DE102021211256A1

DE102021211256A1 - Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern

Info

Publication number: DE102021211256A1
Application number: DE102021211256.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Werz; Stefan Weihe; Moritz Käß
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2023-04-06
Also published as: EP4412784A1; WO2023057560A1

Abstract

Es wird ein computerimplementiertes Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:a) Schneiden des CAD-Modells in eine endliche Anzahl von Schichten (122);b) Bestimmen von mindestens einem Belichtungspfad (124) für jede Schicht (122), wobei der Belichtungspfad (124) Strahlpositionsdaten aufweist für die Steuerung eines Belichtungsstrahls (126) in dem additiven Pulverbettverfahren, wobei das Bestimmen des Belichtungspfads (124) umfasst:i) Erstellen und Lösen einer partiellen Differentialgleichung und/oder eines Funktionals, umfassend ein Diskretisieren der Schicht (122), wobei einem Rand (128) der Schicht (122) mindestens eine Randbedingung zugewiesen wird, und Erzeugen mindestens einer Lösungsfunktion (130);ii) Bestimmen des Belichtungspfads (124) aus der Lösungsfunktion (130), wobei mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens berücksichtigt wird;c) Bestimmen mindestens eines Belichtungsmusters aus den Belichtungspfaden (124) der Schichten (122).Weiterhin werden ein Computerprogramm zur Durchführung des computerimplementierten Verfahrens, ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters, eine Berechnungsvorrichtung (142) zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern sowie eine Herstellungsvorrichtung (154) zur schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters vorgeschlagen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren, ein Computerprogramm zur Durchführung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern und ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Berechnungsvorrichtung zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern sowie eine Herstellungsvorrichtung zur schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters. Verfahren, Computerprogramme und Vorrichtungen der genannten Art können beispielsweise im Bereich der additiven Fertigung eingesetzt werden, insbesondere im Bereich der pulverbettbasierten additiven Fertigung. So kann die Erfindung insbesondere in der Entwicklung und Produktion eingesetzt werden, beispielsweise in der Prototypen- oder Einzelstückfertigung. Alternativ oder zusätzlich, kann die Erfindung auch in der Serienfertigung, insbesondere in der Kleinserienfertigung, eingesetzt werden. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Technischer Hintergrund
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt, welche zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung von Bauteilen eingesetzt werden, wobei die Herstellung das Verwenden von Belichtungsstrahlen umfasst deren Wirkdurchmesser sehr klein ist gegenüber dem gesamten Bauteil. Im Allgemeinen eignen sich diese Verfahren und Vorrichtungen dazu geometrieunabhängige Belichtungsmuster zu erzeugen. So werden in der Regel Belichtungsmuster nach einem vorgegebenen Muster erzeugt, beispielsweise durch Verwenden paralleler Linien unter einem vorbestimmten diskreten Winkel, zum Beispiel Schachbrettmuster und/oder äquidistante Punkte.
Trotz einer Vielzahl von Vorteilen, die mit den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen erzielt werden, bestehen nach wie vor zahlreiche technische Herausforderungen. So kann es bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen abhängig von einer Geometrie der herzustellenden Bauteile zu Überhitzungen oder auch zu unzureichendem Aufschmelzen kommen. Dies kann zu einer Minderung der Bauteilqualität und einem erhöhten Risiko für Bauteilversagen führen, beispielsweise im späteren Gebrauch. Eine weitere technische Herausforderung besteht in der Berücksichtigung von geometriespezifischen Anforderungen zur Wärmeableitung während des Herstellens. Diese sind in bekannten Verfahren in der Regel unzureichend berücksichtigt. Auch eine Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Bereichen eines Bauteils oder, falls mehrere Bauteile gleichzeitig hergestellt werden, eine Wechselwirkung zwischen Bauteilen, findet mit herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen üblicherweise nicht statt. Eine weitere technische Herausforderung betrifft eine Reduktion oder Vermeidung von zeit- und kostenintensiven Stützen, beispielsweise durch Stützstrukturen, einzelner Bauteilbereiche während des Herstellens.
Herkömmlich erzeugte Belichtungsmuster beinhalten in der Regel abschnittsweise gerade Polylinien, die sich jedoch nachteilig auf die Prozessstabilität auswirken und somit auch die Bauteilqualität negativ beeinflussen können.
Aufgabe der Erfindung
Es wäre daher wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern bereitzustellen, welche die beschriebenen Nachteile vorgenannter Verfahren und Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere sollen die Verfahren und Vorrichtungen einerseits das automatisierte Bestimmen von Belichtungsmustern mit optimierten Eigenschaften ermöglichen und andererseits eine hohe Kosteneffizienz, insbesondere eine zeitoptimierte und wirtschaftliche Fertigung, gewährleisten.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird adressiert durch ein computerimplementiertes Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren, ein Computerprogramm zur Durchführung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern, ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters, eine Berechnungsvorrichtung zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern sowie durch eine Herstellungsvorrichtung zur schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein computerimplementiertes Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die nachfolgend näher genannten Schritte. Diese Schritte können in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden. Auch eine andere Reihenfolge ist jedoch grundsätzlich möglich. Weiterhin können zwei oder mehr der genannten Verfahrensschritte zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Weiterhin können einer oder mehrere der genannten Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann über die genannten Schritte hinaus weitere Verfahrensschritte umfassen, welche nicht genannt sind.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Schneiden des CAD-Modells in eine endliche Anzahl von, beispielsweise im Wesentlichen zueinander parallelen, Schichten;
b) Bestimmen von mindestens einem Belichtungspfad für jede Schicht, wobei der Belichtungspfad Strahlpositionsdaten aufweist für die Steuerung eines Belichtungsstrahls in dem additiven Pulverbettverfahren, wobei das Bestimmen des Belichtungspfads umfasst:
- i) Erstellen und Lösen einer partiellen Differentialgleichung und/oder eines Funktionals, umfassend ein Diskretisieren der Schicht, wobei einem Rand der Schicht mindestens eine Randbedingung zugewiesen wird, und Erzeugen mindestens einer Lösungsfunktion;
- ii) Bestimmen des Belichtungspfads aus der mindestens einen Lösungsfunktion, wobei mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens berücksichtigt wird;
c) Bestimmen mindestens eines Belichtungsmusters aus den Belichtungspfaden der Schichten.

Der Begriff „computerimplementiert“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Prozess beziehen, welcher vollständig oder teilweise unter Verwendung von Datenverarbeitungsmitteln implementiert ist, insbesondere unter Verwendung mindestens eines Prozessors. So kann das computerimplementierte Verfahren insbesondere ein ganz oder teilweise in einem Prozessor ausführbares Verfahren sein.
Der Begriff „CAD-Modell“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere beziehen auf eine technische Datei, welche Daten und/oder Informationen bezüglich einer Form und/oder Geometrie des herzustellenden Bauteils umfasst. Beispielsweise kann das CAD-Modell in Form einer numerischen Beschreibung der Geometrie des herzustellenden Bauteils vorliegen, vorzugsweise in Form einer numerischen Beschreibung mindestens einer Oberfläche des Bauteils, insbesondere aus tesselierten und/oder diskretisierten Dreiecken. Das CAD-Modell kann auch weitere Daten, beispielsweise bezüglich mindestens eines möglichen und/oder geeigneten Materials, des Bauteils umfassen. Insbesondere kann es sich bei dem CAD-Modell des Bauteils um Input und/oder Eingangsdaten für das computerimplementierte Verfahren handeln. Der Begriff „Eingangsdaten“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht und ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Insbesondere kann es sich bei den Eingangsdaten, insbesondere dem CAD-Modell, um Informationen handeln, welche vor Durchführung des Verfahrens vorhanden sind und/oder dem computerimplementierten Verfahren zur Verfügung stehen und/oder auf die das Verfahren angewendet wird.
Der Begriff „additives Pulverbettverfahren“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein additives Fertigungsverfahren beziehen, bei dem pulverförmiges und/oder granulares Material Schicht für Schicht aufgetragen und so ein dreidimensionales Bauteil erzeugt werden kann. Beispielsweise kann in dem additiven Pulverbettverfahren das Bauteil in zueinander parallel angeordneten Schichten aus einem pulverförmigen Material als Ausgangswerkstoff, beispielsweise auf einer Grund- und/oder Bauplatte, aufgebaut werden. Insbesondere kann in dem additiven Pulverbettverfahren durch zyklisches Auftragen einer Pulverschicht auf die Grund- und/oder Bauplatte das Bauteil aufgebaut werden. So kann das additive Pulverbettverfahren insbesondere geeignet sein, um Bauteile ohne physische und/oder geometriespezifische Werkzeuge zu fertigen. Zur Herstellung des Bauteils kann beispielsweise die zyklisch aufgetragene Pulverschicht lokal durch mindestens einen Strahl, beispielsweise durch mindestens einen Belichtungsstrahl, insbesondere durch einen hochenergetischen Strahl, zum Beispiel durch einen Laserstrahl und/oder Elektronenstrahl, belichtet werden. Insbesondere kann eine lokale Wechselwirkung zwischen dem Strahl und dem pulverförmigen Material stattfinden, beispielsweise an einer lokalen Wirkstelle. Zum Beispiel, kann das pulverförmige Material an der Wirkstelle, beispielsweise innerhalb eines Wirkdurchmessers des Belichtungsstrahls, durch die Wechselwirkung mit dem Strahl eine Zustandsänderung erfahren, beispielsweise von pulverförmig zu fest, insbesondere eine Umwandlung von einem losen Granulat zu einem stabilen, zur Kraftübertragung geeigneten Verbund. Beispielsweise kann mittels des Strahls das Pulver, insbesondere lokal an einer Wirkstelle, mit dem in unmittelbarer Umgebung liegenden Material, zum Beispiel mit dem daneben- und/oder darunterliegenden Material, beispielsweise mit einer vorherigen Pulverschicht und/oder mit einem Teil des entstehenden Bauteils, zumindest teilweise verschmolzen werden. Ein Durchmesser des Strahls und/oder der durch das Auftreffen des Strahls auf dem Pulver entstehende Schmelzbereich, beispielsweise eine Wirkstelle, kann dabei sehr viel kleiner sein als die Abmessungen des Bauteils. Insbesondere kann der Strahl eine Wirkstelle, beispielsweise einen Schmelzdurchmesser D, zum Beispiel einen Bereich, in dem Schmelzen auftritt, zwischen 0,4 µm und 15 mm erzeugen, beispielsweise 10µm < D < 2 mm, insbesondere 20µm ≤ D ≤ 500 µm.
