DE102021200845A1

DE102021200845A1 - Planungseinrichtung, Fertigungseinrichtung, Verfahren und Computerprogrammprodukt zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial

Info

Publication number: DE102021200845A1
Application number: DE102021200845.3A
Authority: DE
Inventors: Jeroen RISSE; Joachim Wagner
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: TRUMPF LASER- UND SYSTEMTECHNIK SE, DE
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-08-04
Also published as: WO2022161935A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Planungseinrichtung (19) zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (11) mit einem Energiestrahl (7), um mittels des Energiestrahls (7) ein Bauteil (3) aus einem in dem Arbeitsbereich (11) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von einem Bestrahlungsort (17) auf dem Arbeitsbereich (11) zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planungseinrichtung und ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und eine Fertigungseinrichtung und ein Verfahren zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial.
Beim additiven Herstellen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial wird typischerweise ein Energiestrahl selektiv an vorbestimmte Bestrahlungspositionen eines Arbeitsbereichs verlagert, um in dem Arbeitsbereich angeordnetes Pulvermaterial lokal zu verfestigen. Dies wird insbesondere schichtweise in aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten wiederholt, um schließlich ein dreidimensionales Bauteil aus verfestigtem Pulvermaterial zu erhalten.
Die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs wird im Voraus oder auch ad hoc während der Fertigung geplant. Hierfür ist eine Planungseinrichtung vorgesehen, welche diese Planung durchführt. Die konkreten Bedingungen der Bestrahlung können dabei auf mehrerlei Weise von einem lokalen Ort der Bestrahlung auf dem Arbeitsbereich, das heißt einem Bestrahlungsort, abhängen: Zum einen hängt die Form und/oder Größe eines Energiestrahlprofils des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich, das heißt eine Strahlform des Energiestrahls, von dem Bestrahlungsort ab, insbesondere wenn der Energiestrahl mittels einer Scannereinrichtung ausgelenkt wird, um verschiedene Bestrahlungsorte auf dem Arbeitsbereich zu erreichen. Insbesondere hängt die Strahlform von einem Ablenkwinkel ab, um den der Energiestrahl abgelenkt wird, oder von einem Winkel, den der Energiestrahl mit einer gedachten Achse, die auf dem Arbeitsbereich senkrecht steht, einschließt. Zum anderen variiert eine Leistungsdichte des Energiestrahls mit dem Bestrahlungsort abhängig von der Strahlform. Wird der Energiestrahl durch die Scannereinrichtung mittels eines Spiegels abgelenkt, tritt als ein weiterer Effekt hinzu, dass eine Reflektivität oder ein Reflexionsgrad des Spiegels abhängig von dem Ablenkwinkel ist, sodass im Ergebnis auch die integral eingestrahlte Leistung von dem Bestrahlungsort - über den Ablenkwinkel - abhängt. Beide Effekte können dazu führen, dass die tatsächlich am Bestrahlungsort vorliegenden Bestrahlungsparameter insbesondere in Randzonen des Arbeitsbereichs von eigentlich voreingestellten Bestrahlungsparametern abweichen, woraus eine verminderte Qualität des entstehenden Bauteils resultieren kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Planungseinrichtung und ein Verfahren zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs, ein hierfür eingerichtetes Computerprogrammprodukt, und eine Fertigungseinrichtung sowie ein Verfahren zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest vermindert, vorzugsweise vermieden sind.
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.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Planungseinrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl geschaffen wird, wobei die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von einem Bestrahlungsort auf dem Arbeitsbereich zu bestimmen. Indem der wenigstens eine Bestrahlungsparameter abhängig von dem Bestrahlungsort bestimmt wird, ist es vorteilhaft möglich, Abweichungen der tatsächlich am Bestrahlungsort vorliegenden Bedingungen von eigentlich voreingestellten Werten zu vermeiden, zu reduzieren, oder zu kompensieren. Insbesondere können entsprechende, von dem Bestrahlungsort abhängende Abweichungen bezüglich der Strahlform, der Leistungsdichte und auch der integralen Leistung vermieden oder in geeigneter Weise kompensiert oder zumindest berücksichtigt werden. Dadurch kann die resultierende Bauteilqualität eines herzustellenden oder hergestellten Bauteils vorteilhaft gesteigert werden.
Unter dem Begriff „Strahlform“ wird insbesondere die Form und/oder Größe eines Energiestrahlprofils des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich verstanden, insbesondere sowohl die Form als auch die Größe des Energiestrahlprofils.
Soweit zur Bestimmung der Form und/oder der Größe des Energiestrahlprofils, das heißt der Strahlform, eine Definition einer Grenze oder Konturlinie des Energiestrahlprofils notwendig oder sinnvoll ist, wird diese gemäß einer Ausführungsform am Ort des zweiten Moments der Intensitätsverteilung des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich festgelegt, insbesondere an einem durch die Varianz oder die Standardabweichung bestimmten Ort. Die Grenze oder Konturlinie des Energiestrahlprofils kann aber auch nach der „86 %-Methode“ bestimmt werden, wobei sie dann dort festgesetzt wird, wo die Intensität ausgehend vom Ort des Intensitätsmaximums auf 13,5 % der maximalen Intensität abgefallen ist. Gemäß einer Ausführungsform kann in die Bestimmung der Grenze oder Konturlinie auch eine tatsächliche Ausdehnung eines Schmelzbades auf dem Arbeitsbereich eingehen, die - bei gegebener Form und Größe des Energiestrahlprofils - beispielsweise von dem verwendeten Pulvermaterial, insbesondere der Wärmeleitung in dem Pulvermaterial, abhängt. Die tatsächliche Form des Schmelzbads kann aufgrund der winkelabhängigen Reflexions- und Absorptionseigenschaften des Pulvermaterials auch von einem Einstrahlwinkel abhängen, unter dem der Energiestrahl auf das Pulvermaterial trifft. Insbesondere kann die tatsächliche Ausdehnung des Schmelzbades berechnet oder numerisch simuliert werden.
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), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungseinrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.
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.
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.
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.
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 Scannereinrichtung 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 Scannereinrichtung durch den Energiestrahl erreichbar ist, das heißt er umfasst insbesondere solche Stellen, Orte oder Bereiche der Pulvermaterialschicht, die mit dem Energiestrahl beaufschlagt werden können.
