selective irradiation of a work area (15) with an energy beam (11) in order to use the energy beam (11) to produce a component (3) layer by layer from a plurality of layers in a sequence of layers in the work area (15 ) arranged powder material layers (19) of a powder material (5) to produce, wherein- at least one first powder material layer (19, 19.1) is defined from the plurality of powder material layers (19), for which at least a first one is formed by means of the energy beam (11) in the powder material layer ( 19) the cross-sectional area (33) to be hardened of the component (3) to be produced is defined, wherein- a plurality of irradiation vectors (300) for the irradiation of the cross-sectional area (33) to be hardened is defined, and wherein- a chronological sequence for at least two one another directly neighboring neighboring radiation vectors (310) of the plurality of radiation vectors (300) as a function of at least one neighborhood parameter determined for the neighboring radiation vectors (310) in each case with at least one other, time-priority radiation vector (320) is determined, with- a radiation plan for the locally selective irradiation of the work area (15) with the energy beam (11) is obtained.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Planungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, sowie ein Verfahren, eine Fertigungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial.The invention relates to a method, a planning device and a computer program product for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, and a method, a manufacturing device and a computer program product for the additive manufacturing of components from a powder material.

Aus WO 2018/184726 A1 ist es bekannt, ein Bauteil mittels eines Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in einem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, wobei für die einzelnen Pulvermaterialschichten eine lokale Wärmeableitungsfähigkeit insbesondere simulationsbasiert ermittelt wird, und wobei eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge für die jeweilige Pulvermaterialschicht in Abhängigkeit der ermittelten lokalen Wärmeableitungsfähigkeit festgelegt wird. Die Bestrahlung erfolgt dabei insbesondere in Richtung eines Gradienten der lokalen Wärmeableitungsfähigkeit. Während dies die Baubarkeit insbesondere von Überhangbereichen verbessern kann, erweist sich die Ermittlung lokaler Wärmeableitungsfähigkeiten für die Pulvermaterialschichten als sehr aufwendig in Hinblick sowohl auf Berechnungskosten als auch auf einen zeitlichen Aufwand für die Berechnung. Es ist auch bekannt, eine Bestrahlungsreihenfolge innerhalb einer Pulvermaterialschicht entgegen einer Schutzgas-Strömungsrichtung festzulegen, wodurch vorteilhaft ein Eintrag störender Substanzen wie Rauch und Schmauch in noch nicht bestrahlte Bereiche der Pulvermaterialschicht vermieden werden kann. Allerdings erlaubt diese von der Berechnung her sehr einfache Vorgehensweise keine Berücksichtigung spezifischer geometrischer Besonderheiten, insbesondere im Zusammenhang mit der Baubarkeit, was gerade in Bereichen problematisch sein kann, in denen leicht eine Überhitzung eines Schmelzbads des Pulvermaterials droht, beispielsweise in Überhangbereichen. Insbesondere flache Überhangwinkel sind auf diese Weise kaum oder zumindest nicht ohne das Vorsehen von Stützstrukturen darstellbar. Dies beschränkt die Anwendbarkeit eines solchen Verfahrens beziehungsweise erhöht die Bauteilkosten in Zusammenhang mit der Bereitstellung und späteren Entfernung von Stützstrukturen.Out of WO 2018/184726 A1 it is known to use an energy beam to produce a component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a sequence of layers in chronological succession in a work area, with a local heat dissipation capability being determined for the individual powder material layers, in particular on the basis of simulations, and with a temporal irradiation sequence for the respective powder material layer is determined depending on the determined local heat dissipation capability. In this case, the irradiation takes place in particular in the direction of a gradient of the local heat dissipation capability. While this can improve the buildability, particularly of overhang areas, determining local heat dissipation capabilities for the powder material layers proves to be very expensive in terms of both computational cost and computational time. It is also known to define an irradiation sequence within a powder material layer against a protective gas flow direction, which advantageously avoids the entry of disruptive substances such as smoke and smoke into areas of the powder material layer that have not yet been irradiated. However, this procedure, which is very simple in terms of calculation, does not allow specific geometric features to be taken into account, especially in connection with buildability, which can be problematic in areas where there is a risk of overheating of a melt pool of the powder material, for example in overhang areas. Flat overhang angles in particular can hardly be represented in this way, or at least not without the provision of support structures. This limits the applicability of such a method or increases the component costs in connection with the provision and subsequent removal of support structures.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Planungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, sowie ein Verfahren, eine Fertigungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile reduziert, vorzugsweise vermieden sind.The invention is therefore based on the object of creating a method, a planning device and a computer program product for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, as well as a method, a manufacturing device and a computer program product for the additive manufacturing of components from a powder material, the mentioned disadvantages are reduced, preferably avoided.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein - im Folgenden auch kurz als Planungsverfahren bezeichnetes - Verfahren zum - insbesondere computer-implementierten - Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem, das heißt mindestens einem, Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, wobei mindestens eine erste Pulvermaterialschicht aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten festgelegt wird, für die mindestens ein erster mittels des Energiestrahls in der Pulvermaterialschicht zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils festgelegt wird, wobei eine Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren für die Bestrahlung des zu verfestigenden Querschnittsbereichs festgelegt wird, und wobei eine zeitliche Reihenfolge für mindestens zwei einander unmittelbar benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren der Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren in Abhängigkeit mindestens eines für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren jeweils mit mindestens einem weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor ermittelten Nachbarschaftsparameters festgelegt wird, wobei ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl erhalten wird. Indem der jeweils mit dem mindestens einen weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor ermittelte Nachbarschaftsparameter zur Festlegung der zeitlichen Reihenfolge der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren herangezogen wird, kann eine unmittelbare geometrische Nachbarschaft der Bestrahlungsvektoren lokal bei der Bestimmung der Bestrahlungsreihenfolge und somit des Bestrahlungsplans herangezogen werden. Dies erlaubt vorteilhaft in einfacher Weise eine implizite Berücksichtigung der Wärmeableitungsfähigkeit, insbesondere da über den Nachbarschaftsparameter eine wärmeleitende Anbindung an bereits verfestigtes Pulvermaterial berücksichtigt werden kann. Indem somit die Bestrahlungsreihenfolge in Abhängigkeit von dem Nachbarschaftsparameter festgelegt wird, kann die Baubarkeit von thermisch kritischen Bereichen, insbesondere von Überhangbereichen, gerade auch bei flachen Überhangwinkeln, insbesondere von weniger als 45°, verbessert werden, ohne dass es hierzu aufwendiger Simulationen der Wärmeableitungsfähigkeit bedarf. Vorteilhaft kann die Baubarkeit solcher Überhangbereiche sogar derartig verbessert werden, dass auf Stützstrukturen verzichtet werden kann, was die Wirtschaftlichkeit der Herstellung eines solchen Bauteils weiter verbessert.The object is achieved in particular by using a method - also referred to below as a planning method for short - for - in particular computer-implemented - planning of locally selective irradiation of a work area with one, i.e. at least one, energy beam in order to use the energy beam to produce a component in layers a plurality of powder material layers of a powder material arranged sequentially in the work area in a layer sequence, is created, wherein at least a first powder material layer is defined from the plurality of powder material layers, for which at least a first cross-sectional area of the component to be produced is to be solidified in the powder material layer by means of the energy beam is defined, wherein a plurality of irradiation vectors for the irradiation of the cross-sectional area to be hardened is defined, and wherein a chronological order for at least two immediately adjacent neighboring irradiation vectors of the plurality of irradiation vectors is determined as a function of at least one for the neighboring irradiation vectors, each with at least one other , temporally priority irradiation vector determined neighborhood parameter is determined, wherein an irradiation plan for the locally selective irradiation of the work area with the energy beam is obtained. By using the proximity parameter determined with the at least one additional, time-priority radiation vector to determine the time sequence of the at least two neighboring radiation vectors, a direct geometric proximity of the radiation vectors can be used locally when determining the radiation sequence and thus the radiation plan. This advantageously allows the heat dissipation capability to be implicitly taken into account in a simple manner, in particular since a thermally conductive connection to already solidified powder material can be taken into account via the proximity parameter. By thus defining the irradiation sequence as a function of the neighborhood parameter, the buildability of thermally critical areas, in particular overhang areas, can be improved, especially in the case of shallow overhang angles, in particular of less than 45°, without the need for complex simulations of the heat dissipation capability. The buildability of such overhangs can be advantageous rich even be improved in such a way that support structures can be dispensed with, which further improves the cost-effectiveness of manufacturing such a component.

Insbesondere wird für jeden der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren der jeweils mindestens eine Nachbarschaftsparameter mit dem mindestens einen weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor ermittelt. Dabei kann für die mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren derselbe zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor verwendet werden, oder es können auch verschiedene zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektoren in die Ermittlung der Nachbarschaftsparameter eingehen. Insbesondere geht für jeden der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren derselbe zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor in die Ermittlung des Nachbarschaftsparameters ein, oder es geht jeweils der dem jeweiligen Nachbar-Bestrahlungsvektor nächstbenachbarte zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor in die Ermittlung des zugehörigen Nachbarschaftsparameters ein. Auf diese Weise wird für jeden der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren jeweils ein Nachbarschaftsparameter erhalten. Die zeitliche Reihenfolge für die mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren wird dann anhand eines Vergleichs der jeweils für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren ermittelten Nachbarschaftsparameter festgelegt.In particular, for each of the at least two neighboring radiation vectors, the respective at least one neighborhood parameter is determined with the at least one further, time-priority radiation vector. In this case, the same temporally prioritized irradiation vector can be used for the at least two neighboring irradiation vectors, or different temporally prioritized irradiation vectors can also be included in the determination of the neighborhood parameters. In particular, for each of the at least two neighboring radiation vectors, the same radiation vector with priority in time is included in the determination of the neighborhood parameter, or the radiation vector with priority in time in each case is included in the determination of the associated neighborhood parameter. In this way, a respective neighborhood parameter is obtained for each of the at least two neighboring irradiation vectors. The chronological sequence for the at least two neighboring radiation vectors is then established on the basis of a comparison of the neighborhood parameters determined for the neighboring radiation vectors.

Unter einem zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ein Bestrahlungsvektor verstanden, für den eine Bestrahlung zeitlich vor einer Bestrahlung eines anderen Bestrahlungsvektors, hier insbesondere der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren, vorgesehen ist. Zum Zeitpunkt der Ermittlung des Nachbarschaftsparameters steht also schon fest, dass der zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor zeitlich vor den Nachbar-Bestrahlungsvektoren bestrahlt wird.In the context of the present technical teaching, a temporally priority irradiation vector is understood to mean a irradiation vector for which irradiation is provided before irradiation of another irradiation vector, here in particular the at least two neighboring irradiation vectors. At the point in time when the neighborhood parameter is determined, it is already certain that the radiation vector with priority in terms of time will be irradiated before the neighboring radiation vectors.

Dass die zeitliche Reihenfolge für mindestens zwei einander unmittelbar benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren festgelegt wird, bedeutet im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere, dass eine zeitliche Reihenfolge der Bestrahlung der einander unmittelbar benachbarten Nachbar-Bestrahlungsvektoren festgelegt wird; das heißt, es wird festgelegt, welcher Nachbar-Bestrahlungsvektor der zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren zuerst bestrahlt wird, und welcher der beiden Nachbar-Bestrahlungsvektoren danach bestrahlt wird.In the context of the present technical teaching, the fact that the chronological sequence is defined for at least two directly adjacent neighboring irradiation vectors means in particular that a chronological sequence of the irradiation of the directly adjacent neighboring irradiation vectors is defined; that is, it is determined which of the two neighboring irradiation vectors is irradiated first and which of the two neighboring irradiation vectors is irradiated thereafter.