Das pulverförmige Material als Ausgangswerkstoff für die Herstellung in dem additiven Pulverbettverfahren kann beispielsweise eine Partikel- und/oder Korngröße p aufweisen, wobei 0,02 µm ≤ p ≤ 2,0mm, insbesondere 5,0 µm ≤ p ≤ 500 µm, vorzugsweise 10 µm ≤ p ≤ 100 µm, besonders bevorzugt 12 µm ≤ p ≤ 63 µm.
Eine Schichtdicke d der Materialschicht, zum Beispiel der Pulverschicht, in der das pulverförmige Material in dem additiven Pulverbettverfahren aufgetragen wird, beispielsweise eine Dicke der zueinander parallel angeordneten Pulverschichten, kann beispielsweise zwischen 0,4 µm und 12 mm liegen. So kann die Pulverschichtdicke d insbesondere 5 µm ≤ d ≤ 2 mm, vorzugsweise 10 µm ≤ d ≤ 200 µm, bevorzugt 10 µm ≤ d ≤ 100 µm.
In dem additiven Pulverbettverfahren kann für jede der zyklisch aufgetragenen Pulverschichten eine Relativbewegung zwischen Strahl und Schicht derart ausgeführt werden, dass alle Bereiche des herzustellenden Bauteils belichtet, insbesondere aufgeschmolzen, werden können. Diese Relativbewegung kann beispielsweise durch Bewegen des Strahls gegenüber der Materialschicht oder durch Bewegen der Materialschicht gegenüber dem Strahl oder durch eine Kombination dieser Bewegungen erzeugt werden. Ein Ablauf und/oder Fahrplan der Relativbewegung kann insbesondere durch den Belichtungspfad, insbesondere für eine einzelne Materialschicht, oder durch das Belichtungsmuster, insbesondere für die Gesamtheit der Materialschichten, gegeben sein. Insbesondere können in dem additiven Pulverbettverfahren ein oder mehrere Komponenten vorgesehen sein zur Ausführung dieser Relativbewegung, so kann beispielsweise im Fall von laserbasierten Verfahren mindestens ein sogenannter Laserscanner umfassend mindestens zwei zueinander elektronisch bewegliche Spiegel und/oder im Fall von elektronenstrahlbasierten Verfahren eine mindestens zwei Kondensatorplatten umfassende Ablenkeinheit verwendet werden.
Der Begriff „Belichtungsmuster“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Information eines zeitlichen und/oder örtlichen Ablaufs, beispielsweise auf einen Fahr- und/oder Ablaufplan, einer Relativbewegung zwischen Strahl und Pulverbett beziehen, beispielsweise zur Herstellung mindestens eines gesamten und/oder vollständigen Bauteils. So kann das Belichtungsmuster beispielsweise einen Datensatz aus einer Gesamtheit von Belichtungspfaden für jede Schicht des Bauteils umfassen, zum Beispiel eine Sammlung sein von den Belichtungspfaden für die schichtweise Herstellung des mindestens einen gesamten Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren. Zum Beispiel kann das Belichtungsmuster eine Gesamtheit von Belichtungspfaden für die Herstellung mindestens eines gesamten Bauteils umfassen, also Daten für das Belichten aller Materialschichten umfassen für die Herstellung mindestens eines gesamten Bauteils. Insbesondere kann das Belichtungsmuster in Form einer technischen Datei, beispielsweise in Form eines computerlesbaren Datensatzes, erzeugt werden. So kann es sich bei dem Belichtungsmuster insbesondere um Output- und/oder Ausgangsdaten, beispielsweise um ein Ergebnis, des computerimplementierten Verfahrens handeln.
Der Begriff „Ausgangsdaten“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht und ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. So kann es sich bei den Ausgangsdaten, insbesondere bei dem Belichtungsmuster, um Informationen handeln, welche erst nach vollständiger oder teilweiser Durchführung des Verfahrens vorhanden sind und/oder aus dem computerimplementierten Verfahren hervorgehen, beispielsweise durch das computerimplementierte Verfahren erzeugt werden. Ausgangsdaten aus einem Datenverarbeitungsprozess können insbesondere Eingangsdaten für einen nachfolgend und/oder anschließend durchgeführten Datenverarbeitungsschritt sein und/oder insbesondere für einen nachfolgend, beispielsweise zeitlich später, durchgeführten datengesteuerten Fertigungsprozess, beispielsweise für ein Herstellungsverfahren, sein.
Der Begriff „Schneiden“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere beziehen auf einen Prozess des Trennens und/oder Aufteilens von Daten in einzelne Datenpakete, wobei beispielsweise auch eine Reduktion der Daten stattfinden kann. So kann das Schneiden des CAD-Modells in eine endliche Anzahl von Schichten insbesondere ein Aufteilen der Geometrie des in dem CAD-Modell gespeicherten Bauteils in einzelne Datenpakete umfassen, wobei jedes Datenpaket zumindest eine Schicht des Bauteils aufweisen kann. Insbesondere kann das Schneiden einen Datenverarbeitungsschritt umfassen, wobei beispielsweise eine Umrandung und/oder eine Schnittfläche des CAD-Modells extrahiert wird. So kann zum Beispiel eine 3D Geometrie deren Äußeres Flächen sind durch das Schneiden in 2D Elemente überführt werden. Insbesondere kann durch das Schneiden des CAD-Modells in eine endliche Anzahl von Schichten das dreidimensionale CAD-Modell in eine endliche Anzahl von zweidimensionalen Flächen, hier beispielsweise Schicht genannt, aufgeteilt werden. So kann das Schneiden des CAD-Modells beispielsweise ein derartiges Aufteilen umfassen, dass jedes Datenpaket, beispielsweise jede Schicht, Linien umfasst, insbesondere in einer Ebene liegende Linien, vorzugsweise geschlossene Linien. Beispielsweise kann in Schritt a) das CAD-Modell zunächst in eine endliche Anzahl von gleich dicken Scheiben aufgeteilt, beispielsweise in Datenpakete getrennt, werden. Insbesondere kann jede Scheibe eine Dicke s aufweisen, wobei 0,5 µm ≤ s ≤ 10 mm, beispielsweise 5 µm ≤ s ≤ 500 µm. Die Dicke s kann vorgegeben sein, beispielsweise durch das additive Pulverbettverfahren. Insbesondere kann die Dicke s beispielsweise einer Dicke einer Pulverschicht in dem additiven Pulverbettverfahren entsprechen. Anschließend können in Schritt a) die gleich dicken Scheiben, insbesondere Datenpakete die Informationen über die Scheiben enthalten, in Schichten überführt, insbesondere die Datenpakete reduziert, werden, indem eine Kontur und/oder ein Umriss der Scheiben, insbesondere als zweidimensionale Querschnittsfläche, gespeichert wird. So kann das Schneiden des CAD-Modells in Schritt a) ein Überführen des dreidimensionalen CAD-Modells in eine endliche Anzahl von zweidimensionalen Schichten umfassen, wobei jede Schicht eine Kontur und/oder einen Umriss einer Scheibe des CAD-Modells umfassen kann. Der Begriff „Schicht“ wie er hier verwendet wird, kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine zweidimensionale Fläche beziehen. Insbesondere kann eine Schicht eine Querschnittsfläche einer Scheibe des CAD-Modells sein. So muss die Schicht beispielsweise nicht auf einen Flächeninhalt begrenzt sein, sondern kann sich auf eine Geometrie umfassend die Fläche beziehen, zum Beispiel inklusive eines Rands und/oder einer Berandung der Querschnittsfläche und/oder einer Schnittebene des CAD-Modells. Beispielsweise kann eine erste Schicht die Querschnittsfläche der ersten Scheibe umfassen, wohingegen eine zweite Schicht die Querschnittsfläche der zweiten Scheibe umfassen kann, usw.
Für jede Schicht, insbesondere für jede einzelne der in Schritt a) geschnittenen Schichten, wird in Schritt b) mindestens ein Belichtungspfad bestimmt, insbesondere durch wiederholtes, beispielsweise iteratives, Durchführen von zumindest den Schritten i) und ii). So kann insbesondere für jede der endlichen Anzahl von Schichten ein eigener Belichtungspfad bestimmt werden. Der Begriff „Belichtungspfad“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen beliebigen Wechselwirkungspfad und/oder Scanpfad beziehen, beispielsweise auf eine Spur und/oder Bahn, auf welcher eine Wechselwirkung zwischen dem Strahl und dem pulverförmigen Material stattfinden kann, beispielsweise abhängig von einer Art einer verwendeten Strahlung des Strahls. Beispielsweise kann der Belichtungspfad, insbesondere die Spur und/oder Bahn, auch zumindest teilweise Unterbrechungen umfassen, insbesondere Stellen an denen bei einer Belichtung ein Absetzen und/oder ein Aussetzen des Strahls erfolgen kann. Alternativ kann der Belichtungspfad auch ein durchgängiger, stetiger Pfad sein. Beispielsweise kann der Belichtungspfad einen für ein schichtweises Herstellen des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren von dem Strahl, beispielsweise einem Laser- und/oder Elektronenstrahl, zu verfolgenden und/oder abzufahrenden Weg und/oder Pfad umfassen. So weist der Belichtungspfad insbesondere Strahlpositionsdaten für die Steuerung eines Belichtungsstrahls in dem additiven Pulverbettverfahren auf, beispielsweise Daten zur Steuerung der Positionierung des Belichtungsstrahls. Beispielsweise kann der Belichtungspfad eine Vielzahl von Positionsdaten umfassen, die in dem additiven Pulverbettverfahren durch den Strahl, insbesondere durch den Belichtungsstrahl, beispielsweise durch den Laser- und/oder Elektronenstrahl, abzufahren sind. Insbesondere kann der Belichtungspfad Informationen über die Belichtung genau einer Schicht umfassen. Ein erster Belichtungspfad kann beispielsweise Informationen über die Belichtung einer ersten Schicht umfassen, wohingegen ein zweiter Belichtungspfad Informationen über die Belichtung einer zweiten Schicht umfassen kann, usw. Eine Gesamtheit von Belichtungspfaden für die Herstellung mindestens eines Bauteils kann, wie oben bereits ausgeführt, ein Belichtungsmuster sein.
Der Belichtungspfad kann insbesondere ein kontinuierlicher Pfad sein. Alternativ, kann der Belichtungspfad auch mehrere einzelne diskrete Pfade umfassen, beispielsweise aus mehreren einzelnen diskreten Pfaden, beispielsweise aus mehreren Belichtungsabschnitten, zusammengesetzt sein. Insbesondere kann es sich bei dem Belichtungspfad für mindestens eine Schicht um Ausgangsdaten aus Schritt b) ii) des computerimplementierten Verfahrens handeln. Der Belichtungspfad kann beispielsweise durch Verwendung von diskreten Punkten, Polynome, Splines, NURBs, Bezierkurven, etc. beschrieben und/oder gespeichert sein.