In einer Ausführungsform ist die Planungseinrichtung ausgebildet als eine Einrichtung, 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 Planungseinrichtung eine RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
Insbesondere kann die Planungseinrichtung extern oder separat zu einer Fertigungseinrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungseinrichtung 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 Fertigungseinrichtung, insbesondere eine Steuereinrichtung einer Fertigungseinrichtung, übermittelt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die Planungseinrichtung aus CAD-Daten CAM-Daten, das heißt insbesondere einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, zur Steuerung der Fertigungseinrichtung generiert, wobei dieser Befehlsablauf dann an die Fertigungseinrichtung zu deren Steuerung übermittelt wird. Auch ist es möglich, dass der Planungseinrichtung CAD-Daten eines Bauteils übergeben werden, wobei die Planungseinrichtung hieraus den Befehlsablauf für die Fertigungseinrichtung generiert. Die Planungseinrichtung kann aber auch in eine Fertigungseinrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungseinrichtung in die Steuereinrichtung der Fertigungseinrichtung integriert sein, oder die Steuereinrichtung der Fertigungseinrichtung kann als Planungseinrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogrammprodukts, insbesondere einer Software. Beispielsweise ist es möglich, dass der Fertigungseinrichtung dann CAD-Daten eines herzustellenden Bauteils übergeben werden, wobei die Fertigungseinrichtung selbst, insbesondere die in die Steuereinrichtung implementierte Planungseinrichtung, aus den CAD-Daten entsprechende CAM-Daten beziehungsweise einen Befehlsablauf zur Steuerung der Fertigungseinrichtung generiert. Es ist aber auch möglich, dass die Planungseinrichtung eine Mehrzahl von Recheneinrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungseinrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Recheneinrichtungen. Insbesondere kann die Planungseinrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungseinrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungseinrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungseinrichtung externe Recheneinrichtung und andererseits die Fertigungseinrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung der Fertigungseinrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungseinrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Recheneinrichtung und teilweise auf der Fertigungseinrichtung, insbesondere auf der Steuereinrichtung, durchgeführt werden.
Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungseinrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungseinrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die Bestimmung des wenigstens einen Bestrahlungsparameters in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort auf dem Arbeitsbereich bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Recheneinrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungseinrichtung externen Recheneinrichtung, oder auch in der Fertigungseinrichtung selbst, insbesondere deren Steuereinrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Planungseinrichtung von einer anderen Recheneinrichtung erzeugte CAM-Daten oder einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, verändert, anpasst oder korrigiert, um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von den Bestrahlungsort zu bestimmen, insbesondere zu verändern.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Bestrahlungsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Leistung des Energiestrahls und einem Konturabstand des Energiestrahls zu einer Bauteilkontur einer auf einer Pulvermaterialschicht in dem Arbeitsbereich zu erzeugenden Bauteilschicht. Ist der Bestrahlungsparameter eine Leistung des Energiestrahls, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung möglich, vom Bestrahlungsort abhängige Abweichungen der tatsächlich in den Arbeitsbereich lokal eingestrahlten integralen Leistung oder Leistungsdichte zumindest zu berücksichtigen, vorzugsweise zu kompensieren, wobei solche Abweichungen insbesondere von der lokalen Strahlform und/oder vom Ablenkwinkel - insbesondere über den winkelabhängigen Reflexionsgrad eines Scannerspiegels - abhängen können. Ist der Bestrahlungsparameter ein Konturabstand, kann vorteilhafterweise eine vom Bestrahlungsort abhängige Abweichung in der Strahlform zumindest berücksichtigt, vorzugsweise kompensiert werden.
Insbesondere wird typischerweise für die Ausgestaltung von Konturlinien, das heißt Begrenzungslinien, des herzustellenden Bauteils ein Konturabstand definiert, den ein gedachter oder tatsächlicher Schwerpunkt des Energiestrahls, beispielsweise ein Intensitätsmaximum, oder ein anderer zu Ansteuerungszwecken ausgewählter, ausgezeichneter Punkt des Energiestrahls von einer Konturlinie oder Konturgrenze einhalten muss. Auf diese Weise wird berücksichtigt, dass der Energiestrahl auf dem Arbeitsbereich nicht punktförmig ist, sondern vielmehr eine endliche Breite aufweist, sodass die entstehende Konturlinie zu dem Schwerpunkt des Energiestrahls versetzt ist. Abhängig von der Strahlform ändert sich auch dieser Versatz. Beispielsweise nimmt der Versatz zu, wenn sich der ursprünglich auf dem Arbeitsbereich kreisförmig angenommene Energiestrahl in Richtung der Konturlinie elliptisch verbreitert. Abhängig vom Bestrahlungsort und der dort lokal vorliegenden Strahlform kommt es dann zu Abweichungen der Konturlinie vom eigentlich vorgesehenen Verlauf. Dieses Problem verschärft sich, wenn eine Fertigungseinrichtung eine Mehrzahl von Energiestrahlen aufweist, wobei eine selbe Konturlinie abschnittsweise von verschiedenen Energiestrahlen gebildet wird. Da die Energiestrahlen typischerweise von verschiedenen Orten ausgehen und/oder verschiedene Ablenkwinkel zu der bearbeiteten Konturlinie erfahren, können die Energiestrahlen im Bereich derselben Konturlinie voneinander verschiedene Strahlformen aufweisen. Wird dieser Effekt nicht kompensiert, führt dies zu Versätzen innerhalb derselben Konturlinie, insbesondere im Bereich von Nahtstellen, wo ein von einem Energiestrahl gebildeter Konturlinienabschnitt endet und ein von einem anderen Energiestrahl gebildeter Konturlinienabschnitt beginnt. Insbesondere solche unerwünschten Effekte können vorteilhaft vermieden werden, wenn der Konturabstand als Bestrahlungsparameter abhängig von dem Bestrahlungsort gewählt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um den Bestrahlungsort durch mindestens einen Ablenkwinkel für den Energiestrahl, und vorzugsweise zusätzlich mindestens eine Winkelkoordinate in dem Arbeitsbereich, zu repräsentieren. Der mindestens eine Ablenkwinkel, insbesondere als Parameter der Scannereinrichtung, charakterisiert vorzugsweise den Bestrahlungsort insbesondere bezüglich seiner radialen Lage in einer Polarkoordinatendarstellung des Arbeitsbereichs. Hierdurch ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Form und Größe des Energiestrahlprofils, mithin die Strahlform als solche, definiert. Über die mindestens eine Winkelkoordinate in dem Arbeitsbereich ist bevorzugt zusätzlich eine Ausrichtung der Strahlform im Koordinatensystem des Arbeitsbereichs bekannt. Ist die Strahlform beispielsweise elliptisch, ist eine Ausrichtung der großen Halbachse durch die Winkelkoordinate in dem Arbeitsbereich definiert. Die Winkelkoordinate ist bevorzugt der Winkel, insbesondere Azimut, einer Polarkoordinatendarstellung des Arbeitsbereichs. Insbesondere für die Bestimmung des Konturabstands ist es wichtig, auch die Ausrichtung der Strahlform zu kennen, da von dieser eine effektive Breite der Strahlform abhängt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Planungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um den Bestrahlungsort durch kartesische Koordinaten in dem Arbeitsbereich darzustellen. Hierdurch ist der Bestrahlungsort vorteilhaft eindeutig definiert, wobei dann auch sowohl die Strahlform als solche als auch deren Ausrichtung bekannt ist.
Dass die Strahlform und/oder deren Ausrichtung bekannt ist, schließt ein, dass die Strahlform und/oder deren Ausrichtung entweder aus einem geeigneten Datensatz ausgelesen oder eindeutig berechnet oder anderweitig bestimmt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um eine Konturgrenzverschiebung einer Bauteilkontur einer auf einer Pulvermaterialschicht in dem Arbeitsbereich zu erzeugenden Bauteilschicht, die aus einer von dem Bestrahlungsort abhängigen Abweichung einer Strahlform des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Strahlform resultiert, durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters zu kompensieren. Hierdurch können vorteilhaft unerwünschte Konturverschiebungen sowie Sprünge und/oder Versätze in der Bauteilkontur reduziert, vorzugsweise vermieden werden. Wie bereits zuvor erläutert, wird ein Konturabstand für einen Schwerpunkt des Energiestrahls typischerweise für eine bestimmte Vergleichs-Strahlform, insbesondere eine kreisförmige Strahlform, festgelegt. Weicht nun abhängig vom Bestrahlungsort die tatsächliche Strahlform von dieser Vergleichs-Strahlform ab, beispielsweise indem der Energiestrahl eine elliptische Strahlform annimmt, ergibt sich eine Veränderung der effektiven Breite der Strahlform und damit auch eine Veränderung der aus der Bestrahlung des Arbeitsbereichs resultierenden Konturgrenze. Dieser Effekt kann insbesondere begrenzt oder vorteilhaft kompensiert werden, indem der Konturabstand des Energiestrahls als entsprechender Bestrahlungsparameter geeignet angepasst wird.