Unter einer Bestrahlung eines Bestrahlungsvektors wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass der Bestrahlungsvektor abgearbeitet wird, das heißt dass eine Bestrahlung des Pulvermaterials in dem Arbeitsbereich in Übereinstimmung mit der durch den Bestrahlungsvektor gegebenen Definition durchgeführt wird.In the context of the present technical teaching, an irradiation of an irradiation vector is understood in particular to mean that the irradiation vector is processed, ie the powder material in the working area is irradiated in accordance with the definition given by the irradiation vector.

Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des Energiestrahls über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt insbesondere die Richtung oder Orientierung der Verlagerung, das heißt die Vektorausrichtung, ein. Der Bestrahlungsvektor muss keinesfalls als Geradenabschnitt ausgebildet sein, vielmehr kann ein Bestrahlungsvektor auch einer zumindest bereichsweise gekrümmten Linie oder Kurve folgen.An irradiation vector is understood to mean, in particular, a continuous, preferably linear displacement of the energy beam over a specific distance with a specific direction of displacement. The irradiation vector includes in particular the direction or orientation of the displacement, i.e. the vector alignment. The irradiation vector does not have to be in the form of a straight line section, rather a irradiation vector can also follow a line or curve that is curved at least in some areas.

Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein schichtweises Aufbauen eines Bauteils aus Pulvermaterial verstanden, insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einem Pulverbett, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), einem selektiven Elektronenstrahlschmelzen ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.Additive or generative manufacturing or production of a component means in particular a layered construction of a component from powder material, in particular a powder bed-based method for producing a component in a powder bed, in particular a manufacturing method that is selected from a group consisting of a selective Laser Sintering Laser Metal Fusion (LMF) Direct Metal Laser Melting (DMLM) Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM) Selective Electron Beam Melting - (S)EBM), and a Laser Engineered Net Shaping (LENS). The manufacturing device is therefore set up in particular to carry out at least one of the aforementioned additive or generative manufacturing methods.

Unter einem Energiestrahl wird allgemein gerichtete Strahlung verstanden, die Energie transportieren kann. Hierbei kann es sich allgemein um Teilchenstrahlung oder Wellenstrahlung handeln. Insbesondere propagiert der Energiestrahl entlang einer Propagationsrichtung durch den physikalischen Raum und transportiert dabei Energie entlang seiner Propagationsrichtung. Insbesondere ist es mittels des Energiestrahls möglich, Energie lokal in dem Arbeitsbereich zu deponieren.An energy beam is generally understood to mean directed radiation that can transport energy. This can generally involve particle radiation or wave radiation. In particular, the energy beam propagates through the physical space along a propagation direction and thereby transports energy along its propagation direction. In particular, it is possible by means of the energy beam to deposit energy locally in the work area.

Der Energiestrahl ist in bevorzugter Ausgestaltung ein optischer Arbeitsstrahl. Unter einem optischen Arbeitsstrahl ist insbesondere gerichtete elektromagnetische Strahlung, kontinuierlich oder gepulst, zu verstehen, die im Hinblick auf ihre Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich geeignet ist zum additiven oder generativen Fertigen eines Bauteils aus Pulvermaterial, insbesondere zum Sintern oder Schmelzen des Pulvermaterials. Insbesondere wird unter einem optischen Arbeitsstrahl ein Laserstrahl verstanden, der kontinuierlich oder gepulst erzeugt sein kann. Der optische Arbeitsstrahl weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum oder im infraroten elektromagnetischen Spektrum, oder im Überlappungsbereich zwischen dem infraroten Bereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf.In a preferred embodiment, the energy beam is an optical working beam. An optical working beam is to be understood in particular as directed electromagnetic radiation, continuous or pulsed, which is suitable in terms of its wavelength or a wavelength range for the additive or generative manufacturing of a component from powder material, in particular for sintering or melting the powder material. In particular, an optical working beam means a laser beam that can be generated continuously or in a pulsed manner. The optical working beam preferably has a wavelength or a wave length range in the visible electromagnetic spectrum or in the infrared electromagnetic spectrum, or in the overlap region between the infrared and the visible range of the electromagnetic spectrum.

Unter einem Arbeitsbereich wird insbesondere ein Bereich, insbesondere eine Ebene oder Fläche, verstanden, in dem das Pulvermaterial angeordnet ist, und der lokal mit dem Energiestrahl bestrahlt wird, um das Pulvermaterial lokal zu verfestigen. Insbesondere wird das Pulvermaterial in dem Arbeitsbereich sequenziell schichtweise angeordnet und mit dem Energiestrahl lokal bestrahlt, um - Schicht für Schicht - ein Bauteil herzustellen.A working area is understood to mean in particular an area, in particular a plane or surface, in which the powder material is arranged and which is locally irradiated with the energy beam in order to locally solidify the powder material. In particular, the powder material is sequentially arranged in layers in the work area and is locally irradiated with the energy beam in order to produce a component—layer by layer.

Dass der Arbeitsbereich lokal mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, bedeutet insbesondere, dass nicht der gesamte Arbeitsbereich global - weder instantan noch sequenziell - mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, sondern dass der Arbeitsbereich vielmehr stellenweise, insbesondere an einzelnen, zusammenhängenden oder voneinander getrennten Stellen, mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, wobei der Energiestrahl insbesondere mittels der Scannervorrichtung innerhalb des Arbeitsbereichs verlagert wird. Dass der Arbeitsbereich selektiv mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, bedeutet insbesondere, dass der Arbeitsbereich an ausgewählten, vorbestimmten Stellen oder Orten oder in ausgewählten, vorbestimmten Bereichen mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird. Der Arbeitsbereich ist insbesondere eine Pulvermaterialschicht oder ein vorzugsweise zusammenhängendes Gebiet einer Pulvermaterialschicht, welche/welches mithilfe der Scannervorrichtung durch den Energiestrahl erreichbar ist, das heißt er umfasst insbesondere solche Stellen, Orte oder Bereiche der Pulvermaterialschicht, die mit dem Energiestrahl beaufschlagt werden können.The fact that the work area is locally exposed to the energy beam means, in particular, that the entire work area is not applied globally - neither instantaneously nor sequentially - to the energy beam, but rather that the work area is exposed in places, in particular at individual, contiguous or separate points, with the Energy beam is applied, wherein the energy beam is shifted in particular by means of the scanner device within the work area. The fact that the energy beam is applied selectively to the work area means in particular that the energy beam is applied to the work area at selected, predetermined points or locations or in selected, predetermined areas. The working area is in particular a layer of powder material or a preferably contiguous area of a layer of powder material which can be reached by the energy beam using the scanner device, i.e. it includes in particular those points, locations or areas of the layer of powder material that can be impinged on by the energy beam.

Insbesondere kann im Rahmen des Planungsverfahrens eine lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen geplant werden, um mittels der Mehrzahl von Energiestrahlen ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen.In particular, as part of the planning process, a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams can be planned in order to use the plurality of energy beams to produce a component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a sequence of layers in the work area.

Insbesondere wird für eine Mehrzahl der Pulvermaterialschichten jeweils mindestens ein zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils festgelegt, wobei jeweils eine Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren für die Bestrahlung des jeweils zu verfestigenden Querschnittsbereichs festgelegt wird, und wobei die zeitliche Reihenfolge für mindestens zwei einander unmittelbar benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren der Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren des j eweiligen Querschnittsbereichs der j eweiligen Pulvermaterialschicht in Abhängigkeit mindestens eines für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren jeweils mit mindestens einem weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor ermittelten Nachbarschaftsparameter festgelegt wird. Insbesondere wird diese Vorgehensweise für alle Pulvermaterialschichten der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten durchgeführt.In particular, at least one cross-sectional area of the component to be produced to be solidified is defined for a plurality of the powder material layers, with a plurality of irradiation vectors for the irradiation of the respective cross-sectional area to be solidified being defined in each case, and with the temporal sequence for at least two directly adjacent neighboring irradiation vectors of the plurality of irradiation vectors of the respective cross-sectional area of the respective powder material layer as a function of at least one neighborhood parameter determined for the neighboring irradiation vectors with at least one further, temporally priority irradiation vector. In particular, this procedure is carried out for all powder material layers of the plurality of powder material layers.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Nachbarschaftsparameter als Überdeckung eines dem jeweiligen Nachbar-Bestrahlungsvektor zugeordneten Schmelzbads mit dem mindestens einen weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor zugeordnetem, verfestigten Pulvermaterial ermittelt wird. Indem der mindestens eine Nachbarschaftsparameter als Überdeckung des dem jeweiligen Nachbar-Bestrahlungsvektor zugeordneten Schmelzbads mit dem dem zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor zugeordneten, verfestigten Pulvermaterial ermittelt wird, kann vorteilhaft in besonders einfacher und wenig rechenaufwendiger Weise implizit die thermische Anbindung an das verfestigte Pulvermaterial und damit die lokale Wärmeableitungsfähigkeit berücksichtigt werden, wobei es insbesondere möglich wird, den Nachbarschaftsparameter so zu definieren, dass die zeitliche Reihenfolge gleichsam automatisch entlang eines Gradienten der Wärmeableitungsfähigkeit festgelegt wird.According to a development of the invention, it is provided that the at least one neighborhood parameter is determined as the overlapping of a molten pool assigned to the respective neighboring radiation vector with the at least one other, time-priority radiation vector assigned, solidified powder material. By determining the at least one proximity parameter as the coverage of the molten pool assigned to the respective neighboring irradiation vector with the solidified powder material assigned to the temporally priority radiation vector, the thermal connection to the solidified powder material and thus the local heat dissipation ability can advantageously be implicitly determined in a particularly simple manner that requires little computational effort be taken into account, it being possible, in particular, to define the neighborhood parameter in such a way that the time sequence is set automatically, as it were, along a gradient of the heat dissipation capability.

Die Überdeckung wird insbesondere als flächenbezogene Überdeckung - absolut oder prozentual, insbesondere bezogen auf eine dem jeweiligen Nachbar-Bestrahlungsvektor zugeordnete Bestrahlungsfläche oder Schmelzbadfläche -, und/oder als streckenbezogene Überdeckung - absolut oder prozentual, insbesondere bezogen auf eine dem jeweiligen Nachbar-Bestrahlungsvektor zugeordnete Vektorlänge - ermittelt. Werden sowohl die flächenbezogene Überdeckung als auch die streckenbezogene Überdeckung ermittelt, wird hieraus in einer Ausführungsform als Nachbarschaftsparameter eine Gesamt-Überdeckung berechnet, wobei es möglich ist, dass die flächenbezogene Überdeckung einerseits und die streckenbezogene Überdeckung andererseits verschieden gewichtet werden. In einer anderen Ausführungsform werden für jeden Nachbar-Bestrahlungsvektor zwei Nachbarschaftsparameter berechnet, ein erster Nachbarschaftsparameter als flächenbezogene Überdeckung und ein zweiter Nachbarschaftsparameter als streckenbezogene Überdeckung, wobei die jeweiligen ersten und zweiten Nachbarschaftsparameter dann einzelnen miteinander verglichen werden, woraus zwei Vergleichswerte erhalten werden. Die beiden Vergleichswerte werden dann bevorzugt - gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer verschiedenen Gewichtung - zu einem Gesamt-Vergleichswert verrechnet, und die zeitliche Reihenfolge für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren wird anhand des Gesamt-Vergleichswerts bestimmen.The coverage is defined in particular as an area-related coverage - absolute or percentage, in particular in relation to an irradiation area or melt pool area assigned to the respective neighboring radiation vector -, and/or as a distance-related coverage - absolute or percentage, in particular in relation to a vector length assigned to the respective neighboring radiation vector - determined. If both the area-related coverage and the distance-related coverage are determined, in one embodiment a total coverage is calculated from this as a neighborhood parameter, it being possible for the area-related coverage on the one hand and the distance-related coverage on the other hand to be weighted differently. In another embodiment, two neighborhood parameters are calculated for each neighbor irradiation vector, a first neighborhood parameter as area-related coverage and a second neighborhood parameter as distance-related coverage, with the respective first and second neighborhood parameters then being compared individually with one another, from which two comparative values are obtained. The two comparison values are then preferred—possibly taking into account a different weighting—to form an overall comparison value ver calculated, and the chronological order for the neighboring radiation vectors is determined on the basis of the total comparison value.