Der Begriff „Erstellen“ wie er hier, insbesondere in Bezug auf Schritt b) i), verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Prozess des Zuweisens und/oder Anwendens beziehen. So kann das Erstellen einer partiellen Differentialgleichung beispielsweise das Zuweisen und/oder Anwenden einer partiellen Differentialgleichung auf ein Berechnungsgebiet umfassen. Beispielsweise kann das Erstellen eines Funktionals das Zuweisen und/oder Anwenden eines Funktionals auf ein Berechnungsgebiet umfassen. Insbesondere kann das Erstellen der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals auch ein Auswählen aus einer vorbestimmten Liste umfassen, beispielsweise anhand zumindest einer vorgegebenen Auswahlfunktion, zum Beispiel abhängig von einer Ähnlichkeit des Berechnungsgebiets, beispielsweise einer aktuellen Schicht des Bauteils, zu einer Grundgeometrie. So kann die partielle Differentialgleichung und/oder das Funktional beispielsweise anhand einer Ähnlichkeit zu einem Kreis, einem Rechteck, einem Dreieck oder einer anderen Grundgeometrie aus einer Liste ausgewählt sein. Auch weitere Auswahlkriterien sind möglich. Beispielsweise kann eine entsprechende Liste mit partiellen Differentialgleichungen und/oder Funktionalen bei der Durchführung des computerimplementierten Verfahrens zur Verfügung stehen. Insbesondere kann eine entsprechende Liste, beispielsweise auf einem Prozessor und/oder Computer, auf dem das computerimplementierte Verfahren durchgeführt wird, hinterlegt und/oder gespeichert sein. Beispielsweise kann eine Auswahl der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals basierend auf der Geometrie des CAD-Modells erfolgen. Insbesondere können für eine Auswahl auch Methoden künstlicher Intelligenz, wie beispielsweise Neuronale Netze, verwendet werden.
Der Begriff „Lösen einer partiellen Differentialgleichung“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Prozess des Ermittelns einer Lösung einer partiellen Differentialgleichung beziehen, vorzugsweise einer von 0 verschiedenen Lösung. Insbesondere kann das Lösen der partiellen Differentialgleichung auch ein Auswählen, beispielsweise einer Standardlösung, aus einer vorbestimmten Liste umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Lösen der partiellen Differentialgleichung auch ein Anwenden eines numerischen Verfahrens umfassen, beispielsweise das Bestimmen einer Näherungslösung, insbesondere unter Verwendung einer oder mehrerer von Finite-Elemente-Methode (FEM), Finite-Differenzen-Methode (FDM), Finite-Volumen-Methode (FVM), Netzfreie Galerkin Methoden (GMF) und Randelementmethode (REM). Ein Schritt beim numerischen Lösen der Differentialgleichung kann die Diskretisierung des Berechnungsgebietes und dessen Rand umfassen. Das numerische Lösen der partiellen Differentialgleichung kann insbesondere das Aufstellen und Invertieren einer Matrix, Matrixmultiplikationen und/oder iterative Methoden, wie Beispielsweise das Newton-Raphson-Verfahren, umfassen.
Der Begriff „Lösen eines Funktionals“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Prozess des Ermittelns einer Optimierung, beispielsweise eines Minimums und/oder eines Maximums und/oder eines vorgegebenen Zielwerts, eines Funktionals beziehen. Insbesondere kann das Lösen des Funktionals auch ein Auswählen, beispielsweise einer Standardoptimierung, aus einer vorbestimmten Liste umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Lösen des Funktionals auch ein Anwenden eines numerischen Verfahrens umfassen, beispielsweise das Bestimmen einer Optimierung des Funktionals unter Verwendung einer oder mehrerer von Finite-Elemente-Methode (FEM), Finite-Differenzen-Methode (FDM), Finite-Volumen-Methode (FVM) und Randelementmethode (REM).
Das Berechnungsgebiet, insbesondere das Berechnungsgebiet, auf dem die partielle Differentialgleichung und/oder das Funktional erstellt und gelöst wird, kann auf die eine Schicht des mindestens einen Bauteils beschränkt sein, also beispielsweise durch mindestens einen Rand der Schicht des mindestens einen CAD-Modells des Bauteils begrenzt sein. Insbesondere kann das Berechnungsgebiet genau eine Schnittfläche des Bauteils, beispielsweise eine Querschnittsfläche, sein. So kann die in Schritt b) i) dem Rand der Schicht zugewiesene Randbedingung auch dem Rand des Berechnungsgebiets zugewiesen, insbesondere auf diesen aufgebracht, sein. Bei einem derartigen Berechnungsgebiet können bei Anwendung eines numerischen Verfahrens, insbesondere bei Verwendung von FEM, die verwendeten Elemente an den Rand der Schicht, beispielsweise an eine Außenkontur des Bauteils angepasst sein. Zum Beispiel können bei Verwendung der FEM in besonders vorteilhafter Weise Dreieckselemente und/oder Viereckselemente, insbesondere mit linearem, quadratischem oder kubischem Ansatz zur Anwendung kommen. So kann beispielsweise eine Verwendung der FEM für Berechnungsgebiete, die auf eine Schicht des Bauteils begrenzt sind, vorteilhaft sein, da eine Anpassung der Elemente an die Außenkontur des Bauteils möglich sein kann. Auch eine Anpassung der Elementgröße an einzelne Abschnitte des Bauteils, insbesondere der Schnittfläche, kann bei Verwendung der FEM möglich sein. So können beispielsweise filigrane Abschnitte mit kleineren Elementen auflösbar sein als gro-ße Bereiche, beispielsweise im Inneren der Fläche.
Alternativ kann das Berechnungsgebiet, insbesondere das Berechnungsgebiet, auf dem die partielle Differentialgleichung und/oder das Funktional erstellt und gelöst wird, auch einen Querschnitt eines Bauraums und/oder Pulverbetts in dem additiven Pulverbettverfahren umfassen, beispielsweise ein rechteckiger Querschnitt eines Bauraums und/oder Pulverbetts. Insbesondere kann das Berechnungsgebiet einen Querschnitt des Bauraums inklusive der Schnittfläche des mindestens einen Bauteils umfassen, beispielsweise mindestens eine in dem Bauraum angeordnete Schicht des CAD-Modells des Bauteils. So kann die in Schritt b) i) dem Rand der Schicht zugewiesene Randbedingung beispielsweise im Inneren des Berechnungsgebiets liegen. Insbesondere kann Schritt b) i) weiterhin umfassen, dass einem Inneren des Berechnungsgebiets mindestens eine Bedingung zugewiesen wird. Zum Beispiel können bei einem derartigen Berechnungsgebiet bei Anwendung eines numerischen Verfahrens, insbesondere bei Verwendung von FDM, Berechnungsnetze, beispielsweise strukturierte, karthesische Berechnungsnetze, verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Verwendung der FDM für Berechnungsgebiete, die den Bauraum umfassen, vorteilhaft sein, da eine geringe Anzahl an Rechenoperationen auszuführen sein können, beispielsweise weniger Rechenoperationen im Vergleich zu einer Verwendung der FEM.
Zum Beispiel kann das computerimplementierte Verfahren auch zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mehrerer Bauteile aus CAD-Modellen der Bauteile in einem additiven Pulverbettverfahren geeignet sein. Beispielsweise kann bei mehreren Bauteilen das Berechnungsgebiet, insbesondere das Berechnungsgebiet, auf dem die partielle Differenzialgleichung und/oder das Funktional erstellt und gelöst wird, einen Querschnitt des Bauraums inklusive der Schnittflächen der mehreren Bauteile umfassen. So können die in Schritt b) i) den Rändern der Schichten zugewiesenen Randbedingungen beispielsweise im Inneren des Berechnungsgebiets liegen. Insbesondere kann beim automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mehrerer Bauteile das Berechnungsgebiet ein gemeinsames Berechnungsgebiet für alle Schnittflächen der mehreren Bauteile umfassen. Auch eine separate Betrachtung, beispielsweise ein Beschränken des Berechnungsgebiets auf je eine Schnittfläche der mehreren Bauteile ist möglich.
Die partielle Differentialgleichung kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Laplace-Gleichung, Poisson-Gleichung, Helmholz-Gleichung, Wärmeleitungsgleichung, Wellengleichung, Minimalflächengleichung. Beispielsweise kann die partielle Differentialgleichung auch eine nichtlineare partielle Differentialgleichung umfassen. So kann die partielle Differentialgleichung beispielsweise eine nichtlineare partielle Differentialgleichung sein, bei der zweite partielle Ableitungen mit einem Exponenten kleiner 1 potenziert werden. Insbesondere kann für die partielle Differentialgleichung beispielsweise gelten:

Der Begriff „Lösungsfunktion“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Beschreibung, beispielsweise eine mathematische und/oder technische Beschreibung, eines Ergebnisses und/oder eines ermittelten Ziels einer mathematischen und/oder technischen Aufgabe beziehen. Insbesondere kann die Lösungsfunktion beispielsweise eine Beschreibung der Lösung der partiellen Differentialgleichung sein. Alternativ kann die Lösungsfunktion auch eine Beschreibung der Optimierung des Funktionals sein. Insbesondere kann die Lösungsfunktion die Lösung der partiellen Differentialgleichung und/oder die Optimierung des Funktionals umfassen, wobei die Lösungsfunktion als Datensatz, beispielsweise als diskrete Daten, vorliegen kann. So kann die Lösungsfunktion insbesondere durch ein numerisches Löse der partiellen Differentialgleichung und/oder durch eine numerische Optimierung des Funktionals ermittelt werden und beispielsweise eine Vielzahl numerischer Werte, insbesondere in einem Datensatz, aufweisen und/oder umfassen. Die Lösungsfunktion kann insbesondere für jeden Freiheitsgrad der Diskretisierung einen numerischen Wert als Lösung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Lösungsfunktion beispielsweise auch mehrere abschnittsweise definierte Funktionen aufweisen. Insbesondere kann es sich bei der Lösungsfunktion um Ausgangsdaten aus Schritt b) i) des computerimplementierten Verfahrens handeln.