Unter einer Bauteilschicht wird hier eine in dem Arbeitsbereich in der dort angeordneten Pulvermaterialschicht noch zu erzeugende oder bereits erzeugte Schicht des entstehenden Bauteils verstanden, das heißt insbesondere - nach Beendigung der Bestrahlung der Pulvermaterialschicht - diejenigen Bereiche derselben, in denen das Pulvermaterial durch den Energiestrahl verfestigt, insbesondere gesintert oder verschmolzen ist. Im Rahmen des additiven Fertigungsverfahrens wird das Bauteil Bauteilschicht für Bauteilschicht aus den übereinander angeordneten Pulvermaterialschichten sukzessive aufgebaut.
Unter einer Bauteilkontur wird hier eine insbesondere geschlossene Umrandungslinie der Bauteilschicht oder eines Bereichs der Bauteilschicht verstanden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter den Konturabstand des Energiestrahls zu einer Bauteilkontur einer auf einer Pulvermaterialschicht in dem Arbeitsbereich zu erzeugenden Bauteilschicht zu bestimmen, und um den Konturabstand zusätzlich in Abhängigkeit von einer Richtung eines Bestrahlungsvektors auf dem Arbeitsbereich zu bestimmen. Die effektive Breite der Strahlform hängt auch von der Richtung des Bestrahlungsvektors ab, sodass unerwünschte Effekte in Zusammenhang mit der Konturgrenzverschiebung besonders vorteilhaft reduziert, vorzugweise vollständig vermieden werden können, wenn auch die Richtung des Bestrahlungsvektors in die Bestimmung des Konturabstands eingeht.
Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des Energiestrahls über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt also die Richtung oder Orientierung der Verlagerung ein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter den Konturabstand des Energiestrahls zu bestimmen, und um den Konturabstand zusätzlich in Abhängigkeit von einer erwarteten Schmelzbadbreite an dem Bestrahlungsort zu bestimmen. Vorteilhaft geht so die erwartete Ausdehnung des Schmelzbades auf dem Arbeitsbereich mit in die Bestimmung des Konturabstands ein, sodass unerwünschte Effekte in Zusammenhang mit der Konturgrenzverschiebung besonders genau kompensiert werden können. Die erwartete Schmelzbadbreite kann insbesondere von dem verwendeten Pulvermaterial, insbesondere der Wärmeleitung in dem Pulvermaterial, sowie aufgrund der winkelabhängigen Reflexions- und Absorptionseigenschaften des Pulvermaterials gegebenenfalls dem Einstrahlwinkel des Energiestrahls abhängen. Bei einer Ausführungsform der Planungseinrichtung wird die erwartete Schmerzbadbreite berechnet oder numerisch simuliert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um aus dem Bestrahlungsort eine lokale Strahlform des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich zu bestimmen, und um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von der lokalen Strahlform zu bestimmen. Diese Ausgestaltung ist sparsam mit Blick auf Speicherplatz, da es keiner Hinterlegung des Bestrahlungsparameters bedarf, vielmehr kann dieser aus dem Bestrahlungsort zur Laufzeit ermittelt werden. Unter einer lokalen Strahlform wird dabei insbesondere die Strahlform-Abweichung der lokalen Strahlform von der Vergleichs-Strahlform verstanden. Alternativ wird unter der lokalen Strahlform wenigstens ein für die lokale Strahlform charakteristischer Strahlform-Parameter verstanden. Die Strahlform kann also insbesondere durch die Abweichung von der Vergleichs-Strahlform oder durch wenigstens einen charakteristischen Strahlform-Parameter beschrieben sein. Gemäß einer Ausführungsform wird die lokale Strahlform in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort berechnet. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die lokale Strahlform in Abhängigkeit von den Bestrahlungsort aus einem Strahlform-Kennfeld ausgelesen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Planungseinrichtung ist vorgesehen, dass diese eingerichtet ist, um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort aus einem Bestrahlungsparameter-Kennfeld auszulesen. Diese Ausgestaltung erlaubt eine besonders schnelle und wenig rechenintensive Ermittlung des Bestrahlungsparameters, da dieser nicht zur Laufzeit berechnet werden muss, sondern vielmehr aus dem Bestrahlungsparameter-Kennfeld ausgelesen wird. Dabei kann in vorteilhafter Weise auch auf eine Hinterlegung oder Ermittlung der lokalen Strahlform verzichtet werden; vielmehr ist es möglich, dass der Bestrahlungsparameter direkt in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort aus dem Bestrahlungsparameter-Kennfeld ausgelesen wird. Das Bestrahlungsparameter-Kennfeld ist dabei bevorzugt vorab bedatet, insbesondere auf der Grundlage von Berechnungen und/oder Simulationen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter eine Leistung des Energiestrahls zu bestimmen, und um eine von dem Bestrahlungsort abhängige, strahlformbedingte Abweichung einer Leistungsdichte des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters zu kompensieren. Die Leistungsdichte variiert dabei insbesondere mit der Ausdehnung der Strahlform abhängig vom Bestrahlungsort. Insbesondere verteilt sich die integrale Leistung des Energiestrahls bei größerer Ausdehnung der Strahlform auf eine größere Fläche, sodass die Leistungsdichte abnimmt. Durch geeignete Bestimmung des Bestrahlungsparameters kann dann die Leistung des Energiestrahls entsprechend erhöht werden, um diese Abnahme der Leistungsdichte zu kompensieren. Die vorbestimmte Vergleichs-Leistungsdichte bezieht sich bevorzugt auf die vorbestimmte Vergleichs-Strahlform, insbesondere auf eine kreisförmige Strahlform.