Insbesondere wird der mindestens eine Nachbarschaftsparameter so berechnet, dass sein Wert mit zunehmender Überdeckung zunimmt; das heißt je größer die Überdeckung, desto größer der Nachbarschaftsparameter.In particular, the at least one neighborhood parameter is calculated such that its value increases with increasing coverage; that is, the larger the coverage, the larger the neighborhood parameter.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Reihenfolge für die mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren derart festgelegt wird, dass derjenige Nachbar-Bestrahlungsvektor der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren zuerst abgearbeitet wird, für den ein größerer Wert des mindestens einen Nachbarschaftsparameters ermittelt wird. Insbesondere auf diese Weise wird einfach und sicher gewährleistet, dass die zeitliche Reihenfolge entlang des Gradienten der Wärmeableitungsfähigkeit festgelegt wird.According to a development of the invention, it is provided that the chronological sequence for the at least two neighboring radiation vectors is defined in such a way that that neighboring radiation vector of the at least two neighboring radiation vectors is processed first for which a larger value of the at least one neighborhood parameter is determined. In this way, in particular, it is easily and reliably ensured that the chronological sequence is fixed along the gradient of the heat dissipation capability.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Querschnittsbereich in mindestens einen Überhangbereich und einen Kernbereich unterteilt wird. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Unterscheidung zwischen Überhangbereichen und Kernbereichen und damit insbesondere eine Differenzierung in der Bestrahlung, insbesondere eine Differenzierung in der Ermittlung der zeitlichen Reihenfolge für die Bestrahlung. Dies wiederum ermöglicht eine optimale Wahl der zeitlichen Reihenfolge der Bestrahlung mit Blick auf verschiedene Anforderungen in den verschiedenen Bereichen.According to a development of the invention, it is provided that the at least one cross-sectional area is divided into at least one overhang area and one core area. This advantageously enables a differentiation between overhang areas and core areas and thus in particular a differentiation in the irradiation, in particular a differentiation in the determination of the chronological sequence for the irradiation. This in turn enables an optimal choice of the chronological order of the irradiation with a view to different requirements in the different areas.

Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird unter einem Überhangbereich insbesondere ein Bereich verstanden, unterhalb von dem sich in Richtung der Schichtfolge zumindest bereichsweise, insbesondere im Bereich einer Konturlinie oder an einem äußeren Rand des Überhangbereichs, nicht-verfestigtes Pulvermaterial befindet. Ein solcher Überhangbereich wird auch als Downskin-Bereich bezeichnet. Insbesondere ist ein Überhangbereich ein Randbereich des Querschnittsbereichs. Es ist möglich, dass der Überhangbereich so festgelegt wird, dass er bereichsweise über verfestigtem Pulvermaterial angeordnet ist.In the context of the present technical teaching, an overhanging area is understood in particular to be an area below which, in the direction of the layer sequence, non-solidified powder material is located at least in certain areas, in particular in the area of a contour line or at an outer edge of the overhanging area. Such an overhang area is also referred to as a downskin area. In particular, an overhang area is an edge area of the cross-sectional area. It is possible for the overhang portion to be set to be portionwise located over solidified powder material.

Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird unter einem Kernbereich insbesondere ein Bereich verstanden, der in Richtung der Schichtfolge zumindest überwiegend, insbesondere mit mehr als 90 % seiner Fläche, über verfestigtem Pulvermaterial angeordnet ist. Ein solcher Kernbereich wird auch als Inskin-Bereich bezeichnet. Es ist möglich, dass der Kernbereich so festgelegt wird, dass er vollständig über verfestigtem Pulvermaterial angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass der Kernbereich so festgelegt wird, dass er bereichsweise über nichtverfestigtem Pulvermaterial angeordnet ist, wobei er insbesondere in Richtung auf die Konturlinie eines angrenzenden Überhangbereichs hin um einen vorbestimmten Abstand über das verfestigte Pulvermaterial hinausragen kann.In the context of the present technical teaching, a core area is understood to mean in particular an area which is arranged at least predominantly, in particular with more than 90% of its area, over solidified powder material in the direction of the layer sequence. Such a core area is also referred to as an inskin area. It is possible for the core area to be defined so that it is completely located over solidified powder material. However, it is also possible for the core area to be defined in such a way that it is arranged in areas above non-solidified powder material, in particular in the direction of the contour line of an adjacent overhang area it can protrude by a predetermined distance beyond the solidified powder material.

Unter einer Konturlinie wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine gedachte Begrenzungslinie des herzustellenden Bauteils in einer jeweiligen Pulvermaterialschicht verstanden, das heißt insbesondere eine gedachte Grenzlinie oder Umrandung eines in der Pulvermaterialschicht liegenden Querschnittsbereichs des herzustellenden Bauteils.In the context of the present technical teaching, a contour line is understood to mean in particular an imaginary boundary line of the component to be produced in a respective powder material layer, i.e. in particular an imaginary boundary line or border of a cross-sectional area of the component to be produced lying in the powder material layer.

In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens ist vorgesehen, dass die zeitliche Reihenfolge für die mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren in dem mindestens einen Überhangbereich festgelegt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Baubarkeit von Überhangbereichen, insbesondere mit flachen Überhangwinkeln, insbesondere von weniger als 45°, verbessert werden, indem dort in einfacher Weise implizit die lokale Wärmeableitungsfähigkeit berücksichtigt wird.In one embodiment of the planning method, it is provided that the chronological sequence for the at least two neighboring irradiation vectors in the at least one overhang region is defined. In this way, the constructability of overhang areas, in particular with flat overhang angles, in particular of less than 45°, can advantageously be improved by the local heat dissipation capability being implicitly taken into account there in a simple manner.

Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass in dem Kernbereich eine zeitliche Reihenfolge für mindestens zwei einander unmittelbar benachbarte Kern-Bestrahlungsvektoren in Abhängigkeit einer Schutzgas-Strömungsrichtung, insbesondere in Abhängigkeit einer Anordnung des j eweiligen Kern-Bestrahlungsvektors relativ zu der Schutzgas-Strömungsrichtung festgelegt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft für den Kernbereich insbesondere eine Bestrahlungsreihenfolge entgegen der Schutzgas-Strömungsrichtung festgelegt werden. Aufgrund der guten wärmeleitenden Anbindung an unter der aktuell bestrahlten Pulvermaterialschicht angeordnetes, bereits verfestigtes Pulvermaterial variiert die Wärmeableitungsfähigkeit in dem Kernbereich höchstens wenig, sodass hier vorteilhaft die Bestrahlungsreihenfolge unabhängig von der lokalen Wärmeableitungsfähigkeit mit Blick auf die Schutzgas-Strömungsrichtung festgelegt werden kann. In dem Überhangbereich dagegen variiert die lokale Wärmeableitungsfähigkeit stärker, sodass diese hier vorteilhaft für die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge bestimmend ist. Auf diese Weise werden die geometrischen und thermischen Besonderheiten der verschiedenen Bestrahlungsbereiche vorteilhaft berücksichtigt, insbesondere wenn die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge in dem Überhangbereich in Abhängigkeit von dem Nachbarschaftsparameter und in dem Kernbereich in Abhängigkeit von der Schutzgas-Strömungsrichtung festgelegt wird.Alternatively or additionally, it is provided that in the core region a chronological sequence for at least two immediately adjacent core irradiation vectors is defined depending on a protective gas flow direction, in particular depending on an arrangement of the respective core irradiation vector relative to the protective gas flow direction. In this way, an irradiation sequence counter to the direction of flow of the protective gas can advantageously be specified for the core region in particular. Due to the good thermally conductive connection to the already solidified powder material arranged under the currently irradiated powder material layer, the heat dissipation ability in the core area varies little at most, so that the irradiation sequence can be advantageously determined independently of the local heat dissipation ability with regard to the protective gas flow direction. In the overhang area, on the other hand, the local heat dissipation ability varies more, so that here it is advantageous for determining the temporal irradiation sequence. In this way, the geometric and thermal characteristics of the different irradiation areas are advantageously taken into account, especially if the temporal irradiation sequence in the overhang area is determined as a function of the neighborhood parameter and in the core area as a function of the protective gas flow direction.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine weitere, zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Bestrahlungsvektor aus dem mindestens einen Überhangbereich, einem Bestrahlungsvektor aus dem Kernbereich, und einem Bestrahlungsvektor aus einer entlang der Schichtfolge zeitlich vorrangigen Pulvermaterialschicht. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine wärmeleitende Anbindung an verfestigtes Pulvermaterial des Überhangsbereichs, des Kernbereichs und/oder einer darunterliegenden Pulvermaterialschichten berücksichtigt werden.According to a development of the invention, it is provided that the at least one further, temporally priority radiation vector is selected from a group consisting of: a radiation vector from the at least one overhang region, a radiation vector from the core region, and a radiation vector from a temporal priority along the layer sequence powder material layer. In this way, a thermally conductive connection to the solidified powder material of the overhang area, the core area and/or an underlying powder material layer can advantageously be taken into account.

In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens ist vorgesehen, dass für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren jeweils mindestens zwei verschiedene Nachbarschaftsparameter mit mindestens zwei verschiedenen weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektoren, insbesondere ausgewählt aus der zuvor genannten Gruppe, ermittelt werden. Auf diese Weise können vorteilhaft verschiedene wärmeleitende Anbindungen zugleich berücksichtigt werden.One embodiment of the planning method provides that at least two different neighborhood parameters are determined for the neighboring radiation vectors with at least two different additional radiation vectors that have priority in terms of time, in particular selected from the aforementioned group. In this way, different thermally conductive connections can advantageously be taken into account at the same time.

Insbesondere werden die verschiedenen Nachbarschaftsparameter bei der Festlegung der zeitlichen Reihenfolge verschieden gewichtet. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Berücksichtigung der verschiedenen Eigenschaften der wärmeleitenden Anbindungen an den Überhangbereich, den Kernbereich und/oder die darunterliegenden Pulvermaterialschichten. Insbesondere wird bevorzugt aus den mindestens zwei verschiedenen Nachbarschaftsparametern ein Gesamt-Nachbarschaftsparameter berechnet, beispielsweise als Mittelwert, und die zugeordneten Gesamt-Nachbarschaftsparameter der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren werden miteinander verglichen, um die zeitliche Reihenfolge festzulegen. Dabei ist es möglich, dass die verschiedenen Nachbarschaftsparameter jeweils mit verschiedenen Gewichten in die Berechnung des Gesamt-Nachbarschaftsparameters eingehen. Beispielweise kann der Gesamt-Nachbarschaftsparameter als gewichteter Mittelwert berechnet werden. Es ist aber auch möglich, dass die verschiedenen Nachbarschaftsparameter jeweils einzeln miteinander verglichen werden, wobei verschiedene Vergleichswerte erhalten werden, aus denen dann bevorzugt jeweils wiederum ein Gesamt-Vergleichswert - gegebenenfalls unter Gewichtung der einzelnen Vergleichswerte - berechnet wird, wobei die zeitliche Reihenfolge abhängig von dem Gesamt-Vergleichswert festgelegt wird.In particular, the various neighborhood parameters are weighted differently when determining the chronological order. This advantageously enables the various properties of the thermally conductive connections to the overhang area, the core area and/or the underlying powder material layers to be taken into account. In particular, an overall neighborhood parameter is preferably calculated from the at least two different neighborhood parameters, for example as an average value, and the assigned overall neighborhood parameters of the at least two neighboring irradiation vectors are compared with one another in order to determine the chronological order. In this case, it is possible for the various neighborhood parameters to be included in the calculation of the overall neighborhood parameter with different weights. For example, the overall neighborhood parameter can be calculated as a weighted average. However, it is also possible for the various neighborhood parameters to be compared individually with one another, with different comparison values being obtained from which an overall comparison value is then preferably calculated in turn - if necessary with weighting of the individual comparison values - with the chronological sequence depending on the Total comparison value is set.