In Schritt ii) kann der Belichtungspfad direkt aus der Lösungsfunktion, insbesondere aus der in Schritt i) erzeugten Lösungsfunktion für die partielle Differentialgleichung und/oder das Funktional, bestimmt werden. Beispielsweise kann der Belichtungspfad durch Fortsetzen, zum Beispiel Aneinanderreihen von Wegpunkten, entsprechend eines vorgegebenen Schemas aus der Lösungsfunktion bestimmt werden, insbesondere ausgehend von einem Startpunkt, beispielsweise von einem vorbestimmten oder zufällig gewählten Punkt oder Ort. So kann beispielsweise der Belichtungspfad ausgehend von dem Startpunkt beispielsweise in Richtung eines größten Gradienten, beispielsweise in Richtung eines betragsmäßig größten Gradienten, also beispielsweise auch in Richtung des kleinsten negativen Gradienten, fortgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Belichtungspfad auch in Richtung eines vorgegebenen Wertes, beispielsweise eines konstanten Wertes, fortgesetzt werden. Auch andere Richtungen sind möglich, beispielsweise eine Richtung die sich aus mindestens einem Gradienten und/oder einer Isolinie ergibt. Insbesondere kann das Bestimmen des Belichtungspfads beispielsweise ganz oder teilweise während dem Erzeugen der Lösungsfunktion durchgeführt werden, insbesondere können die Schritte i) und ii) ganz oder teilweise parallel ablaufen. So kann beispielsweise während des Lösens der partiellen Differentialgleichung, beispielsweise während eines inkrementellen transienten Lösens einer Laplace Gleichung, insbesondere unter konstanten Randbedingungen, in die Richtung des größten, beispielsweise auch negativen, Gradienten und/oder in Richtung eines bestimmten, beispielsweise vorgegebenen, Wertes der Belichtungspfad, insbesondere ausgehend von einem Startpunkt, fortgesetzt werden. Simultan, beispielsweise gleichzeitig, oder versetzt, insbesondere unter zeitlichem und/oder örtlichem Abstand, kann dem bereits existenten Bereich des Belichtungspfades, beispielsweise den vorher festgelegten Wegpunkten, ein fester oder sich zeitlich ändernder Funktionswert und/oder ein Quellterm zugeordnet werden. Beispielsweise kann bei einem diskreten Lösen der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals der Belichtungspfad direkt bei Erstellen der Lösungsfunktion ermittelt werden, beispielsweise durch Verwenden eines Werts der Lösungsfunktion, zum Beispiel durch Aufprägen des Funktionswerts.
Insbesondere kann der Schritt ii) mindestens zwei Teilschritte umfassen. So kann beispielsweise ein erster Teilschritt ii) 1. ein Bestimmen eines Vektorfelds aus der mindestens einen in Schritt i) erzeugten Lösungsfunktion umfassen. Beispielsweise kann ein zweiter Teilschritt ii) 2. ein Bestimmen des Belichtungspfads aus dem Vektorfeld unter Berücksichtigung der mindestens einen Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens umfassen.
Der Begriff „Vektorfeld“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Datenkollektiv beziehen, das einen Vektor, insbesondere eine Richtung, beispielsweise eine Steigung, mindestens einer Lösung, beispielsweise der mindestens einen Lösungsfunktion, angibt. Insbesondere kann das Vektorfeld für eine endliche Anzahl an Punkten, beispielsweise für diskrete Orte auf dem Berechnungsgebiet, insbesondere für jedes Element, zum Beispiel bei Anwenden eines numerischen Verfahrens, einen Vektor angeben bzw. umfassen. Beispielsweise kann das Vektorfeld ein diskretes Vektorfeld sein, zum Beispiel nur für diskrete Orte auf dem Berechnungsgebiet und/oder jedes im numerischen Verfahren verwendete Element, Vektoren umfassen. Alternativ oder zusätzlich, kann das Vektorfeld auch Vektoren umfassen die zwischen den diskreten Orten auf dem Berechnungsgebiet liegen, beispielsweise bestimmt durch Interpolation. So kann das Vektorfeld beispielsweise eine Ansammlung von Vektoren umfassen. Insbesondere kann das Vektorfeld beispielweise ein Richtungsfeld sein, insbesondere eine Ansammlung von Richtungsvektoren, wobei jeder Vektor eine Richtung angeben kann, in der die Graphen möglicher Lösungen der partiellen Differentialgleichung und/oder der Optimierung des Funktionals verlaufen. Insbesondere kann es sich bei dem Vektorfeld um Ausgangsdaten aus Schritt b) ii) 1. des computerimplementierten Verfahrens handeln, wobei die Daten beispielsweise als mehrdimensionale Datensätze, vorzugsweise jedoch als zweidimensionale Datensätze, vorliegen können. So können die Daten und/oder Informationen über das Vektorfeld, beispielsweise die Ausgangsdaten, vorzugsweise zweidimensionale Projektionen des Vektorfelds umfassen, insbesondere projiziert auf die jeweilige Schicht des CAD-Modells. Das Vektorfeld kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Gradientenfeld; einem Tangentialfeld und einem Richtungsfeld, insbesondere einem Isolinien-Richtungsfeld, beispielsweise einem auf Isolinien erzeugten Feld.
Der Begriff „Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Merkmal und/oder Prädikat des additiven Pulverbettverfahrens beziehen, beispielsweise auf mindestens einen maschinen- und/oder materialbezogenen Parameter und/oder Datensatz. Zum Beispiel kann die Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens sich auf eine intrinsisch dem Pulverbettverfahren zuzuordnende Eigenart und/oder Charakteristik beziehen. Insbesondere kann die berücksichtigte mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens mindestens eine Information über das Merkmal und/oder Prädikat umfassen, beispielsweise in einem beliebigen Dateiformat, zum Beispiel als Wertetabelle. Bei der mindestens einen Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens kann es sich um Input und/oder Eingangsdaten für das computerimplementierte Verfahren handeln.
Insbesondere kann die mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Hatchabstand, insbesondere einem minimal zulässigen Hatchabstand und/oder einem maximal zulässigen Hatchabstand; einem Maschinenparameter, insbesondere einer Scanleistung, beispielsweise einer Laserleistung oder einer Elektronenstrahlleistung, einer Scanfläche, beispielsweise einem Querschnitt eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, einer Schichtgröße, beispielsweise einer Fläche einer Schicht, insbesondere einer maximalen Länge und/oder Breite der Fläche einer Schicht; einem Schichtabstand, beispielsweise einer vertikalen Ausdehnung und/oder Dicke der Pulverschicht, einer Pulverbett-Abmessung, insbesondere mindestens einer Abmessung eines zur Herstellung in dem additiven Pulverbettverfahren verfügbaren Bauraums, beispielsweise einer Länge und/oder Breite des Pulverbetts; einem Materialparameter, beispielsweise einer Wärmeleitfähigkeit, einer Schmelztemperatur.
Der Begriff „Hatchabstand“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen räumlichen Abstand zwischen Abschnitten von Belichtungspfaden, beispielsweise zwischen parallelen Abschnitten.
In Schritt b) ii), insbesondere in Teilschritt b) ii) 2., kann aus dem Vektorfeld, zum Beispiel aus dem Richtungsfeld, der mindestens eine Belichtungspfad bestimmt werden. Insbesondere kann beispielsweise auf Basis des Vektorfelds der Belichtungspfad ermittelt werden, wobei ein Verlauf des Belichtungspfads beispielsweise durch einen oder mehrere Vektoren des Vektorfelds, beispielsweise Scanvektoren, vorgegeben und/oder definiert sein kann. So kann der Belichtungspfad, beispielsweise mit dem Ziel die Schicht, insbesondere ein Inneres der Schicht, zu füllen, einem oder mehreren der Vektoren des Vektorfelds folgen. Beispielsweise können auf Basis des Vektorfelds, beispielsweise basierend auf Vektoren des Richtungsfelds, diskrete Scanvektoren ermittelt werden. Insbesondere kann ein Ermitteln der Scanvektoren, beispielsweise ein Bestimmen eines Verlaufs des Belichtungspfads, ein Anpassen mindestens eines Abstands zweier Scanvektoren zueinander, zum Beispiel durch Anpassen von mindestens einem maximalen Abstand, insbesondere senkrecht zu mindestens einem der beiden Scanvektoren, umfassen, so dass die Fläche des Bauteils, insbesondere die Schicht des Bauteils, vollständig auf- und/oder umgeschmolzen werden kann, insbesondere vollständig ausgefüllt werden kann.
Beispielsweise kann ein mögliches Vorgehen zur Durchführung des Schritts b) ii) derart ablaufen, dass unter Verwendung des Euler-Verfahrens aus der Lösungsfunktion, beispielsweise aus einer numerisch ermittelten Lösungsfunktion, insbesondere zum Beispiel umfassend diskrete Lösungspunkte, mindestens ein möglicher, potentieller Belichtungsabschnitt ermittelt werden. So kann beispielsweise ausgehend von dem Vektorfeld mit Hilfe des Euler-Verfahrens mindestens ein möglicher Abschnitt des Belichtungspfads bestimmt werden. Zum Beispiel kann ausgehend von einem ersten Punkt im Bereich des Richtungfeldes, z.B. auf Basis des Euler-Verfahrens durch diesen Punkt, ein erster möglicher Belichtungsabschnitt ermittelt werden. Dabei kann eine Schrittweite und eine gesamte Länge des Abschnitts, beispielsweise des berechneten Pfades, durch Parameter voreingestellt sein, insbesondere vorgegeben werden. In einem beispielsweise nachfolgenden Schritt kann mindestens ein zweiter möglicher, potentieller Belichtungsabschnitt, zum Beispiel zumindest ein möglicher Abschnitt des Belichtungspfads, ebenfalls unter Verwendung des Euler-Verfahrens aus der Lösungsfunktion ermittelt werden. Insbesondere kann der zweite mögliche, potentielle Belichtungsabschnitt zum Beispiel ausgehend von einem zweiten, zum ersten Abschnitt beabstandeten Punkt, numerisch ermittelt werden. Nun, insbesondere anschließend an die vorherige Ermittlung von mindestens zwei möglichen, potentiellen Belichtungsabschnitten, kann der minimale und der maximale Abstand zwischen den mindestens zwei möglichen Belichtungsabschnitten, insbesondere entlang der möglichen Belichtungsabschnitte, zum Beispiel entlang der Lösungskurven oder bestimmten Längenabschnitten, bestimmt und/oder berechnet werden. Der minimale und der maximale Abstand können anschließend beispielsweise mit einem minimal zulässigen Hatchabstand und/oder einem maximal zulässigen Hatchabstand verglichen werden. Für den Fall, dass die Abstände den zulässigen Hatchabständen entsprechen, also größer als der minimale Hatchabstand und/oder kleiner als der maximale Hatchabstand sind, können beispielsweise beide möglichen, potentiellen Belichtungsabschnitte gewählt werden und für die Bestimmung des Belichtungspfads Verwendung finden. Alternativ, insbesondere falls die Abstände nicht den zulässigen Hatchabständen entsprechen, also beispielsweise zu groß oder zu klein sind, kann zumindest einer der mindestens zwei Möglichen, potentiellen Belichtungsabschnitte, verworfen und/oder neu bestimmt werden. Für eine Neuberechnung des mindestens einen möglichen, potentiellen Belichtungsabschnitts können gängige Berechnungsmethoden, beispielsweise der Dreisatz und/oder die Intervallhalbierungsmethode, verwendet werden. Insbesondere kann zum Beispiel der zweite Punkt, insbesondere für die Bestimmung des zweiten möglichen, potentiellen Belichtungsabschnitts, derart gewählt werden, dass Belichtungsabschnitte ermittelbar sind, deren Abstände die Hatchabstände erfüllen. So kann, beispielsweise um Belichtungsabschnitte zu erhalten die bestimmte Forderungen nach minimalem und/oder maximalem Hatchabstand erfüllen, insbesondere der Abstand zwischen Punkt 1 und Punkt 2, z.B. unter Anwendung von Dreisatz oder der Intervallhalbierungsmethode, entsprechend gewählt und verwendet werden.