Alternativ oder zusätzlich ist bei einer Ausführungsform der Planungseinrichtung vorgesehen, dass diese eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter die Leistung des Energiestrahls zu bestimmen, und um eine von einem Ablenkwinkel für den Energiestrahl abhängige Abweichung einer Einstrahlleistung des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters zu kompensieren. Wie bereits ausgeführt, beeinflusst der Ablenkwinkel insbesondere über einen winkelabhängigen Reflexionsgrad des verwendeten Scannerspiegels die integrale Leistung des Energiestrahls. Ist diese beispielsweise aufgrund eines großen Ablenkwinkels reduziert, kann vorteilhaft die Leistung des Energiestrahls als Bestrahlungsparameter entsprechend erhöht werden, um den Effekt zu kompensieren. Die Vergleichs-Einstrahlleistung bezieht sich dabei bevorzugt auf einen Referenz-Ablenkwinkel, bei dem vorzugsweise der Reflexionsgrad des Scannerspiegels maximal ist, oder auf einen aufgrund geometrischer Erwägungen bestimmten Referenz-Ablenkwinkel, beispielsweise 45°.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter die Leistung des Energiestrahls zu bestimmen, und um den Bestrahlungsparameter oder einen Korrekturwert für den wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von dem Bestrahlungsort aus einem Ablenkungs-Kennfeld auszulesen, in dem eine winkelabhängige Reflexionscharakteristik eines Scannerspiegels zur Ablenkung des Energiestrahls hinterlegt ist. Dies stellt eine besonders einfache und wenig rechenintensive Umsetzung der zuvor beschriebenen Kompensation dar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen zu planen, und um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter zusätzlich in Abhängigkeit von einem an dem Bestrahlungsort eingesetzten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen zu bestimmen. Wie bereits zuvor erläutert, gehen die verschiedenen Energiestrahlen typischerweise von verschiedenen Orten aus, und/oder Scannereinrichtungen, die den verschiedenen Energiestrahlen jeweils zugeordnet sind, sind zumindest geringfügig relativ zueinander versetzt angeordnet. Damit variiert auch die lokal einem Bestrahlungsort zugeordnete Strahlform zwischen den verschiedenen Energiestrahlen. Dabei verwirklichen sich die bereits zuvor beschriebenen Vorteile in besonderem Maß, wenn auch der an dem Bestrahlungsort spezifisch eingesetzte Energiestrahl in die Bestimmung des wenigstens einen Bestrahlungsparameters eingeht. In bevorzugter Ausgestaltung wird dazu jedem Energiestrahl ein Indexwert oder Referenzwert zugeordnet, sodass der Energiestrahl eindeutig identifiziert werden kann. Der wenigstens eine Bestrahlungsparameter wird dann zusätzlich in Abhängigkeit von dem Indexwert oder Referenzwert bestimmt. Die entsprechenden Vorteile verwirklichen sich in besonderer Weise, wenn entlang einer Konturlinie verschiedene Konturlinienabschnitte mit verschiedenen Energiestrahlen bearbeitet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen zu planen, und um für die Bestrahlung des Arbeitsbereichs an einem Bestrahlungsort - und/oder für einen bestimmten Bestrahlungsvektor - denjenigen Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen auszuwählen, für den zumindest ein Effekt im Vergleich der Energiestrahlen untereinander minimal ist, wobei der wenigstens eine Effekt ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer von dem an dem Bestrahlungsort verwendeten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen abhängigen Abweichung einer Strahlform auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Strahlform; einer von dem an dem Bestrahlungsort verwendeten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen abhängigen, strahlformbedingten Abweichung einer Leistungsdichte auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte; und einer von dem an dem Bestrahlungsort verwendeten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen abhängigen Abweichung einer Einstrahlleistung auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung. Da die verschiedenen Energiestrahlen der Mehrzahl von Energiestrahlen typischerweise von verschiedenen Ursprüngen ausgehen oder an verschiedenen Orten auf den Arbeitsbereich abgelenkt werden, unterscheiden sich die hier genannten Parameter oder Effekte an einem festgehaltenen Bestrahlungsort zwischen den verschiedenen Energiestrahlen, das heißt von Energiestrahl zu Energiestrahl. Um vorteilhaft die beschriebenen Effekte möglichst gering zu halten, wird daher in bevorzugter Ausgestaltung durch die Planungseinrichtung an einem bestimmten Bestrahlungsort - und/oder für einen bestimmten Bestrahlungsvektor -, vorzugsweise an jedem Bestrahlungsort - und/oder für jeden Bestrahlungsvektor -, derjenige Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen für die Bestrahlung ausgewählt, für den zumindest einer der genannten Effekte an dem Bestrahlungsort - über die verschiedenen Energiestrahlen betrachtet - minimal, das heißt am geringsten ausgeprägt, ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planungseinrichtung eingerichtet ist, um eine Lage von wenigstens einem innenliegenden, das heißt insbesondere konturfernen, Bestrahlungsvektor in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Bestrahlungsparameter, insbesondere von dem Konturabstand, zu bestimmen. Vorteilhaft kann so vermieden werden, dass die Änderung des wenigstens einen Bestrahlungsparameters, insbesondere eine Veränderung des Konturabstands, zu einer Überlappung oder einem andersartigen Konflikt zwischen konturnahen Bestrahlungsvektoren und innenliegenden, konturfernen Bestrahlungsvektoren führt. Unter einem innenliegenden oder konturfernen Bestrahlungsvektor, auch als Volumenvektor bezeichnet, wird dabei insbesondere ein Bestrahlungsvektor verstanden, der nicht unmittelbar die Bauteilkontur bildet oder an der Bauteilkontur teilnimmt. Ein solcher Bestrahlungsvektor ist quasi relativ zu der Bauteilkontur innenliegend, innerhalb der Konturlinie, und nicht unmittelbar an die Bauteilkontur angrenzend, das heißt konturfern, angeordnet. Dass die Lage eines innenliegenden Bestrahlungsvektors in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsparameter bestimmt wird, bedeutet insbesondere, dass die Lage des Bestrahlungsvektors ausgehend von einer ohne Berücksichtigung des Bestrahlungsparameters bestimmten Lage unter Berücksichtigung des Bestrahlungsparameters verändert wird. Werden nun insbesondere durch Änderung des Konturabstands konturnahe Bauteilvektoren verschoben, besteht die Gefahr, dass diese mit insbesondere benachbarten, innenliegenden Bestrahlungsvektoren überlappen oder anderweitig Konflikte und damit insbesondere ungünstige Bestrahlungsverhältnisse auf dem Arbeitsbereich entstehen. Bevorzugt wird zumindest die Lage aller innenliegenden Bestrahlungsvektoren in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Bestrahlungsparameter bestimmt, die einem konturnahen Bestrahlungsvektor unmittelbar benachbart sind. Vorzugsweise wird durch die Planungseinrichtung die Lage der innenliegenden Bestrahlungsvektoren in dem Maße abnehmend in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsparameter bestimmt, in dem der Abstand des jeweiligen innenliegenden Bestrahlungsvektors zu der Konturlinie zunimmt.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird. Die Fertigungseinrichtung weist eine Strahlerzeugungseinrichtung auf, die eingerichtet ist um einen Energiestrahl zu erzeugen. Die Fertigungseinrichtung weist außerdem eine Scannereinrichtung 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 Fertigungseinrichtung eine Steuereinrichtung auf, die mit der Scannereinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannereinrichtung anzusteuern. Die Steuereinrichtung weist eine erfindungsgemäße Planungseinrichtung oder eine Planungseinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf, oder sie ist als erfindungsgemäße Planungseinrichtung oder als Planungseinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. In Zusammenhang mit der Fertigungseinrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang der Planungseinrichtung erläutert wurden.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungseinrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl von Energiestrahlen zu erzeugen, und/oder die Fertigungseinrichtung weist eine Mehrzahl von Strahlerzeugungseinrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl von Energiestrahlen auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl von Energiestrahlen eine Mehrzahl von Scannereinrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannereinrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Energiestrahlen - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannereinrichtung hierfür eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.
Die Scannereinrichtung 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 Scannereinrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu verlagern.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungseinrichtung 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.