In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens wird alternativ oder zusätzlich für mindestens eine erste Pulvermaterialschicht aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl in einem ersten Überhangbereich und in einem ersten Kernbereich der ersten Pulvermaterialschicht festgelegt, wobei für eine zweite Pulvermaterialschicht aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl nur für einen dem ersten Kernbereich zugeordneten zweiten Kernbereich der zweiten Pulvermaterialschicht festgelegt wird, wobei festgelegt wird, dass ein dem ersten Überhangbereich zugeordneter zweiter Überhangbereich der zweiten Pulvermaterialschicht nicht bestrahlt wird. Auf diese Weise wird die Baubarkeit von Überhängen weiter verbessert, wobei Überhitzungsphänomene besonders wirksam vermieden werden, indem Bestrahlungsenergie insbesondere selektiv nur in bestimmte, insbesondere einander zugeordnete Überhangbereiche ausgewählter Pulvermaterialschichten eingebracht wird.In one embodiment of the planning method, irradiation with the energy beam is alternatively or additionally specified for at least a first powder material layer from the plurality of powder material layers in a first overhang area and in a first core area of the first powder material layer, with irradiation for a second powder material layer from the plurality of powder material layers is determined with the energy beam only for a second core area of the second powder material layer assigned to the first core area, it being determined that a second overhang area of the second powder material layer assigned to the first overhang area is not irradiated. In this way, the buildability of overhangs is further improved, with overheating phenomena being avoided particularly effectively by the irradiation energy being introduced selectively only into specific overhang regions of selected powder material layers, which are in particular associated with one another.

Dass der zweite Überhangbereich dem ersten Überhangbereich zugeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass der zweite Überhangbereich entlang der Schichtfolge dem ersten Überhangbereich zumindest bereichsweise benachbart, insbesondere darüber angeordnet ist, insbesondere derart, dass der erste Überhangbereich und der zweite Überhangbereich zumindest bereichsweise miteinander überlappen. Dass der zweite Kernbereich dem ersten Kernbereich zugeordnet ist, bedeutet entsprechend insbesondere, dass der zweite Kernbereich entlang der Schichtfolge dem ersten Kernbereich zumindest bereichsweise benachbart, insbesondere darüber angeordnet ist, insbesondere derart, dass der erste Kernbereich und der zweite Kernbereich zumindest bereichsweise miteinander überlappen.The fact that the second overhang area is assigned to the first overhang area means in particular that the second overhang area is at least partially adjacent to the first overhang area along the layer sequence, in particular arranged above it, in particular in such a way that the first overhang area and the second overhang area overlap at least in areas. The fact that the second core area is assigned to the first core area accordingly means in particular that the second core area is at least partially adjacent to the first core area along the layer sequence, in particular arranged above it, in particular in such a way that the first core area and the second core area overlap at least in areas.

In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens werden die erste Pulvermaterialschicht und die zweite Pulvermaterialschicht entlang der Schichtfolge unmittelbar übereinander angeordnet.In one embodiment of the planning method, the first powder material layer and the second powder material layer are arranged directly one above the other along the layer sequence.

In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens wird die Schichtfolge für das herzustellende Bauteil mit einer Mehrzahl von ersten Pulvermaterialschichten und einer Mehrzahl von zweiten Pulvermaterialschichten festgelegt. Gemäß einer Ausführungsform sind dabei die ersten Pulvermaterialschichten und die zweiten Pulvermaterialschichten alternierend angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass entlang der Schichtfolge unmittelbar einander abwechselnd einzelne erste und zweite Pulvermaterialschichten übereinander angeordnet sind.In one embodiment of the planning method, the layer sequence for the component to be produced is defined with a plurality of first powder material layers and a plurality of second powder material layers. According to one embodiment, the first powder material layers and the second powder material layers are arranged in an alternating manner. This means, in particular, that individual first and second powder material layers are arranged one above the other in direct alternation along the layer sequence.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ersten Pulvermaterialschichten und die zweiten Pulvermaterialschichten blockweise abwechselnd angeordnet sind. Dies bedeutet insbesondere, dass entlang der Schichtfolge Blöcke von ersten und zweiten Pulvermaterialschichten einander abwechselnd übereinander angeordnet sind, wobei jeder Block mindestens eine Pulvermaterialschicht, insbesondere eine Mehrzahl von Pulvermaterialschichten aufweist. In einer Ausführungsform umfasst jeder Block der zweiten Pulvermaterialschichten eine Mehrzahl der zweiten Pulvermaterialschichten, während jeder Block der ersten Pulvermaterialschichten nur genau eine erste Pulvermaterialschicht aufweist.According to another embodiment, it is provided that the first powder material layers and the second powder material layers are arranged alternately in blocks. This means in particular that blocks of first and second powder material layers are arranged alternately one above the other along the layer sequence are, each block having at least one powder material layer, in particular a plurality of powder material layers. In one embodiment, each block of the second layers of powder material comprises a plurality of the second layers of powder material, while each block of the first layers of powder material comprises only exactly one first layer of powder material.

Gemäß wieder einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ersten Pulvermaterialschichten und die zweiten Pulvermaterialschichten abschnittsweise alternierend und abschnittsweise blockweise abwechselnd entlang der Schichtfolge übereinander angeordnet sind. Dies stellt insbesondere eine abschnittsweise Kombination der zuvor dargestellten Ausführungsformen entlang der Schichtfolge dar.According to yet another embodiment, it is provided that the first powder material layers and the second powder material layers are arranged alternately in sections and in blocks alternately in sections along the layer sequence one above the other. This represents in particular a sectional combination of the previously presented embodiments along the layer sequence.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Bestrahlung des Kernbereichs zeitlich vor einer Bestrahlung des mindestens einen Überhangbereichs festgelegt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass zunächst in dem Kernbereich verfestigtes Pulvermaterial bereitgestellt wird, an welches dann eine wärmeleitende Anbindung der Schmelzbäder für die Bestrahlung des Überhangsbereichs geschaffen werden kann. Insbesondere kann auf diese Weise eine Bestrahlung des Überhangsbereichs von einem Inneren des Bauteils her nach außen in Richtung auf die Konturlinie erfolgen, wodurch vorteilhaft zu jedem Zeitpunkt eine gute wärmeleitende Anbindung der gerade erzeugten Schmelzbäder gewährleistet ist, so dass Überhitzungsphänomene nach Möglichkeit vermieden werden.According to a development of the invention, it is provided that an irradiation of the core area is scheduled before an irradiation of the at least one overhang area. In this way, it can advantageously be ensured that solidified powder material is first provided in the core area, to which a thermally conductive connection of the molten baths can then be created for the irradiation of the overhang area. In particular, in this way the overhanging area can be irradiated from the inside of the component outwards in the direction of the contour line, which advantageously ensures a good thermally conductive connection of the molten pools just produced at all times, so that overheating phenomena are avoided as far as possible.

Insbesondere wird eine zeitliche Reihenfolge der Bestrahlung derart festgelegt, dass zunächst der Kernbereich vollständig bestrahlt wird, bevor die Bestrahlung des mindestens einen Überhangbereichs begonnen wird.In particular, a chronological sequence of the irradiation is defined in such a way that first the core area is completely irradiated before the irradiation of the at least one overhang area is started.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den mindestens einen Überhangbereich eine Verlagerung des Energiestrahls abschnittsweise entlang einer Konturlinie oder Grenzlinie des herzustellenden Bauteils festgelegt wird, wobei für die Verlagerung des Energiestrahls abschnittsweise entlang der Konturlinie mindestens ein Konturfahrtvektor festgelegt wird, und wobei zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren für den Überhangbereich zumindest abschnittsweise parallel zu dem Konturfahrtvektor festgelegt wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine besonders hohe Bauteilqualität in dem Überhangbereich erhalten. According to a development of the invention, it is provided that for the at least one overhanging area, a displacement of the energy beam is defined in sections along a contour line or boundary line of the component to be produced, with at least one contour travel vector being defined for the displacement of the energy beam in sections along the contour line, and with at least one Part of the irradiation vectors for the overhang area is set at least in sections parallel to the contour travel vector. In this way, a particularly high component quality is advantageously obtained in the overhang area.

Insbesondere wird zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren für den Überhangbereich zumindest abschnittsweise als Parallelkurven zu dem Konturfahrtvektor festgelegt. Alternativ wird zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren erhalten, indem der Konturfahrtvektor zumindest abschnittsweise parallelversetzt wird.In particular, at least some of the radiation vectors for the overhanging area are defined, at least in sections, as parallel curves to the contour travel vector. Alternatively, at least part of the radiation vectors is obtained by parallel offsetting the contour travel vector at least in sections.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den mindestens einen Überhangbereich eine Verlagerung des Energiestrahls abschnittsweise entlang mindestens einer ersten Begrenzungslinie zwischen dem Überhangbereich und dem Kernbereich festgelegt wird, wobei für die Verlagerung des Energiestrahls abschnittsweise entlang der ersten Begrenzungslinie mindestens ein erster Begrenzungsfahrtvektor festgelegt wird. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Stabilität und Qualität des Bauteils im Übergangsbereich zwischen dem Überhangbereich und dem Kernbereich erzielt werden.According to one development of the invention, it is provided that for the at least one overhang area, a displacement of the energy beam is defined in sections along at least a first boundary line between the overhang area and the core area, with at least one first limiting travel vector being defined in sections for the displacement of the energy beam along the first boundary line . In this way, a particularly high stability and quality of the component can be achieved in the transition area between the overhang area and the core area.

Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass für den mindestens einen Überhangbereich eine Verlagerung des Energiestrahls abschnittsweise entlang mindestens einer zweiten Begrenzungslinie zwischen dem Überhangbereich und mindestens einem weiteren - angrenzenden - Überhangbereich festgelegt wird, wobei für die Verlagerung des Energiestrahls abschnittsweise entlang der zweiten Begrenzungslinie mindestens ein zweiter Begrenzungsfahrtvektor festgelegt wird. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Stabilität und Qualität des Bauteils im Übergangsbereich zwischen verschiedenen Überhangbereichen erzielt werden.Alternatively or additionally, it is provided that for the at least one overhanging area, a displacement of the energy beam is defined in sections along at least one second boundary line between the overhanging area and at least one other - adjoining - overhanging area, with at least one second boundary line being used for the displacement of the energy beam in sections along the second boundary line Limit travel vector is set. In this way, a particularly high stability and quality of the component can be achieved in the transition area between different overhang areas.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen das zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren für den mindestens einen Überhangbereich zumindest abschnittsweise parallel zu mindestens einem Begrenzungsfahrtvektor, ausgewählt aus dem ersten Begrenzungsfahrtvektor und dem zweiten Begrenzungsfahrtvektor, festgelegt wird. Auch auf diese Weise wird vorteilhaft eine besonders hohe Bauteilqualität in dem Überhangbereich erhalten.According to a further development of the invention, at least some of the irradiation vectors for the at least one overhang region are defined at least in sections parallel to at least one limiting travel vector selected from the first limiting travel vector and the second limiting travel vector. In this way, too, a particularly high component quality is advantageously obtained in the overhang area.