Insbesondere kann es möglich sein, dass das in Schritt b) ii) 1. bestimmte Vektorfeld, beispielsweise das Richtungsfeld, eine Divergenz aufweist. Beispielsweise kann eine Divergenz des Vektorfelds dazu führen, dass die Vektoren des Vektorfelds, beispielsweise die Vektoren und/oder Richtungen des Richtungsfelds, in ihrer Länge begrenzt sind und/oder ein Abstand zwischen den Vektoren, beispielsweise den Richtungen, variiert. Ein aus einem derartigen Vektorfeld bestimmter Belichtungspfad kann beispielsweise mindestens eine oder mehrere Krümmungen aufweisen und/oder einen variierenden Hatchabstand aufweisen.
Insbesondere kann in Schritt b) ii), beispielsweise in Teilschritt b) ii) 2., der Hatchabstand die zu berücksichtigende mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens sein. So kann insbesondere ein maximal zulässiger Hatchabstand vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein größer als der maximal zulässige Hatchabstand gewählter Hatchabstand dazu führen, dass bei der schichtweisen Herstellung des mindestens einen Bauteils, insbesondere während eines Abfahrens des Belichtungspfads, Teile des Bauteils, insbesondere mindestens einer Schicht des Bauteils, nicht auf- und/oder umgeschmolzen werden. Dies kann beispielsweise zu unerwünschten Fehlstellen und/oder einer minderen Bauteilqualität führen. Insbesondere kann der Hatchabstand, beispielsweise ein maximaler Abstand A_max zwischen zwei Abschnitten des Belichtungspfads, zum Beispiel maximal 100µm sein, insbesondere A_max ≤ 15mm, vorzugsweise A_max ≤ 1mm, bevorzugt A_max ≤ 200µm, besonders bevorzugt 100µm. Beispielsweise kann der maximale Hatchabstand auch abhängig sein von einer Größe der Wirkstelle des Strahls, beispielsweise von dem Schmelzdurchmesser D. So kann beispielsweise A_max ≤ 0,7 D sein. Auch eine Abhängigkeit des maximalen Hatchabstands von einer Eigenschaft des Vektorfelds, beispielsweise von einem Gradient und/oder einem Absolutwert, ist möglich.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise ein minimal zulässiger Hatchabstand vorgegeben werden. So kann insbesondere ein kleiner als der minimal zulässige Hatchabstand gewählter Hatchabstand dazu führen, dass bei der schichtweisen Herstellung des mindestens einen Bauteils, insbesondere während eines Abfahrens des Belichtungspfads, bereits zum Bauteil umgeschmolzenes ehemals pulverförmiges Material und/oder Werkstoff erneut auf- und/oder umgeschmolzen wird. Dies könnte beispielsweise zu einer minderen Bauteilqualität führen und/oder unwirtschaftlich sein. Insbesondere kann der Hatchabstand, beispielsweise ein minimaler Abstand A_min zwischen zwei Abschnitten des Belichtungspfads, zum Beispiel mindestens 0,4 µm sein, insbesondere A_min ≥ 5 µm, vorzugsweise A_min ≥ 10 µm, besonders bevorzugt A_min ≥ 20 µm. Beispielsweise kann der minimale Hatchabstand auch abhängig sein von einer Größe der Wirkstelle des Strahls, beispielsweise von dem Schmelzdurchmesser D. So kann beispielsweise A_min ≥ 0,2 D sein. Auch eine Abhängigkeit des minimalen Hatchabstands von einer Eigenschaft des Vektorfelds, beispielsweise von einem Gradient und/oder einem Absolutwert, ist möglich.
Beispielsweise kann Schritt b) ii), zum Beispiel Teilschritt b) ii) 2., weiterhin ein Abrufen der mindestens einen Eigenschaft, beispielsweise einer der oben aufgeführten Eigenschaften, zum Beispiel ein Hatchabstand, des additiven Pulverbettverfahrens umfassen, insbesondere aus einem Datenspeicher. Zum Beispiel kann die Eigenschaft in einem Datenspeicher hinterlegt und/oder gespeichert sein und von diesem abrufbar sein. So kann Schritt b) ii), insbesondere Teilschritt b) ii) 2., das Bestimmen des Belichtungspfads aus dem Vektorfeld, z.B. aus dem Richtungsfeld, umfassen, wobei mindestens eine aus einem Datenspeicher abgerufene Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens berücksichtigt wird.
Das additive Pulverbettverfahren kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem selektiven Strahlschmelzverfahren, einem selektiven Laser-Sintern (SLS), einem selektiven Laser-Strahlschmelzen (SLS), beispielsweise einer Laser Powder Bed Fusion, einem selektiven Elektronen-Strahlschmelzen (SES).
Die Randbedingung der Schicht, insbesondere die dem Rand der Schicht zugewiesene Randbedingung in Schritt b) i., kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Dirichlet-Randbedingung, beispielsweise eine konstante Randbedingung, z.B. eine Vorgabe, dass die Lösung der Differentialgleichung einen konstanten Wert X annimmt, insbesondere ein Wert von X = 0; einer Neumann-Randbedingung, beispielsweise eine Vorgabe, dass die Normalableitung der Lösung einen konstanten Wert Y annimmt; eine schiefe Randbedingung; eine Randbedingung mit wechselnden Werten, beispielsweise eine Randbedingung mit kontinuierlich wechselnden Werten oder eine Randbedingung mit diskret wechselnden Werten, insbesondere eine Randbedingung mit einer Vielzahl von um den Umfang angeordneten Sinuswellen, Rechteck-Funktionen oder Dreieck-Funktionen.
Wie oben ausgeführt, kann insbesondere bei einem Berechnungsgebiet, das auch die Umgebung des Bauteils mit einschließt insbesondere bis zur physischen Berandung des Bauraums und/oder Pulverbetts in dem additiven Pulverbettverfahren umfasst, Schritt b) i) weiterhin umfassen, dass einem Inneren des Berechnungsgebiets mindestens eine Bedingung zugewiesen wird. Die mindestens eine Bedingung kann dabei insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: bzw. Quell- oder Senkentherm bestehend aus einer konstanten Funktion f, einer ortsveränderlichen Funktion f(x,y), beispielsweise entsprechend einer Flächenlast und/oder einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke.
Zum Beispiel kann die Bedingung, beispielsweise f(x,y), dabei insbesondere in Abhängigkeit von einer Wärmeableitfähigkeit eines beispielsweise bereits unter der Schicht entstandenen Teil-Bauteils gewählt werden. Insbesondere kann bei einer Zuweisung der Bedingung ein vorheriger Belichtungspfad, beispielsweise für eine oder mehrere darunterliegende Schichten, berücksichtigt werden. So kann insbesondere ein Wärmeeintrag einer Anzahl der unter der aktuellen Schicht, beispielsweise unter einer bestimmten Koordinate auf der aktuellen Schicht, bereits bestimmter Belichtungspfade bei der Auswahl der Bedingung berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann als Maß für die Wärmeableitfähigkeit beispielsweise die Anzahl der unter dieser Koordinate bereits gefertigten Lagen und/oder ein Faltungsintegral, insbesondere ein Faltungsintegral mit abgeschlossenem Faltungskern, über das Bauteilvolumen, insbesondere über das darunterliegende Bauteilvolumen, verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann im Inneren des Berechnungsgebiets beispielsweise mindestens eine Bedingung und/oder Randbedingung in Form eines konstanten Wertes, beispielsweise ein Absolutwert, zugewiesen und/oder vorgegeben sein. Dies kann beispielsweise an einzelnen, insbesondere distanzierten, Punkten oder auch über Linien, beispielsweise über eine Vielzahl unmittelbar angrenzender Punkte, geschehen. Die zugewiesenen Bedingungen, beispielsweise lokal im Inneren vorgegebenen Randbedingungen, können gleich sein, beispielsweise den gleichen Absolutwert aufweisen, oder sich unterscheiden. So können die Bedingungen beispielsweise auch entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.
Die Schritte b) i) und ii) des computerimplementierten Verfahrens können iterativ ausgeführt werden. So kann insbesondere Schritt b) i) nach Ausführen von Schritt b) ii) erneut und/oder wiederholt ausgeführt werden, beispielsweise unter Berücksichtigung von in Schritt b) ii) ermittelten Informationen. Optional kann eine iterative Ausführung der Schritte b) i) und ii) auch eine iterative Ausführung der Schritte ii) 1. und ii) 2. umfassen. So kann zum Beispiel Schritt b) i) nach Ausführen von Schritt b) ii) 1. und/oder 2. erneut und/oder wiederholt ausgeführt werden, beispielsweise unter Berücksichtigung von Informationen aus Schritt b) ii) 1. und/oder b) ii) 2.
Zum Beispiel kann Schritt b) ii) ein Bestimmen von dezidierten Linien umfassen, beispielsweise ein Bestimmen von Isolinien, insbesondere von Isolinien zu vorbestimmten Werten und/oder Linien kleinster Krümmung. Auch ein Bestimmen von Isolinien zu zufällig ausgewählten Werten kann möglich sein. Schritt b) i), insbesondere in einer iterativen Ausführung, kann beispielsweise ein Belegen der dezidierten Linien mit einer Bedingung umfassen. Zum Beispiel kann es möglich sein, nach einem numerischen Lösen der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals, beispielsweise nach Durchführen des Schritts b) i), dezidierte Linien zu ermitteln, insbesondere in einer Durchführung des Schritts b) ii). Diese dezidierten Linien können dabei beispielsweise Isolinien zu vorbestimmten und/oder zufällig ausgewählten Werten und/oder Linien mit einer minimalen, beispielsweise kleinsten, Krümmung, sein.