Die Steuereinrichtung 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 Steuereinrichtung eine RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
Bevorzugt ist die Strahlerzeugungseinrichtung als Laser ausgebildet. Der Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
Die Fertigungseinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungseinrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungseinrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl geschaffen wird, wobei wenigstens ein Bestrahlungsparameter abhängig von einem Bestrahlungsort auf dem Arbeitsbereich bestimmt wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Planungseinrichtung und der Fertigungseinrichtung erläutert wurden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Bestrahlungsparameter so bestimmt wird, dass zumindest ein Effekt durch die Wahl des Bestrahlungsparameters kompensiert wird, wobei der zumindest ein Effekt ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer aus einer von dem Bestrahlungsort abhängigen Abweichung einer Strahlform des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Strahlform resultierenden Konturgrenzverschiebung einer Bauteilkontur einer auf einer Pulvermaterialschicht in dem Arbeitsbereich zu erzeugenden Bauteilschicht; einer von dem Bestrahlungsort abhängigen, strahlformbedingten Abweichung einer Leistungsdichte des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte; und einer von dem Bestrahlungsort abhängigen Abweichung einer Einstrahlleistung des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung.
Der wenigstens eine Bestrahlungsparameter ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Leistung des Energiestrahls und einem Konturabstand des Energiestrahls zu einer Bauteilkontur einer auf einer Pulvermaterialschicht in dem Arbeitsbereich zu erzeugenden Bauteilschicht.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Bestrahlungsort durch mindestens einen Ablenkwinkel für den Energiestrahl, vorzugsweise zusätzlich durch mindestens eine Winkelkoordinate in dem Arbeitsbereich, repräsentiert, oder durch kartesische Koordinaten in dem Arbeitsbereich dargestellt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird als der wenigstens eine Bestrahlungsparameter der Konturabstand bestimmt, wobei dieser zusätzlich in Abhängigkeit von einer Richtung eines Bestrahlungsvektors auf dem Arbeitsbereich bestimmt wird.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Konturabstand zusätzlich in Abhängigkeit von einer erwarteten Schmelzbadbreite an dem Bestrahlungsort bestimmt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird aus dem Bestrahlungsort eine lokale Strahlform des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich bestimmt, und der wenigstens eine Bestrahlungsparameter wird abhängig von der lokalen Strahlform bestimmt. Alternativ wird der wenigstens eine Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort aus einem Bestrahlungsparameter-Kennfeld ausgelesen.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird als der wenigstens eine Bestrahlungsparameter eine Leistung des Energiestrahls bestimmt, und der wenigstens einen Bestrahlungsparameter oder ein Korrekturwert für den wenigstens einen Bestrahlungsparameter wird abhängig von dem Bestrahlungsort aus einem Ablenkungs-Kennfeld ausgelesen, in dem eine winkelabhängige Reflexionscharakteristik eines Scannerspiegels zur Ablenkung des Energiestrahls hinterlegt ist.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen geplant, und der wenigstens eine Bestrahlungsparameter wird zusätzlich in Abhängigkeit von einem an dem Bestrahlungsort eingesetzten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen bestimmt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen geplant, und die Bestrahlung des Arbeitsbereichs an einem Bestrahlungsort wird derjenige Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen ausgewählt, für den zumindest ein Effekt, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer von dem an dem Bestrahlungsort verwendeten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen abhängigen Abweichung einer Strahlform auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Strahlform; einer von dem an dem Bestrahlungsort verwendeten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen abhängigen, strahlformbedingten Abweichung einer Leistungsdichte auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte; und einer von dem an dem Bestrahlungsort verwendeten Energiestrahl der Mehrzahl von Energiestrahlen abhängigen Abweichung einer Einstrahlleistung auf dem Arbeitsbereich von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung, im Vergleich der Energiestrahlen untereinander minimal ist.
Vorzugsweise wird eine Lage von wenigstens einem innenliegenden, das heißt insbesondere konturfernen, Bestrahlungsvektor in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Bestrahlungsparameter, insbesondere von dem Konturabstand, bestimmt.
Insbesondere umfasst das Verfahren wenigstens einen Verfahrensschritt, der bereits in Zusammenhang mit der Planungseinrichtung als vorteilhafte oder bevorzugte Ausgestaltung der Planungseinrichtung erläutert wurde.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt geschaffen wird, das maschinenlesbare Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein Verfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Recheneinrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Recheneinrichtung läuft. Die Recheneinrichtung ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Planungseinrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Recheneinrichtung eine Steuereinrichtung einer Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial. In Zusammenhang mit dem Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Planungseinrichtung, der Fertigungseinrichtung und dem Verfahren zum Planen erläutert wurden.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial mittels einer erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung oder einer Fertigungseinrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geschaffen wird, wobei ein Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem Energiestrahl bestrahlt wird, um mittels des Energiestrahls das Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, wobei die Bestrahlung mit dem abhängig von dem Bestrahlungsort bestimmten Bestrahlungsparameter durchgeführt wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren zum Fertigen ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Planungseinrichtung, der Fertigungseinrichtung, dem Verfahren zum Planen und dem Computerprogrammprodukt erläutert wurden.
Als Strahlerzeugungseinrichtung wird vorzugsweise ein Laser verwendet.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.
Die Aufgabe wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungseinrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungseinrichtung;
2 eine erste schematische Darstellung einer Funktionsweise der Fertigungseinrichtung gemäß 1;
3 eine zweite schematische Darstellung der Funktionsweise der Fertigungseinrichtung gemäß 1 und zugleich einer Funktionsweise der Planungseinrichtung, und
4 eine dritte schematische Darstellung der Funktionsweise der Fertigungseinrichtung gemäß 1 und zugleich der Planungseinrichtung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungseinrichtung 1 zum additiven Fertigen eines Bauteils 3 aus einem Pulvermaterial. Die Fertigungseinrichtung 1 weist eine Strahlerzeugungseinrichtung 5 auf, die eingerichtet ist, um einen Energiestrahl 7 zu erzeugen. Bevorzugt ist die Strahlerzeugungseinrichtung 5 als Laser eingerichtet, und der Energiestrahl 7 ist entsprechend ein Laserstrahl. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei separate Energiestrahlen 7, nämlich ein erster Energiestrahl 7.1, ein zweiter Energiestrahl 7.2, und ein dritter Energiestrahl 7.3, vorgesehen. Diese können von derselben Strahlerzeugungseinrichtung 5 - beispielsweise über geeignete Strahlteiler - erzeugt sein. Es ist aber auch möglich, dass jedem Energiestrahl 7 eine separate Strahlerzeugungseinrichtung 5 zugeordnet ist. Auch ist möglich, dass eine Mehrzahl von Energiestrahlen 7 von einer selben, gemeinsamen Strahlerzeugungseinrichtung 5 erzeugt werden, während andere Energiestrahl 7 von mindestens einer anderen Strahlerzeugungseinrichtung 5 erzeugt werden.
Die Fertigungseinrichtung 1 weist außerdem eine Scannereinrichtung 9 auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 11 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 7 zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls 7 das Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 11 angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Weiter weist die Fertigungseinrichtung 1 eine Steuereinrichtung 13 auf, die mit der Scannereinrichtung 9 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannereinrichtung 9 anzusteuern, insbesondere um den Energiestrahl 7 innerhalb des Arbeitsbereichs 11 zu verlagern.