Insbesondere wird zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren für den mindestens einen Überhangbereich zumindest abschnittsweise als Parallelkurven zu dem mindestens einen Begrenzungsfahrtvektor festgelegt. Alternativ wird zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren erhalten, indem der mindestens eine Begrenzungsfahrtvektor zumindest abschnittsweise parallelversetzt wird.In particular, at least some of the irradiation vectors for the at least one overhang area are defined at least in sections as parallel curves to the at least one limit travel vector. Alternatively, at least some of the radiation vectors are obtained by parallel offsetting of the at least one limiting travel vector, at least in sections.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Bestrahlungssegmente mit jeweils mindestens zwei Bestrahlungsvektoren festgelegt werden, wobei für mindestens einen Bereich, ausgewählt aus dem mindestens einen Überhangbereich und dem Kernbereich, die Bestrahlungsvektoren zumindest in einem Bestrahlungssegment der Bestrahlungssegmente kollinear oder parallel zueinander festgelegt werden. Auf diese Weise kann eine sowohl einfache als auch effektive Bestrahlung des zumindest einen Bestrahlungssegments bei gleichzeitig hoher Bauteilqualität erhalten werden. Das mindestens eine Bestrahlungssegment kann insbesondere als Streifen oder als Schachbrettfeld eines schachbrettartigen Musters aus Bestrahlungssegmenten ausgebildet sein.According to a further development of the invention, it is provided that irradiation segments are defined with at least two irradiation vectors each, the irradiation vectors for at least one area selected from the at least one overhang area and the core area be set collinear or parallel to one another at least in one irradiation segment of the irradiation segments. In this way, both simple and effective irradiation of the at least one irradiation segment can be obtained with high component quality at the same time. The at least one irradiation segment can be designed in particular as a strip or as a chessboard field of a chessboard-like pattern of irradiation segments.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Bestrahlungssegmente mit jeweils mindestens zwei Bestrahlungsvektoren festgelegt werden, wobei in mindestens einem Bereich, ausgewählt aus dem mindestens einen Überhangbereich und dem Kernbereich, zumindest in einem Bestrahlungssegment der Bestrahlungssegmente für einander in dem Bestrahlungssegment paarweise unmittelbar benachbarte Bestrahlungsvektoren ein konstanter Abstand voneinander festgelegt wird. Auch auf diese Weise kann eine sowohl einfache als auch effektive Bestrahlung des zumindest einen Bestrahlungssegments bei gleichzeitig hoher Bauteilqualität erhalten werden.According to a development of the invention, it is provided that irradiation segments are defined with at least two irradiation vectors each, whereby in at least one area, selected from the at least one overhang area and the core area, at least in one irradiation segment of the irradiation segments, two pairs of directly adjacent irradiation vectors are used for each other in the irradiation segment constant distance from each other. In this way, too, both simple and effective irradiation of the at least one irradiation segment can be obtained with simultaneously high component quality.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer im Folgenden noch beschriebenen erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, zum additiven Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial erhalten wird. Unabhängig davon, ob das Verfahren auf einer separat zu einer Fertigungsvorrichtung angeordneten Planungsvorrichtung oder auf der Fertigungsvorrichtung selbst durchgeführt wird, wird der Bestrahlungsplan auf diese Weise in einfach handhabbarer, insbesondere maschinenlesbarer Form erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt auch möglich, den als Datensatz erhaltenen Bestrahlungsplan zu exportieren und unabhängig von einer bestimmten Vorrichtung, beispielsweise verkörpert auf einem Datenträger oder virtuell über ein Netzwerk, zu transportieren, insbesondere zu übertragen.According to a development of the invention, it is provided that the irradiation plan is obtained as a data set for controlling a production device, in particular a production device according to the invention described below or a production device according to one or more of the embodiments described below, for additively manufacturing a component from the powder material becomes. Irrespective of whether the method is carried out on a planning device arranged separately from a production device or on the production device itself, the irradiation plan is obtained in this way in a form that is easy to handle, in particular machine-readable. In particular, it is preferably also possible to export the irradiation plan received as a data record and to transport, in particular to transmit, independently of a specific device, for example embodied on a data carrier or virtually via a network.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder mithilfe eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem, das heißt mindestens einem, Energiestrahl, um das Bauteil mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan, insbesondere mittels der im Folgenden beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung nach einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Verfahren zum additiven Fertigen ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung beschrieben wurden.The object is also achieved by creating a method for additively manufacturing a component from a powder material, which has the following steps: providing a method according to the invention for planning a locally selective irradiation of the work area or using a method according to one or more of those described above Embodiments obtained irradiation plan for the locally selective irradiation of a work area with one, i.e. at least one, energy beam in order to produce the component by means of the energy beam in layers from a plurality of powder material layers of the powder material arranged in a layer sequence in succession in time in the work area, and manufacturing the component according to the irradiation plan, in particular by means of the manufacturing device according to the invention described below or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below. In connection with the method for additive manufacturing, there are in particular those advantages that have already been described above in connection with the method for planning the locally selective irradiation.

Im Rahmen des Verfahrens kann das Bauteil auch mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen gefertigt werden, indem der Arbeitsbereich mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen lokal selektiv bestrahlt wird. Auf diese Weise kann die Fertigung des Bauteils vorteilhaft beschleunigt werden, insbesondere indem verschiedene Querschnittsbereiche des Bauteils innerhalb einer Pulvermaterialschicht simultan verfestigt werden.Within the scope of the method, the component can also be manufactured with a plurality of energy beams by locally selectively irradiating the work area with a plurality of energy beams. In this way, the production of the component can advantageously be accelerated, in particular by simultaneously solidifying different cross-sectional areas of the component within a layer of powder material.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das Verfahren zum Fertigen des Bauteils zugleich auch - insbesondere in Form vorgelagerter Schritte - das Verfahren zum Planen der Bestrahlung.According to a development of the invention, it is provided that the irradiation plan is provided by carrying out a method according to the invention for planning a locally selective irradiation of the work area or a method for planning according to one or more of the previously described embodiments. The method for manufacturing the component thus also includes the method for planning the irradiation—in particular in the form of preceding steps.

Als Energiestrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet.A laser beam or an electron beam is preferably used as the energy beam.

Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.The component is preferably manufactured by means of selective laser sintering and/or selective laser melting.

Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.In particular, a metallic or ceramic powder can preferably be used as the powder material.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt geschaffen wird, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. In Zusammenhang mit dem Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.The object is also achieved by creating a computer program product, comprising machine-readable instructions, on the basis of which a method according to the invention for planning a locally selective irradiation of the working area or a method for planning according to one or more of the embodiments described above is carried out on a computing device if the Computer program product running on the computing device. In connection with the computer program product, there are in particular those advantages that have already been mentioned before have been described in connection with the planning process and the additive manufacturing process.

Zur Erfindung gehört auch ein erster Datenträger, umfassend ein solches erstes Computerprogrammprodukt.The invention also includes a first data carrier comprising such a first computer program product.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt geschaffen wird, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial oder ein Verfahren zum additiven Fertigen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. In Zusammenhang mit dem Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.The object is also achieved by creating a computer program product, comprising machine-readable instructions, on the basis of which a method according to the invention for additively manufacturing a component from a powder material or a method for additively manufacturing according to one or more of the embodiments described above is carried out on a computing device if the computer program product runs on the computing device. In connection with the computer program product, there are in particular those advantages which have already been described above in connection with the method for planning and the method for additive manufacturing.

Zur Erfindung gehört auch ein zweiter Datenträger, umfassend ein solches zweites Computerprogrammprodukt.The invention also includes a second data carrier comprising such a second computer program product.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem, das heißt mindestens einem, Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, geschaffen wird, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.The object is also achieved by creating a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with one, i.e. at least one, energy beam in order to use the energy beam to produce a component from a powder material arranged in the work area, the planning device being set up to carry out a method according to the invention for planning a locally selective irradiation of a work area with the energy beam or a method for planning according to one or more of the embodiments described above. In connection with the planning device, there are in particular those advantages which have already been described above in connection with the planning method and the additive manufacturing method.

Insbesondere kann die Planungsvorrichtung eingerichtet sein, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen zu planen.In particular, the planning device can be set up to plan the locally selective irradiation of the work area with a plurality of energy beams.

In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung ausgebildet als eine Vorrichtung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung eine RTC5- oder RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.In one embodiment, the planning device is designed as a device that is selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In one embodiment, the planning device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the configuration currently available on the date determining the seniority of the present property right.

Insbesondere kann die Planungsvorrichtung extern oder separat zu einer Fertigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungsvorrichtung vorzugsweise ein Datensatz erstellt wird, der dann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Datenträgers oder über ein Netzwerk, insbesondere über das Internet, oder über eine andere geeignete drahtlose oder kabelgebundene Übermittlungsform, an eine Fertigungsvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, übermittelt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung aus CAD-Daten CAM-Daten, das heißt insbesondere einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert, wobei dieser Befehlsablauf dann an die Fertigungsvorrichtung zu deren Steuerung übermittelt wird. Auch ist es möglich, dass der Planungsvorrichtung CAD-Daten eines Bauteils übergeben werden, wobei die Planungsvorrichtung hieraus den Befehlsablauf für die Fertigungsvorrichtung generiert. Die Planungsvorrichtung kann aber auch in eine Fertigungsvorrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung in die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung integriert sein, oder die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung kann als Planungsvorrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogrammprodukts, insbesondere einer Software. Beispielsweise ist es möglich, dass der Fertigungsvorrichtung dann CAD-Daten eines herzustellenden Bauteils übergeben werden, wobei die Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere die in die Steuervorrichtung implementierte Planungsvorrichtung, aus den CAD-Daten entsprechende CAM-Daten beziehungsweise einen Befehlsablauf zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert. Es ist aber auch möglich, dass die Planungsvorrichtung eine Mehrzahl von Rechenvorrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungsvorrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Rechenvorrichtungen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungsvorrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungsvorrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungsvorrichtung externe Rechenvorrichtung und andererseits die Fertigungsvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungsvorrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Rechenvorrichtung und teilweise auf der Fertigungsvorrichtung, insbesondere auf der Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungsvorrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die zuvor beschriebenen Schritte und/oder Festlegungen bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Rechenvorrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungsvorrichtung externen Rechenvorrichtung, oder auch in der Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere deren Steuervorrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung von einer anderen Rechenvorrichtung erzeugte CAM-Daten oder einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, verändert, anpasst oder korrigiert.In particular, the planning device can be provided externally or separately from a production device, with the planning device preferably creating a data record which is then stored in a suitable manner, for example by means of a data carrier or via a network, in particular via the Internet, or via another suitable wireless or wired form of transmission, is transmitted to a manufacturing device, in particular a control device of a manufacturing device. For example, it is possible for the planning device to generate CAM data from CAD data, ie in particular a command sequence, in particular an NC program, for controlling the production device, with this command sequence then being transmitted to the production device for its control. It is also possible for CAD data of a component to be transferred to the planning device, with the planning device generating the command sequence for the production device from this. However, the planning device can also be integrated into a manufacturing device. In particular, the planning device can be integrated into the control device of the production device, or the control device of the production device can be designed as a planning device, in particular by providing a suitable hardware component and/or by implementing a suitable computer program product, in particular software. For example, it is possible for CAD data of a component to be produced to be transferred to the production device, with the production device itself, in particular the planning device implemented in the control device, generating corresponding CAM data or a command sequence for controlling the production device from the CAD data. However, it is also possible for the planning device to comprise a plurality of computing devices, in which case it is in particular designed to be physically distributed. The planning device then preferably comprises a plurality of computing devices that are networked with one another. In particular, the planning device can be embodied as a data cloud or so-called cloud, or the planning device is part of a data cloud or cloud. In a preferred embodiment, it is also possible for the planning device to comprise on the one hand at least one computing device external to the manufacturing device and on the other hand the manufacturing device, in particular the control device of the manufacturing device, with steps carried out by the planning device being carried out partly on the external computing device and partly on the manufacturing device, especially on the control device become. In particular, it is also possible that the planning device does not take over the complete planning of the locally selective irradiation of the work area, but only parts thereof; In particular, it is possible for the planning device to take over only that part of the planning of the locally selective irradiation of the work area that relates to the steps and/or definitions described above. On the other hand, other parts of the planning of the locally selective irradiation can be carried out in other computing devices, in particular in computing devices external to the manufacturing device, or also in the manufacturing device itself, in particular its control device, or also in a data cloud or cloud. In particular, it is possible for the planning device to change, adapt or correct CAM data generated by another computing device or a command sequence, in particular an NC program.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die eine Strahlerzeugungsvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines, das heißt mindestens eines, Energiestrahls. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die mit der Scannervorrichtung, optional auch mit der Strahlerzeugungsvorrichtung, wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung, und gegebenenfalls die Strahlerzeugungsvorrichtung, anzusteuern. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum additiven Fertigen von Bauteilen oder eines Verfahrens zum additiven Fertigen von Bauteilen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.The object is also achieved by creating a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, which has a beam generating device that is set up to generate one, ie at least one, energy beam. In addition, the production device has a scanner device that is set up to locally and selectively irradiate a work area with the energy beam in order to use the energy beam to produce a component from the powder material arranged in the work area. In addition, the manufacturing device has a control device that is functionally connected to the scanner device, optionally also to the beam generating device, and set up to control the scanner device and, if necessary, the beam generating device. The control device is set up to carry out a method according to the invention for the additive manufacturing of components or a method for the additive manufacturing of components according to one or more of the embodiments described above. In connection with the manufacturing device, there are in particular those advantages that have already been described above in connection with the method for planning and the method for additive manufacturing.

Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl von Energiestrahlen zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Strahlerzeugungsvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl von Energiestrahlen auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl von Energiestrahlen eine Mehrzahl von Scannervorrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Energiestrahlen - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung hierfür eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.In one embodiment, the beam generating device is set up to generate a plurality of energy beams and/or the manufacturing device has a plurality of beam generating devices for generating a plurality of energy beams. It is possible that a plurality of scanner devices are provided for the plurality of energy beams. However, it is also possible for the scanner device to be set up to displace a plurality of energy beams—in particular independently of one another—on the work area. In particular, the scanner device can have a plurality of separately controllable scanners, in particular scanner mirrors, for this purpose.

Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu verlagern.The scanner device preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area. The scanner devices proposed here are particularly suitable for shifting the energy beam within the working area between a plurality of irradiation positions.

Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein.A working head or processing head that can be displaced relative to the work area is understood here in particular to mean an integrated component of the production device which has at least one radiation outlet for at least one energy beam, the integrated component, i.e. the working head, as a whole along at least one displacement direction, preferably along two mutually perpendicular directions of displacement, is displaceable relative to the work area. Such a working head can, in particular, be designed in the form of a portal or be guided by a robot. In particular, the working head can be designed as a robot hand of a robot.

Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.The control device is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In a preferred embodiment, the control device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the version currently available on the date determining the seniority of the present property right.

Bevorzugt ist die Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Der Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.The beam generating device is preferably designed as a laser. The energy beam is thus advantageously generated as an intensive beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light. In this respect, irradiation preferably means exposure.

Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.The production device is preferably set up for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is set up for selective laser melting. These configurations of the manufacturing device have proven to be particularly advantageous.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, und
3 eine schematische Darstellung weiterer Ausführungsbeispiele des Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. show:

1 a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with an embodiment of a planning device;
2 a schematic representation of exemplary embodiments of a method for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, and
3 a schematic representation of further exemplary embodiments of the method for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen eines Bauteils 3 aus einem Pulvermaterial 5 mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung 7. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of a component 3 from a powder material 5 with an embodiment of a planning device 7.

Die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine vorzugsweise als Laser ausgebildete Strahlerzeugungsvorrichtung 9 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls 11, insbesondere eines Laserstrahls, sowie außerdem eine Scannervorrichtung 13, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 15 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 11 zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls 11 das Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterial 5 herzustellen. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist weiterhin eine insbesondere als eine Rechenvorrichtung 8 ausgebildete Steuervorrichtung 17 auf, die mit der Scannervorrichtung 13 und bevorzugt auch mit der Strahlerzeugungsvorrichtung 9 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung 13 und gegebenenfalls die Strahlerzeugungsvorrichtung 9 anzusteuern. Dabei ist die Steuervorrichtung 17 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11, kurz auch als Planungsverfahren bezeichnet.Manufacturing device 1 has a beam generating device 9, preferably embodied as a laser, which is set up to generate an energy beam 11, in particular a laser beam, and also a scanner device 13, which is set up to locally and selectively irradiate a work area 15 with energy beam 11 in order to to produce the component 3 from the powder material 5 arranged in the working area 15 by means of the energy beam 11 . The manufacturing device 1 also has a control device 17 embodied in particular as a computing device 8, which is operatively connected to the scanner device 13 and preferably also to the beam generating device 9 and set up to control the scanner device 13 and optionally the beam generating device 9. The control device 17 is set up to carry out a method, described in more detail below, for planning the locally selective irradiation of the work area 15 with the energy beam 11, also referred to as a planning method for short.

Insbesondere weist die Steuervorrichtung 17 hierzu die insbesondere als eine weitere Rechenvorrichtung 10 ausgebildete Planungsvorrichtung 7 auf, die entsprechend zur Durchführung des Planungsverfahrens eingerichtet ist. Alternativ ist es möglich, dass die Steuervorrichtung 17 selbst als die Planungsvorrichtung 7 ausgebildet ist. Es ist aber in einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung auch möglich, dass das Planungsverfahren auf einer separat zu der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehenen Planungsvorrichtung 7 ausgeführt wird.For this purpose, in particular, the control device 17 has the planning device 7 embodied in particular as a further computing device 10 which is set up accordingly for carrying out the planning method. Alternatively, it is possible for the control device 17 itself to be in the form of the planning device 7 . However, in an embodiment not shown here, it is also possible for the planning method to be carried out on a planning device 7 provided separately from the production device 1 .

Die Fertigungsvorrichtung 1 ist insbesondere eingerichtet, um das Bauteil 3 schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterialschichten 19 aufzubauen. Hierzu ist der Arbeitsbereich 15, insbesondere in Form eines Pulverbetts, auf einer Bauplattform 21 angeordnet, die im Zuge der Bereitstellung der zeitlich aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten 19 in dem Arbeitsbereich 15 schrittweise entgegen einer Hochrichtung Z abgesenkt wird. Das jeweils eine nächste Pulvermaterialschicht 19 bildende Pulvermaterial 5 wird mittels eines insbesondere als Wischer oder Schieber ausgebildeten Beschichtungselements 23 aus dem Bereich eines Vorratszylinders 25 in den Arbeitsbereich 15 gefördert und dort durch das Beschichtungselement 23 geglättet, sodass die jeweils aktuelle Pulvermaterialschicht 19 bereitgestellt wird. In dem Vorratszylinder 25 ist eine Plattform 27 angeordnet, die - insoweit korrespondierend zu dem Absenken der Bauplattform 21 - schrittweise, wie durch einen Pfeil 29 schematisch dargestellt, in der Hochrichtung Z angehoben wird, um das Pulvermaterial 5 aus dem Vorratszylinder 25 heraus auf das Niveau des Arbeitsbereichs 15 zu fördern. Überschüssiges Pulvermaterial 5 wird bevorzugt durch das Beschichtungselement 23 in einen Aufnahmebehälter 31 gefördert. Indem sukzessive auf diese Weise Pulvermaterialschicht 19 für Pulvermaterialschicht 19 Pulvermaterial 5 mittels des Energiestrahls 11 in dem Arbeitsbereich 15 lokal selektiv verfestigt wird, wird das Bauteil 3 Schicht für Schicht, das heißt schichtweise, aufgebaut. Die Schichtfolge der Pulvermaterialschichten 19 erstreckt sich dabei entlang der Hochrichtung Z.The production device 1 is set up, in particular, to build up the component 3 layer by layer from a plurality of powder material layers 19 arranged in a sequence in time in the working area 15 . For this purpose, the working area 15, in particular in the form of a powder bed, is arranged on a construction platform 21, which is gradually lowered counter to a vertical direction Z in the course of the provision of the temporally successive powder material layers 19 in the working area 15. The powder material 5 that forms the next powder material layer 19 is conveyed from the area of a storage cylinder 25 to the work area 15 by means of a coating element 23, designed in particular as a wiper or pusher, and is smoothed there by the coating element 23, so that the current powder material layer 19 is provided. A platform 27 is arranged in storage cylinder 25, which—in this respect corresponding to the lowering of construction platform 21—is gradually raised in the vertical direction Z, as shown schematically by an arrow 29, in order to remove powder material 5 from storage cylinder 25 to the level of work area 15 to promote. Excess powder material 5 is preferably conveyed through the coating element 23 into a receptacle 31 . By successively solidifying powder material layer 19 by powder material layer 19 in this way, powder material 5 by means of energy beam 11 in working area 15, component 3 is built up layer by layer, ie layer by layer. The layer sequence of the powder material layers 19 extends along the vertical direction Z.

Im Rahmen eines Verfahrens zum Fertigen des Bauteils 3 aus dem Pulvermaterial 5 wird ein mithilfe des im Folgenden beschriebenen Planungsverfahrens erhaltener Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11 bereitgestellt, und das Bauteil 3 wird gemäß dem bereitgestellten Bestrahlungsplan gefertigt. Der Bestrahlungsplan wird dabei bevorzugt bereitgestellt, indem - insbesondere durch die Planungsvorrichtung 7 - das Planungsverfahren durchgeführt wird.As part of a method for manufacturing the component 3 from the powder material 5, an irradiation plan obtained using the planning method described below for the locally selective irradiation of the work area 15 with the energy beam 11 is provided, and the component 3 is manufactured according to the provided irradiation plan. The irradiation plan is preferably provided in that the planning method is carried out—in particular by the planning device 7 .

2 zeigt eine schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11. 2 shows a schematic representation of exemplary embodiments of a method for planning a locally selective irradiation of the work area 15 with the energy beam 11.

Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols in all figures, so that reference is made to the previous description in each case.

Insbesondere ist bei a) ein Ausschnitt des Arbeitsbereichs 15 in Draufsicht, das heißt entlang der Hochrichtung Z gemäß 1 von oben gesehen, mit einer Pulvermaterialschicht 19 dargestellt. In particular, a) shows a section of the work area 15 in a top view, ie along the vertical direction Z according to FIG 1 shown with a powder material layer 19 seen from above.

Im Rahmen des Planungsverfahrens wird für die Pulvermaterialschicht 19 mindestens ein erster mittels des Energiestrahls 11 in der Pulvermaterialschicht 19 zu verfestigender Querschnittsbereich 33 des herzustellenden Bauteils 3 festgelegt. Eine Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren 300 wird für die Bestrahlung des zu verfestigenden Querschnittsbereichs 33 festgelegt. Eine zeitliche Reihenfolge für mindestens zwei einander unmittelbar benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310, hier einen ersten Nachbar-Bestrahlungsvektor 311 und einen zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektor 312, der Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren 300 wird in Abhängigkeit mindestens eines für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310 jeweils mit mindestens einem weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor 320 der Mehrzahl von Bestrahlungsvektoren 300 ermittelten Nachbarschaftsparameters festgelegt. Insbesondere indem dies iterativ für eine Mehrzahl von Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310 durchgeführt wird, wird ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11 erhalten. Auf diese Weise kann insbesondere eine unmittelbare geometrische Nachbarschaft der Bestrahlungsvektoren 300 lokal bei der Bestimmung der Bestrahlungsreihenfolge und somit des Bestrahlungsplans herangezogen werden. Dies erlaubt vorteilhaft in einfacher Weise eine implizite Berücksichtigung der Wärmeableitungsfähigkeit, insbesondere da über den Nachbarschaftsparameter eine wärmeleitende Anbindung an bereits verfestigtes Pulvermaterial 5 berücksichtigt werden kann.As part of the planning process, at least a first cross-sectional area 33 of the component 3 to be produced is defined for the powder material layer 19 to be solidified in the powder material layer 19 by means of the energy beam 11 . A plurality of irradiation vectors 300 are defined for the irradiation of the cross-sectional area 33 to be solidified. A chronological order for at least two immediately adjacent neighboring radiation vectors 310, here a first neighboring radiation vector 311 and a second neighboring radiation vector 312, of the plurality of radiation vectors 300 is dependent on at least one for the neighboring radiation vectors 310 each with at least one other , temporally priority irradiation vector 320 of the plurality of irradiation vectors 300 determined neighborhood parameters. In particular, by carrying out this iteratively for a plurality of neighboring irradiation vectors 310, an irradiation plan for the locally selective irradiation of the working area 15 with the energy beam 11 is obtained. In this way, in particular, direct geometrical proximity of the irradiation vectors 300 can be used locally when determining the irradiation sequence and thus the irradiation plan. This advantageously allows the heat dissipation capability to be implicitly taken into account in a simple manner, in particular since a thermally conductive connection to already solidified powder material 5 can be taken into account via the proximity parameter.