Die dezidierten Linien können anschließend, beispielsweise in einer wiederholten Durchführung des Schritts b) i), mit mindestens einer Randbedingung belegt werden, beispielsweise mit einer Null-Randbedingung, zum Beispiel mit f(x,y) = 0. So kann beispielsweise in einer iterativen Ausführung des Schritts b) i) dieselbe partielle Differentialgleichung und/oder dasselbe Funktional wie in einer vorherigen Ausführung des Schritts unter Berücksichtigung der neuen Randbedingungen gelöst werden. Alternativ, kann in einer iterativen Ausführung des Schritts b) i), beispielsweise nach Ausführung des Schritts b) ii), insbesondere nach Ausführen der Teilschritte b) ii) 1. und/oder b) ii) 2., auch eine andere partielle Differentialgleichung und/oder ein anderes Funktional auf dem Berechnungsgebiet unter Berücksichtigung der neuen Randbedingungen gelöst werden.
Alternativ oder zusätzlich können die dezidierten Linien auch ganz oder teilweise, beispielsweise mindestens ein Abschnitt davon, direkt als Belichtungsabschnitt, beispielsweise zumindest als Teil des mindestens einen Belichtungspfads, verwendet werden, zum Beispiel als Scanpfad.
Schritt b) ii) kann beispielsweise ein Bestimmen von mindestens zwei Belichtungsabschnitten umfassen. Insbesondere kann Schritt b) ii) ein Bestimmen einer Vielzahl von Belichtungsabschnitten umfassen. Weiterhin kann Schritt b) ii) ein Zusammensetzen des Belichtungspfads aus den mindestens zwei Belichtungsabschnitten umfassen. So kann der Belichtungspfad beispielsweise aus einer Vielzahl von Belichtungsabschnitten, insbesondere aus mindestens zwei Belichtungsabschnitten, zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann das Bestimmen mindestens einer der mindestens zwei Belichtungsabschnitte eine lineare numerische Interpolation und/oder eine iterative numerische Interpolation umfassen.
Insbesondere kann mindestens einer der mindestens zwei Belichtungsabschnitte des Belichtungspfads ganz oder teilweise einem Rand des Bauteils, beispielsweise einem Rand der Schicht, entsprechen, also beispielsweise ein Randpfad sein. So kann beispielsweise der Rand des Bauteils und/oder der Schicht durch einen oder mehrere Belichtungsabschnitte abgebildet werden. Insbesondere kann eine Bauteilkontur auf diese Weise zumindest teilweise durch Belichtungsabschnitte, beispielsweise bauteilkonturparallele Belichtungsabschnitte, abgebildet und/oder nachgezeichnet werden. Dieser mindestens eine als Randpfad ausgebildete Belichtungsabschnitt kann beispielsweise direkt aus der Schicht, insbesondere direkt aus dem geschnittenen CAD-Modell, ermittelt und/oder erzeugt werden, zum Beispiel ohne dass ein vorheriges Erstellen und Lösen einer partiellen Differenzialgleichung und/oder eines Funktionals notwendig ist. So kann der Randpfad beispielsweise mittels Abbilden und/oder Nachzeichnen der Bauteilkontur, beispielsweise über paralleles Versetzen der Bauteilkontur, zum Beispiel über Versetzen mit dem Hatchabstand, erzeugt und/oder bestimmt werden.
Der aus den mindestens zwei Belichtungsabschnitten zusammengesetzte Belichtungspfad kann insbesondere auch zumindest einen Randpfad umfassen, wobei der Randpfad vor oder nach einem anderen Belichtungsabschnitt oder auch mehrfach und/oder zwischen anderen Belichtungsabschnitten ausgeführt werden kann. So kann der Belichtungspfad beispielsweise derart zusammengesetzt sein, dass ein Randpfad vor oder nach einem anderen Belichtungsabschnitt, beispielsweise vor oder nach einem Belichtungsabschnitt, der eine Flächenfüllung umfasst, oder auch mehrfach und/oder zwischen anderen Belichtungsabschnitten, beispielsweise eingeschoben zwischen mehreren Belichtungsabschnitten, die eine Ausführung einer Flächenfüllung umfassen, angeordnet ist.
Die Belichtungsabschnitte können unter Berücksichtigung von mindestens einem vordefinierten Schema zu dem Belichtungspfad zusammengesetzt werden. Insbesondere kann ein Zusammensetzen des Belichtungspfads aus den mindestens zwei Belichtungsabschnitten in Schritt b) ii) beispielsweise nach einem vordefinierten Schema durchgeführt werden. Das Schema kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Berechnungsreihenfolge; einer Ausführungsrichtung, insbesondere einer Scanrichtung; einer Zugehörigkeit zu einer dezidierten Linie; einem minimalen Abstand, insbesondere einem minimalen Abstand zum nächsten Belichtungspfad; einem Abstand zu einer Düse, beispielsweise zu einer Schutzgasdüse, insbesondere derart, dass immer ein der Schutzgasdüse nächstgelegener noch nicht ausgeführter Belichtungsabschnitt gewählt wird.
So können beispielsweise parallel angeordnete Belichtungsabschnitte sequenziell angeordnet werden, so dass insbesondere parallel ausgerichtete Belichtungsabschnitte nacheinander abgefahren werden. Alternativ oder zusätzlich, können zum Beispiel Belichtungsabschnitte, die einer dezidierten Linie, beispielsweise derselben Isolinie, zugehörig sind, unmittelbar nacheinander sortiert bzw. zusammengesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die Belichtungsabschnitte entsprechend einem Abstand zu einer Schutzgasdüse, beispielsweise einer Schutzgasauslassdüse, zusammengesetzt werden. So kann der Belichtungspfad beispielsweise derart zusammengesetzt werden, dass an einen Belichtungsabschnitt, beispielsweise an einen der Schutzgasdüse nächstgelegenen Belichtungsabschnitt ein nächster Belichtungsabschnitt angehängt wird, der einen nächstgrößeren Abstand zur Schutzgasdüse aufweist. Insbesondere kann ein derartiges Zusammensetzen des Belichtungspfads aus den Belichtungsabschnitten beispielsweise geeignet sein, ein anisotropes Prozess- und/oder Materialverhalten des additiven Pulverbettverfahrens zu berücksichtigen. So kann ein anisotropes Prozess-und/oder Materialverhalten beispielsweise aus einem Einsatz von Schutzgasströmungen entstehen, zum Beispiel aufgrund einer Wechselwirkung von Schutzgasrichtung und Strahl, insbesondere Laser-und/oder Elektronenstrahl. Derartige Schutzgasströmungen können in dem additiven Pulverbettverfahren beispielsweise eingesetzt werden, um Schmauch und/oder Spritzer von einer Wirkstelle des Strahls, beispielsweise von einem Bereich, in dem unmittelbar durch den Strahl hervorgerufenes Schmelzen auftritt, fernzuhalten und/oder wegzublasen.
Schritt b) ii) kann weiterhin auch ein Umsortieren, beispielsweise im Anschluss an ein Zusammensetzen, der Belichtungsabschnitte des Belichtungspfads umfassen, wobei das Umsortieren beispielsweise ein Optimierungsverfahren sein kann. Das Umsortieren kann auch ein Umkehren der Bearbeitungsrichtung mindestens eines Belichtungspfads, beispielsweise ein Anpassen einer Ausführungsrichtung, umfassen. Zum Beispiel können beim Umsortieren auch Eigenschaften des additiven Pulverbettverfahrens berücksichtigt werden. So können insbesondere Maschinendaten, wie zum Beispiel mindestens eine Beschleunigung, insbesondere eine maximal ausführbare Beschleunigung, eines Spiegelsystems eines Scanners, beispielsweise des Laserstrahls und/oder des Elektronenstrahls, für das Umsortieren verwendet werden, beispielsweise zur Berechnung und/oder Optimierung einer Zusammensetzung des Belichtungspfads. Insbesondere kann das Umsortieren entsprechend und/oder unter Berücksichtigung mindestens eines Ziels erfolgen. Das Ziel kann dabei beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer möglichst kurzen Ausführungszeit, insbesondere einer möglichst kurzen Zeit zur Ausführung der Herstellung des Bauteils; einer material- und/oder prozessablaufschonenden Wärmeverteilung, insbesondere einer Verteilung der durch den Belichtungsstrahl eingebrachten Wärme, beispielsweise einer Steuerung von Eigenspannungen innerhalb des Bauteils, beispielsweise um eine gleichmäßige Aushärtung oder ein gleichmäßiges Erstarren sicherzustellen; eine Vermeidung von Eigenspannungen.
Insbesondere können die Belichtungsabschnitte beispielsweise derart umsortiert werden, um eine Minimierung der Ausführungszeit, insbesondere der Zeit zur Ausführung der Herstellung des Bauteils, zu erzielen. Alternativ oder zusätzlich können die Belichtungsabschnitte zur Optimierung einer Wärmeverteilung innerhalb des Bauteils umsortiert werden, beispielsweise um Eigenspannungen innerhalb des Bauteils zu steuern und/oder um eine gleichmäßige Aushärtung oder ein gleichmäßiges Erstarren sicherzustellen. Zum Beispiel können Belichtungsabschnitte derart zu dem Belichtungspfad umsortiert werden, dass geometrisch benachbarte Belichtungsabschnitte nicht sofort aufeinanderfolgend zusammengesetzt und/oder bearbeitet werden, beispielsweise indem in der Zwischenzeit andere Belichtungsabschnitte, insbesondere Scanpfade, einsortiert und/oder bearbeitet werden, insbesondere um das Material zu schonen und/oder Eigenspannungen gering zu halten und/oder zu reduzieren.
Insbesondere können beispielsweise zur Steuerung einer Wärmeverteilung die Belichtungsabschnitte derart umsortiert werden, dass nacheinander ausgeführte Belichtungsabschnitte einen möglichst großen und/oder möglichst ähnlichen Abstand zueinander aufweisen. So kann das Umsortieren, insbesondere der Optimierungsvorgang und/oder das Optimierungsverfahren, beispielsweise entsprechend eines angestrebten und/oder gewünschten Abstandes zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungsabschnitten erfolgen.