Die Scannereinrichtung 9 weist hier für jeden Energiestrahl 7 einen separaten Scannerspiegel 15, nämlich für den ersten Energiestrahl 7.1 einen ersten Scannerspiegel 15.1, für den zweiten Energiestrahl 7.2 einen zweiten Scannerspiegel 15.2, und für den dritten Energiestrahls 7.3 einem dritten Scannerspiegel 15.3, auf. Alternativ ist es auch möglich, dass jedem Energiestrahl 7 eine separate Scannereinrichtung 9 zugeordnet ist, oder dass einer Mehrzahl von Energiestrahlen 7 eine gemeinsame Scannereinrichtung 9 zugeordnet ist, während anderen Energiestrahlen 7 mindestens eine andere Scannereinrichtung 9 zugeordnet ist.
Die verschiedenen Energiestrahlen 7 werden an verschiedenen Orten erzeugt oder zumindest - wie hier dargestellt - von den verschiedenen, ihnen jeweils zugeordneten Scannerspiegeln 15 an verschiedenen Orten auf den Arbeitsbereich 11 reflektiert. Somit ergeben sich für ein und denselben Bestrahlungsort 17 auf dem Arbeitsbereich 11 verschiedene Strahlformen für die verschiedenen Energiestrahlen 7, jeweils abhängig von einem jeweiligen Einstrahlwinkel φ.
Die Steuereinrichtung 13 ist hier als Planungseinrichtung 19 ausgebildet. Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 13 eine Planungseinrichtung 19 aufweist.
Die Planungseinrichtung 19 ist eingerichtet, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 11 mit dem Energiestrahl 7 zu planen. Die Planungseinrichtung 19 ist eingerichtet, um wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von dem Bestrahlungsort 17 auf dem Arbeitsbereich 11 zu bestimmen.
2 zeigt eine erste schematische Darstellung einer Funktionsweise der Fertigungseinrichtung 1 gemäß 1.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Bei a) ist eine Draufsicht auf den Arbeitsbereich 11 dargestellt. Weiterhin sind schematisch verschiedene Strahlformen 21 dargestellt, die sich für einen der Energiestrahlen 7 auf dem Arbeitsbereich 11 abhängig von dem Bestrahlungsort 17 ergeben. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ergibt sich an einer bestimmten Position auf dem Arbeitsbereich 11, hier im Zentrum, abhängig von der Anordnung des dem Energiestrahl 7 zugeordneten Scannerspiegels 15 eine quasi ungestörte Vergleichs-Strahlform 23, die hier kreisförmig ist. Wird der Energiestrahl 7 aus dieser bestimmten Position von dem ihm zugeordneten Scannerspiegel 15 ausgelenkt, ändert sich die Strahlform 21, insbesondere wird sie bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel elliptisch verformt. Dabei hängt die Ausprägung der Abweichung von der Vergleichs-Strahlform 23 von dem Bestrahlungsort 17, insbesondere von einem Ablenkwinkel γ am Scannerspiegel - siehe 1 - oder der Entfernung des Bestrahlungsort 17 vom Zentrum ab. Eine Ausrichtung der Strahlform 21, hier insbesondere eine Ausrichtung der großen Halbachse der elliptischen Strahlform 21, hängt insbesondere von einer Winkelkoordinate θ in dem Arbeitsbereich 11 ab. Der Bestrahlungsort 17 auf dem Arbeitsbereich 11 kann durch kartesische Koordinaten x, y oder durch Polarkoordinaten r, θ - mit der Winkelkoordinate θ - beschrieben werden. Außerdem hängt die Abweichung von der Vergleichs-Strahlform 23 - wie in Zusammenhang mit 1 erläutert - von dem am Bestrahlungsort 17 konkret eingesetzten Energiestrahl 7.1, 7.2, 7.3 ab.
Insbesondere die sich aufgrund dieser Abweichung von der Vergleichs-Strahlform 23 in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort 17 ergebenden Effekte können vorteilhaft reduziert oder kompensiert werden, wenn der wenigstens eine Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort 17 bestimmt wird.
Die Planungseinrichtung 19 ist insbesondere eingerichtet, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter eine Leistung des Energiestrahls 7 und/oder einen Konturabstand d des Energiestrahls 7, insbesondere eines gedachten Schwerpunkts 25 des Energiestrahls 7, zu einer Bauteilkontur 27 einer auf einer Pulvermaterialschicht 29 in dem Arbeitsbereich 11 zu erzeugenden Bauteilschicht 31 zu bestimmen.
Bei b) ist außerdem ein Bestrahlungsvektor 33 dargestellt. Eine Betrachtung dieser Darstellung zeigt, dass eine effektive Breite B der Strahlform 21 zusätzlich auch von der Richtung des Bestrahlungsvektors 33 abhängt. Insbesondere ergibt sich die effektive Breite B der Strahlform 21 in Abhängigkeit von einem Winkel α, den die große Halbachse b der Strahlform 21 mit dem Bestrahlungsvektor 33 einschließt, insbesondere nach folgender Gleichung: $B = b sin α .$
Die Planungseinrichtung 19 ist daher bevorzugt eingerichtet, um den Konturabstand d zusätzlich auch in Abhängigkeit von der Richtung des Bestrahlungsvektors 33 auf dem Arbeitsbereich 11 zu bestimmen.
Vorzugsweise ist die Planungseinrichtung 19 alternativ oder zusätzlich eingerichtet, um den Konturabstand d auch in Abhängigkeit von einer erwarteten Schmelzbadbreite an dem Bestrahlungsort 17 zu bestimmen.
Vorzugsweise ist die Planungseinrichtung 19 eingerichtet, um aus dem Bestrahlungsort 17 die lokale Strahlform 21 des Energiestrahls 7 zu bestimmen, und um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von der lokalen Strahlform 21 zu bestimmen. Alternativ ist die Planungseinrichtung 19 bevorzugt eingerichtet, um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort 17 aus einem Bestrahlungsparameter-Kennfeld auszulesen.
Von der Strahlform 21 hängt auch die Leistungsdichte des Energiestrahls 7 auf dem Arbeitsbereich 11 ab. Daher ist die Planungseinrichtung 19 bevorzugt eingerichtet, um eine von dem Bestrahlungsort 17 abhängige, strahlformbedingte Abweichung der Leistungsdichte von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte, insbesondere der Leistungsdichte der Vergleichs-Strahlform 23 als der Vergleichs-Leistungsdichte, durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters zu kompensieren.
Die Planungseinrichtung 19 ist bevorzugt eingerichtet, um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter zusätzlich in Abhängigkeit von dem an dem Bestrahlungsort 17 spezifisch eingesetzten Energiestrahl 7.1, 7.2, 7.3 der Mehrzahl von Energiestrahlen 7 zu bestimmen.