Vorzugsweise wird der mindestens eine Nachbarschaftsparameter als Überdeckung eines dem jeweiligen Nachbar-Bestrahlungsvektor 310 zugeordneten Schmelzbads mit dem mindestens einen weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor 320 zugeordnetem, verfestigten Pulvermaterial 5 ermittelt.Preferably, the at least one proximity parameter is determined as the overlap of a melt pool assigned to the respective neighboring irradiation vector 310 with the at least one other, temporally priority irradiation vector 320 assigned, solidified powder material 5 .

Hierfür wird vorzugsweise insbesondere in Abhängigkeit von bestimmten, dem jeweiligen Bestrahlungsvektor 300 zugeordneten Bestrahlungsparametern wie einer Energiestrahl-Breite oder einem Energiestrahl-Durchmesser sowie einer Leistung und Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls, und gegebenenfalls Eigenschaften des Pulvermaterials 5, eine dem jeweiligen Bestrahlungsvektor 300 zugeordnete Schmelzbadbreite festgelegt, wobei die Schmelzbadbreite zugleich eine Breite des verfestigten Pulvermaterials 5 festlegt. Insbesondere ist es möglich, dass in einfacher Weise die Breite des verfestigten Pulvermaterials 5 mit der Schmelzbadbreite identisch ist, oder die Breite des verfestigten Pulvermaterials 5 wird aus der Schmelzbadbreite abgeleitet. Eine Länge der Erstreckung des Schmelzbads sowie analog des verfestigten Pulvermaterials 5 ergibt sich insbesondere aus der Länge des jeweiligen Bestrahlungsvektors 300 sowie den zuvor genannten Bestrahlungsparametern und gegebenenfalls Eigenschaften des Pulvermaterials 5.For this purpose, a melt pool width assigned to the respective irradiation vector 300 is preferably defined, in particular as a function of certain irradiation parameters assigned to the respective irradiation vector 300, such as an energy beam width or an energy beam diameter and a power and displacement speed of the energy beam, and possibly properties of the powder material 5, wherein the width of the melting bath also defines a width of the solidified powder material 5 . In particular, it is possible for the width of the solidified powder material 5 to be identical to the width of the melt pool in a simple manner, or the width of the solidified powder material 5 is derived from the width of the melt pool. A length of the extent of the melt pool and, analogously, of the solidified powder material 5 results in particular from the length of the respective irradiation vector 300 and the aforementioned irradiation parameters and, if applicable, properties of the powder material 5.

Die zeitliche Reihenfolge für die mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310 wird bevorzugt derart festgelegt, dass derjenige Nachbar-Bestrahlungsvektor 310 der mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310 zuerst abgearbeitet wird, für den ein größerer Wert des mindestens einen Nachbarschaftsparameters, insbesondere eine größere Überdeckung des zugeordneten Schmelzbads mit dem zugeordneten verfestigten Pulvermaterial 5 des zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor 320, ermittelt wird.The chronological order for the at least two neighboring radiation vectors 310 is preferably defined in such a way that that neighboring radiation vector 310 of the at least two neighboring radiation vectors 310 is processed first for which a larger value of the at least one neighborhood parameter, in particular a greater coverage of the assigned molten pool with the associated solidified powder material 5 of the temporally priority irradiation vector 320 is determined.

Vorzugsweise wird der mindestens eine Querschnittsbereich 33 in mindestens einen Überhangbereich 35 und einen Kernbereich 37 unterteilt. Schematisch ist hier eine gedachte Trennlinie L zwischen dem Überhangbereich 35 und dem Kernbereich 37 dargestellt. Vorzugsweise wird die zeitliche Reihenfolge für die mindestens zwei Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310 in dem mindestens einen Überhangbereich 35 gemäß der zuvor beschriebenen Vorgehensweise in Abhängigkeit von dem Nachbarschaftsparameter festgelegt. Alternativ oder zusätzlich, insbesondere zusätzlich, wird bevorzugt in dem Kernbereich 37 eine zeitliche Reihenfolge für mindestens zwei einander unmittelbar benachbarte Kern-Bestrahlungsvektoren 330, hier einem ersten Kern-Bestrahlungsvektor 331 und einem zweiten Kern-Bestrahlungsvektor 332, in Abhängigkeit einer schematisch durch einen Pfeil P dargestellten Schutzgas-Strömungsrichtung festgelegt. Die Abarbeitung der Kern-Bestrahlungsvektoren 330 erfolgt dabei insbesondere entgegen der Schutzgas-Strömungsrichtung. Indem in dem Überhangbereich 35 die Bestrahlungsreihenfolge in Abhängigkeit von dem Nachbarschaftsparameter festgelegt wird, kann insbesondere die Baubarkeit von thermisch kritischen Bereichen, gerade auch bei flachen Überhangwinkeln, insbesondere von weniger als 45°, verbessert werden, insbesondere ohne dass es hierzu aufwendiger Simulationen der Wärmeableitungsfähigkeit bedarf. Vorteilhaft kann die Baubarkeit solcher Überhangbereiche 35 sogar derartig verbessert werden, dass auf Stützstrukturen verzichtet werden kann, was die Wirtschaftlichkeit der Herstellung eines solchen Bauteils 3 weiter verbessert. In dem Kernbereich 37 ist dagegen die Schutzgas-Strömungsrichtung der für die Qualität des entstehenden Bauteils 3 wichtigere Parameter. Somit kann vorteilhaft die zeitliche Reihenfolge der Bestrahlung für die verschiedenen Bereiche in Übereinstimmung mit den dort j eweils relevanten Kriterien verschieden gewählt werden.The at least one cross-sectional area 33 is preferably subdivided into at least one overhang area 35 and a core area 37 . An imaginary dividing line L between the overhang area 35 and the core area 37 is shown schematically here. The chronological sequence for the at least two neighboring irradiation vectors 310 in the at least one overhang region 35 is preferably defined according to the procedure described above as a function of the neighborhood parameter. Alternatively or additionally, in particular additionally, a chronological sequence for at least two core irradiation vectors 330 that are directly adjacent to one another, here a first core irradiation vector 331 and a second core irradiation vector 332, is preferred in the core region 37, depending on a sequence indicated schematically by an arrow P illustrated inert gas flow direction. The core irradiation vectors 330 are processed in particular in the opposite direction to the protective gas flow direction. By defining the irradiation sequence in the overhang area 35 as a function of the neighborhood parameter, the buildability of thermally critical areas, especially in the case of shallow overhang angles, in particular of less than 45°, can be improved, in particular without the need for complex simulations of the heat dissipation capability . Advantageously, the buildability of such overhang regions 35 can even be improved in such a way that support structures can be dispensed with, which further improves the cost-effectiveness of producing such a component 3 . In the core area 37, on the other hand, the protective gas flow direction is the parameter that is more important for the quality of the component 3 being produced. The temporal sequence of the irradiation can thus advantageously be selected differently for the different areas in accordance with the criteria that are relevant there in each case.

Vorzugsweise ist der mindestens eine weitere, zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor 320 ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Bestrahlungsvektor 300 aus dem mindestens einen Überhangbereich 35, einem Bestrahlungsvektor 300 aus dem Kernbereich 37, und einem Bestrahlungsvektor 300 aus einer entlang der Schichtfolge zeitlich vorrangigen Pulvermaterialschicht 19.Preferably, the at least one additional, time-priority irradiation vector 320 is selected from a group consisting of: a radiation vector 300 from the at least one overhang area 35, a radiation vector 300 from the core area 37, and a radiation vector 300 from a powder material layer 19 that has priority over time along the layer sequence .

Bei a) ist der zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor 320 ein Bestrahlungsvektor 300 aus dem Kernbereich 37.In a) the radiation vector 320 that has priority in terms of time is a radiation vector 300 from the core region 37.

Bei b) sind schematisch zwei entlang der Schichtfolge unmittelbar übereinander angeordnete Pulvermaterialschichten 19, nämlich eine erste Pulvermaterialschicht 19.1 und eine zweite Pulvermaterialschicht 19.2, dargestellt. Die beiden Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310 sind in der zweiten Pulvermaterialschicht 19.2 angeordnet, und der weitere, zeitlich vorrangige Bestrahlungsvektor 320 ist in der ersten Pulvermaterialschicht 19.1, somit darunter, angeordnet.In b) two powder material layers 19 arranged directly one above the other along the layer sequence, namely a first powder material layer 19.1 and a second powder material layer 19.2, are shown schematically. The two neighboring irradiation vectors 310 are arranged in the second powder material layer 19.2, and the further, time-priority irradiation vector 320 is arranged in the first powder material layer 19.1, thus underneath it.

Bei c) ist wiederum schematische eine Draufsicht auf eine Pulvermaterialschicht 19 dargestellt, mit zwei in dem Überhangbereich 35 angeordneten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310, einem ersten zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor 321 in dem Überhangbereich 35, einem zweiten zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor 322 in dem Kernbereich 37, und einem gestrichelt dargestellten dritten zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektor 323, der in einer entlang der Schichtfolge darunterliegenden weiteren Pulvermaterialschicht 19 angeordnet ist. Vorzugsweise werden für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren 310 jeweils mindestens zwei verschiedene Nachbarschaftsparameter mit mindestens zwei verschiedenen weiteren, zeitlich vorrangigen Bestrahlungsvektoren 320 ermittelt, wobei vorzugsweise die verschiedenen Nachbarschaftsparameter bei der Festlegung der zeitlichen Reihenfolge verschieden gewichtet werden.At c), a top view of a powder material layer 19 is again shown schematically, with two neighboring irradiation vectors 310 arranged in the overhanging area 35, a first irradiation vector 321 with priority in terms of time in the overhanging area 35, a second irradiation vector 322 with priority in terms of time in the core area 37, and one third radiation vector 323 which has priority in time and which is shown in dashed lines and which is arranged in a further powder material layer 19 lying underneath along the layer sequence. Preferably, at least two different neighborhood parameters are determined for the neighboring irradiation vectors 310 with at least two different additional, time-priority irradiation vectors 320, the different neighborhood parameters preferably being weighted differently when determining the chronological order.

Vorzugsweise wird eine Bestrahlung des Kernbereichs 37 zeitlich vor einer Bestrahlung des mindestens einen Überhangbereichs 35 festgelegt, wobei insbesondere eine zeitliche Reihenfolge der Bestrahlung derart festgelegt wird, dass zunächst der Kernbereich 37 vollständig bestrahlt wird, bevor die Bestrahlung des mindestens einen Überhangbereichs 35 begonnen wird.Irradiation of the core region 37 is preferably scheduled before irradiation of the at least one overhang region 35, with a temporal sequence of the irradiation being specified such that first the core region 37 is completely irradiated before the irradiation of the at least one overhang region 35 is started.

Bei d) ist dargestellt, das vorzugsweise für den Überhangbereich 35 und/oder für den Kernbereich 37, insbesondere sowohl für den Überhangbereich 35 als auch für den Kernbereich 37, Bestrahlungssegmente 39 mit jeweils mindestens zwei Bestrahlungsvektoren 300 festgelegt werden. Der einfacheren Darstellung wegen sind hier nur einige der Bestrahlungsvektoren 300 mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Für den mindestens einen Überhangbereich 35 und/oder für den Kernbereich 37 werden die Bestrahlungsvektoren 300 zumindest in einem Bestrahlungssegment 39 der Bestrahlungssegmente 39 parallel zueinander festgelegt werden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Bestrahlungsvektoren 300 in den Bestrahlungssegmenten 39 eine alternierende Orientierung oder Ausrichtung auf. Es ist aber auch möglich, dass die Bestrahlungsvektoren 300 zumindest in einem Bestrahlungssegment 39 mit identischer Orientierung oder Ausrichtung festgelegt werden.d) shows that irradiation segments 39, each with at least two irradiation vectors 300, are preferably defined for the overhang area 35 and/or for the core area 37, in particular both for the overhang area 35 and for the core area 37. For the sake of simplicity, only some of the irradiation vectors 300 are identified here with the corresponding reference symbols. For the at least one overhang area 35 and/or for the core area 37, the irradiation vectors 300 are defined parallel to one another at least in one irradiation segment 39 of the irradiation segments 39 . In the exemplary embodiment illustrated here, the irradiation vectors 300 in the irradiation segments 39 have an alternating orientation or alignment. However, it is also possible for the irradiation vectors 300 to be defined with an identical orientation or alignment at least in one irradiation segment 39 .