Beispielsweise kann das Umsortieren umfassen, dass ausgehend von einem Startpunkt und/oder einem aktuellen Belichtungsabschnitt, beispielsweise über eine Abstandssuche, ein Belichtungsabschnitt ermittelt wird welcher maximal beabstandet, also möglichst weit entfernt ist. Dieser kann dann beispielsweise als nächster Belichtungsabschnitt ausgewählt werden, sodass der Belichtungspfad aus nacheinander folgenden Belichtungsabschnitten mit möglichst großem Abstand zusammengesetzt ist. Insbesondere kann ein Abstand zwischen nacheinander folgenden Belichtungsabschnitten des Belichtungspfads mit fortschreitender Länge des Belichtungspfads immer kleiner werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Umsortieren umfassen, das ausgehend von einem Startpunkt und/oder einem aktuellen Belichtungsabschnitt, beispielsweise über eine Abstandssuche, ein Belichtungsabschnitt ermittelt wird welcher einen Abstand aufweist der möglichst nahe an einem vorgegebenen gewünschten Abstand ist, beispielsweise die geringste Differenz aufweist. Dieser kann dann beispielsweise als nächster Belichtungsabschnitt ausgewählt werden, sodass der Belichtungspfad aus nacheinander folgenden Belichtungsabschnitten mit möglichst ähnlichem Abstand zusammengesetzt ist. Insbesondere kann ein Abstand zwischen nacheinander folgenden Belichtungsabschnitten des Belichtungspfads möglichst konstant sein, beispielsweise auch über eine fortschreitende Länge des Belichtungspfads. Beispielsweise kann der vorgegebene Abstand, beispielsweise der gewünschte Abstand, ein vorbestimmter Wert sein. So kann der gewünschte Abstand beispielsweise ein fixer vorgegebener Wert sein. Alternativ oder zusätzlich, kann der gewünschte Abstand ein Eingabeparameter sein, zum Beispiel ein von einem Nutzer vorgegebener Wert, beispielsweise vor einer Ausführung des Verfahrens vorgegeben sein.
Das Umsortieren kann insbesondere entsprechend einer Strukturierung erfolgen. Insbesondere kann ein Anfang des Belichtungspfads beispielsweise zusammengesetzt sein aus Belichtungsabschnitten, die eine Struktur bilden, beispielsweise eine Struktur entsprechend einem Rand des Bauteils und/oder entsprechend eines vorgegebenen Musters. Dabei kann beispielsweise die Schicht durch die Strukturierung in Teilschichten unterteilt werden, beispielsweise in Teilflächen der Schicht. Anschließend können dann zum Beispiel weitere Belichtungsabschnitte derart angehängt werden, dass die Teilschichten gleichmäßig belichtet und/oder abgescannt werden können. Beispielsweise kann ein gleichmäßiges Belichten ein Zusammensetzen von Belichtungsabschnitten umfassen in der Weise, dass der Belichtungspfad zunächst von jeder Teilfläche einen Belichtungsabschnitt umfasst, bevor ein weiterer Belichtungsabschnitt einer der Teilflächen angehängt wird. So kann ein derart umsortierter Belichtungspfad beispielsweise ein gleichmäßiges Belichten von Teilflächen der Schicht ermöglichen. Beispielsweise kann ein Ausführen eines derartigen Belichtungspfads in dem additiven Pulverbettverfahren dazu führen, dass, beispielsweise in einer ersten Runde, von jeder Teilfläche jeweils ein Belichtungsabschnitt belichtet wird, anschließend, beispielsweise in einer zweiten Runde, von jeder Teilfläche der nächste Belichtungsabschnitt belichtet wird, wobei wiederum anschließend, beispielsweise in jeder darauffolgenden Runde, von jeder Teilfläche ein weiterer Belichtungsabschnitt belichtet wird, insbesondere so lange bis alle Teilflächen vollständig belichtet sind. Dieses alternierende Zusammensetzen des Belichtungspfads auf Belichtungsabschnitten der Teilflächen, kann insbesondere bei einem Umsortieren entsprechend eines möglichst großen und/oder möglichst ähnlichen Abstands zueinander, angewendet werden. So kann aus jeder Teilfläche, beispielsweise aus jeder Gruppe von Belichtungsabschnitten der Teilflächen, alternierend ein Belichtungsabschnitt ausgewählt werden. Insbesondere kann diese Vorgehensweise, beispielsweise unter Datenverarbeitungsgesichtspunkten, es ermöglichen eine hohe Kosteneffizienz zu erreichen.
Schritt b) ii) kann ein Bestimmen mindestens eines Startpunktes, beispielsweise des Belichtungspfads, umfassen. Insbesondere kann in Schritt b) ii) beispielsweise ein Anfangs- und/oder Startpunkt für den Belichtungspfad bestimmt werden. Insbesondere kann das Bestimmen des Startpunktes ein Auswählen des Startpunktes aus einer Liste möglicher Startpunkte umfassen. Beispielsweise kann der Startpunkt auch anhand des Hatchabstands, zum Beispiel anhand eines vorgegebenen maximal erlaubten Hatchabstands, bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Startpunkt auch anhand einem lokalen Minimum oder Maximum der Lösungsfunktion, zum Beispiel anhand eines kleinsten oder höchsten Werts der Lösung der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals, bestimmt werden. Auch eine zufällige Auswahl des Startpunktes, beispielsweise aus der Liste möglicher Startpunkte, ist möglich. Alternativ oder zusätzlich kann der Startpunkt auch entsprechend eines vorbestimmten Startpunktes bestimmt werden, beispielsweise einem vorbestimmten Startpunkt entsprechen.
Beispielsweise kann das Belichtungsmuster und/oder der mindestens eine Belichtungspfad weiterhin mindestens eine Information über mindestens einen Prozessparameter für die schichtweise Herstellung des Bauteils im additiven Pulverbettverfahren umfassen. Beispielsweise kann Schritt b) des computerimplementierten Verfahrens weiterhin umfassen:

iii) Bestimmen des mindestens einen Prozessparameters für mindestens einen Abschnitt des Belichtungspfads.

Der Begriff „Prozessparameter“ wie er hier verwendet wird, ist ein Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Einstellung und/oder Auswahl von Werten bei der Durchführung mindestens eines Prozesses, beispielsweise eines Verfahrens, beziehen. So kann der Prozessparameter beispielsweise eine Wertangabe für mindestens eine Maschineneinstellung, beispielsweise für eine Einstellung in dem additiven Pulverbettverfahren sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessparameter auch eine Ober- und/oder Untergrenze sein, beispielsweise angepasst an eine das additive Prüferbettverfahren ausführende Maschine, zum Beispiel eine Pulverbettmaschine. Beispielsweise kann dem Belichtungsmuster und/oder dem mindestens einen Belichtungspfad mindestens einen Prozessparameter zugeordnet sein, beispielsweise ein sich über die Länge des Musters und/oder Pfads in seinem Wert verändernder Prozessparameter. Auch eine Zuordnung von Prozessparametern mit über die Länge des Musters und/oder Pfads konstantem Wert ist möglich. Weiterhin ist es möglich, dass dem Belichtungsmuster und/oder dem mindestens einen Belichtungspfad über ihre Länge verschiedene Prozessparameter zugeordnet werden. Das Bestimmen des mindestens einen Prozessparameters kann beispielsweise diskret, insbesondere einzeln für jeden Belichtungsabschnitt, erfolgen. Beispielsweise können Prozessparameter, beispielsweise Prozessparameter, welche sich über eine Länge des Musters und/oder Pfads in ihrem Wert verändern, auch mittels linearer Interpolation bestimmt werden.
Insbesondere kann das Bestimmen des mindestens einen Prozessparameters, beispielsweise in Schritt b) iii) des computerimplementierten Verfahrens, auch ein Auswählen mindestens eines Prozessparameters aus einer Liste und/oder Tabelle, beispielsweise aus einer hinterlegten und/oder gespeicherten Liste und/oder Tabelle sein. Insbesondere kann bei einer Auswahl des Prozessparameters aus einer Liste beispielsweise mindestens eine Maschineneigenschaft und/oder mindestens eine technische Begrenzung berücksichtigt werden. So kann eine Auswahl beispielsweise anhand von Grenzwerten und/oder Latenzen durchgeführt werden.
Der mindestens eine Prozessparameter kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Geschwindigkeit, insbesondere einer Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen Belichtungsstrahl und Pulverbett, beispielsweise einer Scangeschwindigkeit; einer Beschleunigung, insbesondere einer Veränderung der Geschwindigkeit, beispielsweise eine Veränderung der Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen Belichtungsstrahl und Pulverbett, einer lateralen und/oder tangentialen Beschleunigung, zum Beispiel einer Scanbeschleunigung; einer Leistung des Belichtungsstrahls, beispielsweise einer Laserleistung, insbesondere einer Amplitude und/oder einer Frequenz der Laserleistung; einer Strahlfokussierung, insbesondere einer Fokuslage, beispielsweise einer Defokussierung; einer Streckenenergie; Wobbelparameter, insbesondere mindestens ein Bewegungsparameter einer Wobbel-Bewegung des Belichtungsstrahls, beispielsweise eine Vibrations- und/oder Wobbel-Bewegung eines Laserstrahls.
Zum Beispiel kann bei einem Bestimmen einer Beschleunigung als Prozessparameter eine vorgegebene maximale Beschleunigung berücksichtigt werden. So kann beispielsweise für jeden Belichtungsabschnitt das Belichtungspfads und/oder des Belichtungsmusters eine maximale Beschleunigung festgelegt und/oder bestimmt werden, beispielsweise unter zusätzlicher Berücksichtigung von individuellen Obergrenzen, beispielsweise aus mindestens einer Dynamik einer Schmelze, insbesondere aus einer Dynamik des Schmelzbads. Die Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen Belichtungsstrahl und Pulverbett, insbesondere die Scangeschwindigkeit, kann also, z.B. bei einer gegebenen Krümmung eines Bahnabschnittes, derart angepasst werden, dass die resultierende Winkelbeschleunigung unter einem zulässigen Maximum liegt.
Insbesondere kann mindestens ein Prozessparameter auch abhängig von mindestens einem anderen Prozessparameter sein. So kann beispielsweise eine Auswahl des mindestens einen Prozessparameters unter Berücksichtigung einer möglichen gegenseitigen Abhängigkeit, zum Beispiel einer Co-Abhängigkeit, zwischen mindestens zwei Prozessparametern, stattfinden. Zum Beispiel kann eine Beschleunigung, insbesondere einem ersten Belichtungsabschnitt zugeordnete Beschleunigung, abhängig von einem Abstand zu mindestens einem benachbarten Belichtungsabschnitt gewählt werden. Unter einer Beschleunigung kann in diesem Zusammenhang beispielsweise sowohl eine laterale als auch eine tangentiale Beschleunigung verstanden werden, wobei beispielsweise für beide Richtungen individuelle Obergrenzen vorgegeben sein können.