Die Planungseinrichtung 19 ist bevorzugt eingerichtet, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 11 mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen 7 zu planen, und um für die Bestrahlung des Arbeitsbereichs 11 an einem Bestrahlungsort 17 denjenigen Energiestrahl 7 der Mehrzahl von Energiestrahlen 7 auszuwählen, für den zumindest ein Effekt, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Der von dem an dem Bestrahlungsort 17 verwendeten Energiestrahl 7 der Mehrzahl von Energiestrahlen 7 abhängigen Abweichung der Strahlform 21 auf dem Arbeitsbereich 11 von der vorbestimmten Vergleichs-Strahlform 23; einer von dem an dem Bestrahlungsort 11 verwendeten Energiestrahl 7 der Mehrzahl von Energiestrahlen 7 abhängigen, strahlformbedingten Abweichung der Leistungsdichte auf dem Arbeitsbereich von der vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte; und der von dem an dem Bestrahlungsort 11 verwendeten Energiestrahl 7 der Mehrzahl von Energiestrahlen 7 abhängigen Abweichung einer Einstrahlleistung auf dem Arbeitsbereich 11 von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung, im Vergleich der Energiestrahlen 7 untereinander minimal ist.
Die Planungseinrichtung 19 ist bevorzugt eingerichtet, um eine Lage von wenigstens einem innenliegenden, das heißt insbesondere konturfernen, Bestrahlungsvektor 33 in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Bestrahlungsparameter, insbesondere von dem Konturabstand d, zu bestimmen.
3 zeigt eine zweite schematische Darstellung der Funktionsweise der Fertigungseinrichtung gemäß 1 und zugleich einer Funktionsweise der Planungseinrichtung 19.
Bei a) ist beispielhaft ein Bauteil 3 in Draufsicht auf eine Bauteilschicht 31 dargestellt, wobei insbesondere die Bauteilkontur 27 dargestellt ist. Mit D ist ein Detail der Bauteilkontur 27 gekennzeichnet, das im Folgenden näher betrachtet wird:

Bei b) ist anhand des Details D eine Situation dargestellt, bei der die Bauteilkontur 27 abschnittsweise mit dem ersten Energiestrahl 7.1, dem zweiten Energiestrahl 7.2, und dem dritten Energiestrahl 7.3 erzeugt wird, wobei für alle drei Energiestrahlen 7 kleine, einander ähnliche Ablenkwinkel γ verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Bestrahlungsorte 17 entlang der Bauteilkontur 27 zentrumsnah in dem Arbeitsbereich 11 angeordnet sind. Entsprechend weisen alle drei Energiestrahlen 7 eine gleich große, zumindest annähernd kreisförmige Strahlform 21 auf. In diesem Fall ist es möglich, für alle Energiestrahlen 7 den gleichen Konturabstand d zu wählen.
Bei c) ist demgegenüber eine Situation dargestellt, in der das Detail D der Bauteilkontur 27 so auf dem Arbeitsbereich 11 angeordnet ist, dass sich für die Energiestrahlen 7 deutlich verschiedene Ablenkwinkel γ ergeben. Insbesondere ist es möglich, dass die Bauteilkontur 27 zentrumsfern auf dem Arbeitsbereich 11 angeordnet ist. Die Energiestrahlen 7 weisen in dieser Situation voneinander verschiedene Strahlformen 21 auf, die insbesondere verschieden groß sein, und/oder verschiedene Formen und/oder verschiedene Ausrichtungen aufweisen können. Wird in diesem Fall - wie bei c) dargestellt - derselbe Konturabstand d für alle Energiestrahlen 7 verwendet, ergeben sich Versätze zwischen den durch die verschiedenen Energiestrahlen 7 gebildeten, tatsächlichen Bauteilkonturen 27.1, 27.2, 27.3.
Bei d) ist dieselbe Situation wie bei c) dargestellt, allerdings mit individuell für die verschiedenen Energiestrahlen 7.1, 7.2, 7.3 in Abhängigkeit einerseits von dem Bestrahlungsort 17 und andererseits von dem konkret verwendeten Energiestrahl 7 gewählten, jeweils verschiedenen Konturabständen d₁, d₂, d₃. Dabei ist erkennbar, dass durch geeignete entsprechende Wahl des Konturabstands d die zuvor beschriebenen unerwünschten Effekte, insbesondere die Versätze in der Bauteilkontur 27, vermieden werden können.

Daher ist die Planungseinrichtung 19 bevorzugt eingerichtet, um die aus einer von dem Bestrahlungsort 17 abhängigen Abweichung der Strahlform 21 von der vorbestimmten Vergleichs-Strahlform 23 resultierende Konturgrenzverschiebung durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters, insbesondere des Konturabstands d, zu kompensieren. Insbesondere ist die Planungseinrichtung 19 eingerichtet, um den Konturabstand d zusätzlich in Abhängigkeit von der Richtung des Bestrahlungsvektors 33 auf dem Arbeitsbereich 11 zu bestimmen. Insbesondere ist die Planungseinrichtung 19 eingerichtet, um den Konturabstand d zusätzlich in Abhängigkeit von einer erwarteten Schmelzbadbreite an dem Bestrahlungsort 17 zu bestimmen. Weiterhin ist die Planungseinrichtung 19 bevorzugt eingerichtet, um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter, insbesondere den Konturabstand d, zusätzlich in Abhängigkeit von dem an dem Bestrahlungsort 17 spezifisch eingesetzten Energiestrahl 7 zu bestimmen.
4 zeigt eine dritte schematische Darstellung der Funktionsweise der Fertigungseinrichtung 1 gemäß 1 und zugleich der Planungseinrichtung 19. Insbesondere zeigt 4 ein Diagramm, bei dem der winkelabhängige Reflexionsgrad R eines Scannerspiegels 15 gegen die Wellenlänge abgetragen ist. Dabei ist erkennbar, dass der Reflexionsgrad R bei festgehaltener Wellenlänge - insbesondere bei größeren Ablenkwinkeln γ- stark winkelabhängig ist. Somit ist auch die integrale, am Bestrahlungsort 17 eingestrahlte Einstrahlleistung des Energiestrahls 7 stark von dem Ablenkwinkel γ abhängig. Dieser Effekt kann durch geeignete Anpassung der Leistung des Energiestrahls 7 in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort 17 zumindest teilweise ausgeglichen, vorzugsweise kompensiert werden. Die Planungseinrichtung 19 ist daher bevorzugt eingerichtet, um eine von dem Ablenkwinkel γ abhängige Abweichung der Einstrahlleistung von der vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters, insbesondere der Leistung des Energiestrahls 7, zu kompensieren. Die Planungseinrichtung 19 ist bevorzugt außerdem eingerichtet, um den Bestrahlungsparameter oder einen Korrekturwert für den wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von dem Bestrahlungsort 17 aus einem Ablenkungs-Kennfeld auszulesen, wobei in dem Ablenkungs-Kennfeld eine winkelabhängige Reflexionscharakteristik eines Scannerspiegels 15 zur Ablenkung des Energiestrahls 7 hinterlegt ist. In einem solchen Ablenkungs-Kennfeld können insbesondere Werte hinterlegt sein, wie sie aus dem Diagramm von 4 hervorgehen.
Im Rahmen eines Verfahrens zum additiven Fertigen des Bauteils 3 aus einem Pulvermaterial mittels der Fertigungseinrichtung 1 wird bevorzugt der Arbeitsbereich 11 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 7 bestrahlt, um mittels des Energiestrahls 7 das Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 11 angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Die Bestrahlung wird dabei mit dem abhängig von dem Bestrahlungsort 17 bestimmten Bestrahlungsparameter durchgeführt.