Vorzugsweise werden die Bestrahlungssegmente 39 mit jeweils mindestens zwei Bestrahlungsvektoren 300 festgelegt. In dem mindestens einen Überhangbereich 35 und/oder dem Kernbereich 37 wird zumindest in einem Bestrahlungssegment 39 der Bestrahlungssegmente 39 für einander in dem Bestrahlungssegment 39 paarweise unmittelbar benachbarte Bestrahlungsvektoren 300 ein konstanter Abstand D voneinander festgelegt.The irradiation segments 39 are preferably defined with at least two irradiation vectors 300 each. In the at least one overhang region 35 and/or the core region 37, a constant distance D from one another is set at least in one irradiation segment 39 of the irradiation segments 39 for pairs of directly adjacent irradiation vectors 300 in the irradiation segment 39.

3 zeigt eine schematische Darstellung weiterer Ausführungsbeispiele des Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11. 3 shows a schematic representation of further exemplary embodiments of the method for planning a locally selective irradiation of the working area 15 with the energy beam 11.

Für den mindestens einen Überhangbereich 35 wird vorzugsweise eine Verlagerung des Energiestrahls 11 abschnittsweise entlang einer Konturlinie 41 des herzustellenden Bauteils 3 festgelegt, wobei für die Verlagerung des Energiestrahls 11 abschnittsweise entlang der Konturlinie 41 mindestens ein Konturfahrtvektor 340 festgelegt wird, und wobei zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren 300 für den Überhangbereich 35 zumindest abschnittsweise parallel zu dem Konturfahrtvektor 340, insbesondere als Parallelkurven zu dem Konturfahrtvektor 340, festgelegt wird.For the at least one overhang region 35, a displacement of the energy beam 11 in sections along a contour line 41 of the component 3 to be produced is preferably specified, with at least one contour travel vector 340 being specified in sections for the displacement of the energy beam 11 in sections along the contour line 41, and with at least some of the radiation vectors 300 for the overhang region 35 is defined at least in sections parallel to the contour travel vector 340, in particular as parallel curves to the contour travel vector 340.

Bei a) ist dabei dargestellt, dass die Bestrahlungsvektoren 300 in dem Überhangbereich 35 soweit möglich vollständig parallel zu dem Konturfahrtvektor 340 festgelegt sind. Bei b) ist dargestellt, dass die Bestrahlungsvektoren 300 in dem Überhangbereich 35 parallel zu einem ersten Kontur-Vektorabschnitt 341 von zwei Kontur-Vektorabschnitten 341, 342 des Konturfahrtvektors 340 festgelegt sind.In a) it is shown that the irradiation vectors 300 in the overhanging area 35 are defined as completely parallel to the contour travel vector 340 as far as possible. In b) it is shown that the radiation vectors 300 in the overhanging area 35 are defined parallel to a first contour vector section 341 of two contour vector sections 341 , 342 of the contour travel vector 340 .

Alternativ oder zusätzlich wird für den mindestens einen Überhangbereich 35 eine Verlagerung des Energiestrahls 11 abschnittsweise entlang mindestens einer Begrenzungslinie 43 zwischen dem Überhangbereich 35 und dem Kernbereich 37 festgelegt, wobei für die Verlagerung des Energiestrahls 11 abschnittsweise entlang der Begrenzungslinie 43 mindestens ein Begrenzungsfahrtvektor 350 festgelegt wird.Alternatively or additionally, for the at least one overhanging area 35, a displacement of the energy beam 11 in sections along at least one boundary line 43 between the overhanging area 35 and the core area 37 is specified, whereby for the displacement of the energy beam 11 in sections along the boundary line 43 at least one limiting travel vector 350 is defined.

Bei einem anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass eine entsprechende Begrenzungslinie 43 zwischen dem Überhangbereich 35 und mindestens einem weiteren Überhangbereich festgelegt wird.In another exemplary embodiment, not shown here, it is alternatively or additionally also possible for a corresponding boundary line 43 to be defined between the overhanging area 35 and at least one further overhanging area.

Vorzugsweise wird zumindest ein Teil der Bestrahlungsvektoren 300 für den Überhangbereich 35 zumindest abschnittsweise parallel zu dem Begrenzungsfahrtvektor 350, insbesondere als Parallelkurven zu dem Begrenzungsfahrtvektor 350, festgelegt.At least some of the irradiation vectors 300 for the overhanging region 35 are preferably set parallel to the limiting travel vector 350, in particular as parallel curves to the limiting travel vector 350, at least in sections.

Bei c) ist dargestellt, dass die Bestrahlungsvektoren 300 in dem Überhangbereich 35 soweit möglich vollständig parallel zu dem Begrenzungsfahrtvektor 350 festgelegt sind. Bei d) ist dargestellt, dass die Bestrahlungsvektoren 300 in dem Überhangbereich 35 parallel zu einem ersten Begrenzungs-Vektorabschnitt 351 von zwei Begrenzungs-Vektorabschnitten 351, 352 des Begrenzungsfahrtvektors 350 festgelegt sind.At c) it is shown that the irradiation vectors 300 in the overhanging area 35 are defined as completely parallel to the limit travel vector 350 as far as possible. d) shows that the irradiation vectors 300 in the overhang area 35 are defined parallel to a first delimitation vector section 351 of two delimitation vector sections 351, 352 of the delimitation travel vector 350.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2018/184726 A1 [0002]

Claims

Method for planning a locally selective irradiation of a work area (15) with an energy beam (11) in order to use the energy beam (11) to create a component (3) in layers from a plurality of powder material layers ( 19) preparing a powder material (5), wherein - at least one first powder material layer (19, 19.1) from the plurality of powder material layers (19) is defined, for which at least one first cross-sectional area (33) of the component (3) to be produced is to be solidified in the powder material layer (19) by means of the energy beam (11) is determined, where - a plurality of irradiation vectors (300) for the irradiation of the cross-sectional area (33) to be solidified is defined, and wherein - a chronological sequence for at least two immediately adjacent neighboring radiation vectors (310) of the plurality of radiation vectors (300) as a function of at least one neighborhood parameter determined for the neighboring radiation vectors (310) in each case with at least one further, temporally priority radiation vector (320) determined will, where - an irradiation plan for the locally selective irradiation of the working area (15) with the energy beam (11) is obtained.

procedure after claim 1 , wherein the at least one proximity parameter is determined as the overlap of a melt pool assigned to the respective neighboring radiation vector (310) with the at least one other, temporally priority radiation vector (320) assigned, solidified powder material (5).

Method according to one of the preceding claims, wherein the chronological order for the at least two neighboring radiation vectors (310) is defined such that that neighboring radiation vector (310) of the at least two neighboring radiation vectors (310) is processed first for which a larger Value of the at least one neighborhood parameter is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one cross-sectional area (33) is divided into at least one overhang area (35) and one core area (37), wherein preferably - the chronological sequence for the at least two neighboring irradiation vectors (310) in the at least one overhang region (35) is defined, and/or - In the core area (37), a chronological sequence for at least two immediately adjacent core irradiation vectors (330) is defined as a function of a protective gas flow direction.

Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one further, temporally priority radiation vector (320) is selected from a group consisting of: a radiation vector (300) from the at least one overhang region (35), a radiation vector (300) from the core region (37), and an irradiation vector (300) from a powder material layer (19) that has priority over time along the layer sequence; preferably at least two different neighborhood parameters with at least two different additional, time-priority radiation vectors (320) are determined for the neighboring radiation vectors (310), the different neighborhood parameters preferably being weighted differently when determining the time sequence.

The method according to any one of the preceding claims, wherein an irradiation of the core area (37) is determined in time before an irradiation of the at least one overhang area (35), wherein in particular a chronological order of the irradiation is determined in such a way that the core area (37) is completely irradiated first , before the irradiation of the at least one overhang area (35) is started.

Method according to one of the preceding claims, wherein for the at least one overhanging region (35) a displacement of the energy beam (11) is defined in sections along a contour line (41) of the component (3) to be produced, wherein for the displacement of the energy beam (11) in sections along at least one contour travel vector (340) is defined for the contour line (41), and wherein at least some of the irradiation vectors (300) for the overhanging region (35) are at least partially parallel to the contour travel vector (340), in particular as parallel curves to the contour travel vector (340), is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein for the at least one overhanging area (35) a displacement of the energy beam (11) in sections along at least one boundary line (43) between the overhanging area (35) and the core area (37) and/or between the overhanging area (35) and at least one further overhang area (35), wherein at least one limiting travel vector (350) is defined in sections for the displacement of the energy beam (11) along the boundary line (43).

procedure after claim 8 , wherein at least some of the irradiation vectors (300) for the overhang area (35) are defined at least in sections parallel to the limiting travel vector (350), in particular as parallel curves to the limiting travel vector (350).

Method according to one of the preceding claims, in which irradiation segments (39) each having at least two irradiation vectors (300) are defined, and in which the irradiation vectors (300) for the at least one overhang region (35) and/or for the core region (37) are defined at least in one Irradiation segment (39) of the irradiation segments (39) are set parallel to one another.

Method according to one of the preceding claims, wherein irradiation segments (39) each having at least two irradiation vectors (300) are defined, and wherein in the at least one overhang area (35) and/or the core area (37) at least in one irradiation segment (39) of the irradiation segments (39) a constant distance (D) from one another is established for pairs of directly adjacent radiation vectors (300) in the radiation segment (39).

Method according to one of the preceding claims, wherein the irradiation plan is obtained as a data set for controlling a manufacturing device for additively manufacturing a component (3) from the powder material (5).

Method for the additive manufacturing of a component (3) from a powder material (5), with the following steps: providing a using a method according to one of Claims 1 until 12 obtained irradiation plan for the locally selective irradiation of a work area (15) with an energy beam (11) to form the component (3) by means of the energy beam (11) in layers from a plurality of layers of powder material arranged sequentially in the work area (15) ( 19) to produce the powder material (5), and manufacture the component (3) according to the irradiation plan.

procedure after Claim 13 , wherein the irradiation plan is provided by a method according to any one of Claims 1 until 12 is carried out.

Computer program product, comprising machine-readable instructions, on the basis of which a method according to one of Claims 1 until 12 is performed on a computing device (10) when the computer program product runs on the computing device (10).

Computer program product, comprising machine-readable instructions, on the basis of which a method according to one of Claims 13 or 14 is carried out on a computing device (8) when the computer program product runs on the computing device (8).

Planning device (7) for planning a locally selective irradiation of a work area (15) with an energy beam (11) in order to use the energy beam (11) to produce a component (3) from a powder material (5) arranged in the work area (15), wherein the planning device (7) is set up to carry out a method according to one of Claims 1 until 12 to perform.

Manufacturing device (1) for the additive manufacturing of components (3) from a powder material (5), with - a beam generating device (9) which is set up for generating an energy beam (11), - a scanner device (13) which is set up to locally and selectively irradiating a work area (15) with the energy beam (11) in order to use the energy beam (11) to produce a component (3) from the powder material (5) arranged in the work area (15), and with - a control device (17 ), which is operatively connected to the scanner device (13) and set up to control the scanner device (13), wherein - the control device (17) is set up to carry out a method according to one of Claims 13 or 14 .