Claims

Planungseinrichtung (19) zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (11) mit einem Energiestrahl (7), um mittels des Energiestrahls (7) ein Bauteil (3) aus einem in dem Arbeitsbereich (11) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von einem Bestrahlungsort (17) auf dem Arbeitsbereich (11) zu bestimmen.
Planungseinrichtung (19) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Bestrahlungsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Leistung des Energiestrahls (7) und einem Konturabstand (d) des Energiestrahls (7) zu einer Bauteilkontur (27) einer auf einer Pulvermaterialschicht (29) in dem Arbeitsbereich (11) zu erzeugenden Bauteilschicht (31).
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um den Bestrahlungsort (17) - durch mindestens einen Ablenkwinkel (γ) für den Energiestrahl (7), und vorzugsweise zusätzlich mindestens eine Winkelkoordinate (θ) in dem Arbeitsbereich (11), zu repräsentieren, oder - durch kartesische Koordinaten in dem Arbeitsbereich (11) darzustellen.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um eine aus einer von dem Bestrahlungsort (17) abhängigen Abweichung einer Strahlform (21) des Energiestrahls (7) auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Strahlform (23) resultierende Konturgrenzverschiebung einer Bauteilkontur (27) einer auf einer Pulvermaterialschicht (29) in dem Arbeitsbereich (11) zu erzeugenden Bauteilschicht (31) durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters zu kompensieren.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter einen Konturabstand (d) des Energiestrahls (7) zu einer Bauteilkontur (27) einer auf einer Pulvermaterialschicht (29) in dem Arbeitsbereich (11) zu erzeugenden Bauteilschicht (31) zu bestimmen, und um den Konturabstand (d) zusätzlich in Abhängigkeit von einer Richtung eines Bestrahlungsvektors (33) auf dem Arbeitsbereich (11) zu bestimmen.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter einen Konturabstand (d) des Energiestrahls (7) zu einer Bauteilkontur (27) einer auf einer Pulvermaterialschicht (29) in dem Arbeitsbereich (11) zu erzeugenden Bauteilschicht (31) zu bestimmen, und um den Konturabstand (d) zusätzlich in Abhängigkeit von einer erwarteten Schmelzbadbreite an dem Bestrahlungsort (17) zu bestimmen.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um - aus dem Bestrahlungsort (17) eine lokale Strahlform (21) des Energiestrahls (7) auf dem Arbeitsbereich (11) zu bestimmen, und um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von der lokalen Strahlform (21) zu bestimmen, oder - den wenigstens einen Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsort (17) aus einem Bestrahlungsparameter-Kennfeld auszulesen.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter eine Leistung des Energiestrahls (7) zu bestimmen, und um - eine von dem Bestrahlungsort (17) abhängige, strahlformbedingte Abweichung einer Leistungsdichte des Energiestrahls (7) auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte, und/oder - eine von einem Ablenkwinkel (γ) für den Energiestrahl (7) abhängige Abweichung einer Einstrahlleistung des Energiestrahls (7) auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung durch geeignete Wahl des Bestrahlungsparameters zu kompensieren.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um als den wenigstens einen Bestrahlungsparameter eine Leistung des Energiestrahls (7) zu bestimmen, und um den Bestrahlungsparameter oder einen Korrekturwert für den wenigstens einen Bestrahlungsparameter abhängig von dem Bestrahlungsort (17) aus einem Ablenkungs-Kennfeld auszulesen, in dem eine winkelabhängige Reflexionscharakteristik eines Scannerspiegels (15) zur Ablenkung des Energiestrahls (7) hinterlegt ist.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (11) mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen (7) zu planen, und um den wenigstens einen Bestrahlungsparameter zusätzlich in Abhängigkeit von einem an dem Bestrahlungsort (17) eingesetzten Energiestrahl (7) der Mehrzahl von Energiestrahlen (7) zu bestimmen.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (11) mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen (7) zu planen, und um für die Bestrahlung des Arbeitsbereichs (11) an einem Bestrahlungsort (17) denjenigen Energiestrahl (7) der Mehrzahl von Energiestrahlen (7) auszuwählen, für den zumindest ein Effekt, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus - einer von dem an dem Bestrahlungsort (17) verwendeten Energiestrahl (7) der Mehrzahl von Energiestrahlen (7) abhängigen Abweichung einer Strahlform (21) auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Strahlform (23), - einer von dem an dem Bestrahlungsort (17) verwendeten Energiestrahl (7) der Mehrzahl von Energiestrahlen (7) abhängigen, strahlformbedingten Abweichung einer Leistungsdichte auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte, und - einer von dem an dem Bestrahlungsort (17) verwendeten Energiestrahl (7) der Mehrzahl von Energiestrahlen (7) abhängigen Abweichung einer Einstrahlleistung auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung, im Vergleich der Energiestrahlen (7) untereinander minimal ist.
Planungseinrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planungseinrichtung (19) eingerichtet ist, um eine Lage von wenigstens einem innenliegenden Bestrahlungsvektor (33) in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Bestrahlungsparameter, insbesondere von dem Konturabstand (d), zu bestimmen.
Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen (3) aus einem Pulvermaterial, mit - einer Strahlerzeugungseinrichtung (5), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls (7), - einer Scannereinrichtung (9), die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich (11) lokal selektiv mit dem Energiestrahl (7) zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls (7) ein Bauteil (3) aus dem in dem Arbeitsbereich (11) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, und mit - einer Steuereinrichtung (13), die mit der Scannereinrichtung (9) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannereinrichtung (9) anzusteuern, wobei - die Steuereinrichtung (13) eine Planungseinrichtung (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist oder als Planungseinrichtung (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (11) mit einem Energiestrahl (7), um mittels des Energiestrahls (7) ein Bauteil (3) aus einem in dem Arbeitsbereich (11) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, wobei wenigstens ein Bestrahlungsparameter abhängig von einem Bestrahlungsort (17) auf dem Arbeitsbereich (11) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der wenigstens einen Bestrahlungsparameter so bestimmt wird, dass zumindest ein Effekt, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus - einer aus einer von dem Bestrahlungsort (17) abhängigen Abweichung einer Strahlform (21) des Energiestrahls (7) auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Strahlform (23) resultierenden Konturgrenzverschiebung einer Bauteilkontur (27) einer auf einer Pulvermaterialschicht (29) in dem Arbeitsbereich (11) zu erzeugenden Bauteilschicht (31), - einer von dem Bestrahlungsort (17) abhängigen, strahlformbedingten Abweichung einer Leistungsdichte des Energiestrahls (7) auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Leistungsdichte, und - einer von dem Bestrahlungsort (17) abhängigen Abweichung einer Einstrahlleistung des Energiestrahls (7) auf dem Arbeitsbereich (11) von einer vorbestimmten Vergleichs-Einstrahlleistung, durch die Wahl des Bestrahlungsparameters kompensiert wird.
Computerprogrammprodukt, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 auf einer Recheneinrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Recheneinrichtung läuft.
Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils (3) aus einem Pulvermaterial mittels einer Fertigungseinrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei ein Arbeitsbereich (11) lokal selektiv mit dem Energiestrahl (7) bestrahlt wird, um mittels des Energiestrahls (7) das Bauteil (3) aus dem in dem Arbeitsbereich (11) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, wobei die Bestrahlung mit dem abhängig von dem Bestrahlungsort (17) bestimmten Bestrahlungsparameter durchgeführt wird.