Insbesondere kann der mindestens eine Prozessparameter beispielsweise entsprechend einer Zusammensetzung des Belichtungspfads, insbesondere entsprechend einer Sortierung der Belichtungsabschnitte, bestimmt werden. So kann ein Prozessparameter, beispielsweise eine Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung, für einen Belichtungsabschnitt abhängig davon gewählt und/oder bestimmt werden, wie weit ein in der Zusammensetzung des Belichtungsparts weiter vorne angeordneter Belichtungsabschnitt entfernt ist. Insbesondere kann beispielsweise eine Prozessstabilität höher sein, wenn neben einem aktuell belichteten Belichtungsabschnitt bereits ein belichteter Belichtungsabschnitt, beispielsweise eine bereits geschmolzene Spur, vorliegt. Insbesondere kann es in einem solchen Fall beispielsweise möglich sein, eine höhere Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung zu verwenden, zum Beispiel ohne Prozessfehler zu generieren. Insbesondere kann es dadurch möglich sein, dass Prozessfehler wie beispielsweise Aufwirbeln von Metallpulver, Hooping, instabiles Schmelzbad und Keyhole-Poren vermieden werden. So können beispielsweise die ersten Belichtungsabschnitte des Belichtungspfads, die beispielsweise zur Strukturierung dienen, vorzugsweise mit verringerten Prozessparametern, insbesondere mit einer geringeren Laserleistung und/oder einer geringeren Scangeschwindigkeit, ausgeführt werden als beispielsweise spätere Belichtungsabschnitte des Belichtungspfads, die beispielsweise einem Füllen der Teilbereiche dienen.
Der Belichtungspfad kann in Schritt b) ii) beispielsweise derart bestimmt sein, dass er frei von Knicken ist, beispielsweise mit C1-Kontinuität. Insbesondere kann der Belichtungspfad über einen oder mehrere von Splines, Radien, NURBS, Polynome, oder Kombinationen daraus, beschrieben sein, beispielsweise anstatt einer Verwendung von abschnittsweiser Geraden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Überschwingen, insbesondere ein Überschwingen der Massebehafteten Spiegel im Laserscanner, sowie eine beispielsweise damit einhergehende Abweichung des Laserstrahls von der Sollposition, vermieden werden. Beispielsweise kann ein Überschwingen, das sich negativ auf das additive Pulverbettverfahren, insbesondere auf einen Schmelzbereich, auswirken kann, vermieden werden.
Bei dem Erstellen der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals in Schritt b) i) kann beispielsweise auch die mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens berücksichtigt werden. So kann beispielsweise eine Auswahl der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals unter Berücksichtigung mindestens einer Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens stattfinden.
Insbesondere kann die mindestens eine Eigenschaft beispielsweise eine in dem additiven Pulverbettverfahren auftretende Strömung umfassen. So kann beispielsweise eine diese Strömung berücksichtigende partielle Differenzialgleichung eine Vorzugsrichtung aufweisen, wobei die Vorzugsrichtung die Strömung beispielsweise abhängig von einem Abstand zu einer Düse, insbesondere zu einer Schutzgasdüse, berücksichtigen kann. Insbesondere kann eine derartige partielle Differenzialgleichung verschiedene Richtungen in der Fläche und Abstände von der Mitte unterschiedlich berücksichtigen. Beispielsweise kann eine derartige partielle Differentialgleichung, insbesondere eine die Strömung berücksichtigende Differenzialgleichung, vorzugsweise derart gewählt sein, insbesondere so formuliert sein, dass bei symmetrischem Berechnungsgebiet, beispielsweise einer geometrisch symmetrisch ausgebildeten Schicht, und symmetrischen Randbedingungen eine unsymmetrische Lösung entsteht. Insbesondere kann eine die Strömung berücksichtigende partielle Differenzialgleichung beispielsweise weiterhin auch ein aufgrund von Schutzgasströmungen entstehendes anisotropes Prozess-und/oder Materialverhalten berücksichtigen, insbesondere bei der Bestimmung der Belichtungspfade. So kann die partielle Differenzialgleichung zum Beispiel derart gewählt werden, um einen Abstand zur Schutzgasdüse bei der Bestimmung der Belichtungspfade zu berücksichtigen, beispielsweise hinsichtlich der späteren Bahnplanung entsprechende Anpassungen vorzusehen. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise auch die Randbedingungen in Schritt b) ii), beispielsweise die dem Rand der Schicht zugewiesenen Randbedingungen, von deren Position auf dem Berechnungsgebiet abhängig gemacht werden, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Abstand zu einer Schutzgasdüse gewählt und/oder zugewiesen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Eigenschaft auch aus einer Wechselwirkung mehrerer Bauteile bestehen und/oder diese umfassen. So kann es beispielsweise bei einer schichtweisen Herstellung von mehreren Bauteilen aus deren CAD-Modellen in einem additiven Pulverbettverfahren zu einer Wechselwirkung der Bauteile kommen. Derartige Wechselwirkungen können beispielsweise einen oder mehrere aus einer anderen Wärmeeinbringung, einer Bearbeitungszeit, beispielsweise einer Zeit bis zur Belichtung einer nächsten Schicht, eine Wärmeableitung und einen Pulverauftrag umfassen.
Schritt a) des computerimplementierten Verfahrens kann weiterhin ein Erkennen von Überhängen umfassen. Insbesondere kann ein Überhang beispielsweise erkannt werden, wenn ein Überstand zwischen mindestens zwei Schichten, vorzugsweise zwischen mindestens zwei benachbarten Schichten, einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Dieser Maximalwert kann insbesondere abhängig sein von Materialeigenschaften und/oder Maschineneigenschaften, beispielsweise einer Position im Pulverbett des additiven Pulverbettverfahrens.
Insbesondere kann in Schritt b) i) die Randbedingung abhängig von dem Überhang zugewiesen werden. So kann, beispielsweise in dem Fall, dass in Schritt a) ein Überhang erkannt wurde, in Schritt b) i) die mindestens eine dem Rand der Schicht zugewiesene Randbedingung abhängig sein von dem Überhang, beispielsweise unter Berücksichtigung des Überhangs gewählt sein, beispielsweise derart, dass eine Richtung des in Schritt b) ii) zu bestimmenden Belichtungspfads beeinflusst wird. Insbesondere kann in Schritt b) ii) der Belichtungspfad zumindest abschnittsweise einen an den Überhang angepassten Belichtungsabschnitt aufweisen. So kann der Belichtungspfad, insbesondere mindestens ein Belichtungsabschnitt, derart gewählt werden, dass eine Verwendung von Stützstrukturen in dem additiven Pulverbettverfahren minimiert und/oder vermieden werden kann. Zum Beispiel kann in Bereichen von Überhängen ein Zuweisen von Randbedingungen mit großem Betrag in Schritt b) i) beispielsweise in Schritt b) ii) zu einem Belichtungspfad mit an den Überhang angepasster Richtung führen.
Beispielsweise können Überhänge von der Bestimmung in Schritt b) i), und beispielsweise auch in dem möglichen Teilschritt b) ii) 1., zunächst ausgenommen sein und dann in Schritt b) ii), insbesondere in dem möglichen Teilschritt b) ii) 2., zu dem Belichtungspfad hinzugefügt werden. Alternativ kann ein Umsortieren von den Überhang umfassenden Belichtungsabschnitten entsprechend einer bevorzugten Richtung geschehen, beispielsweise von Innen nach Außen, insbesondere von einem inneren Teil der Schicht hin zu dem Rand der Schicht, und/oder unter einem beispielsweise vorgegebenen maximalen Winkel.
Beispielsweise kann in Schritt c) das Belichtungsmuster alternierend aus den Belichtungspfaden zusammengesetzt werden. Beispielsweise kann von einer Schicht zur nächsten Schicht eine Ausführungsrichtung der Belichtungspfade verändert werden, beispielsweise umgekehrt werden. Der Begriff alternierend kann dabei beispielsweise so zu verstehen sein, dass benachbarte Scanpfade eine entgegengesetzte Richtung aufweisen.
Insbesondere können dafür beispielsweise für mindestens zwei aufeinanderfolgende Schichten in Schritt b) i) andere partielle Differenzialgleichungen und/oder andere Funktionale erstellt und gelöst werden. Alternativ oder zusätzlich können auch die Randbedingungen von einer Schicht zur nächsten verändert werden. So kann beispielsweise für eine erste Schicht eine erste partielle Differenzialgleichung und/oder ein erstes Funktional erstellt und gelöst werden, wohingegen für eine zweite Schicht eine zweite, von der ersten verschiedene, partielle Differenzialgleichung und/oder ein zweites, von der ersten verschiedenes, Funktional erstellt und gelöst werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise für eine erste Schicht mindestens eine erste zugewiesene Randbedingung verwendet werden, wohingegen für eine zweite Sicht eine zweite, von der ersten verschiedene, zugewiesene Randbedingung verwendet werden kann. Insbesondere können beispielsweise zwei derartige Sets, insbesondere aus partieller Differentialgleichung oder Funktional mit Randbedingungen bestehende Sets, alternierend für alle Schichten verwendet werden. So kann es bei Verwendung von zwei Sets beispielsweise möglich sein, für jede zweite Schicht dieselbe partielle Differentialgleichung und/oder dasselbe Funktional mit denselben Randbedingungen zu erstellen und zu lösen. Beispielsweise können auch drei oder vier Sets verwendet werden, wobei auch diese zum Beispiel alternierend über alle Schichten angewendet werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise das Bestimmen des Vektorfelds in Schritt b) ii) 2. alternierend variiert werden. Beispielsweise kann für eine erste Schicht ein anderes Vektorfeld, beispielsweise ein anderes Richtungsfeld, verwendet werden als für eine zweite Schicht, oder umgekehrt. So kann beispielsweise für die erste Schicht ein Gradientenfeld und für die zweite Schicht ein auf Isolinien erzeugtes Feld verwendet werden. Auch eine Verwendung von gemischten Feldern, beispielsweise Richtungsfeldern, die ein parametrisch gewichtetes Mittel zwischen einem Gradientenfeld und einem Isolinien-Richtungsfeld darstellen, ist möglich, wobei beispielsweise eine Gewichtung von einer Schicht zur nächsten Schicht variiert werden kann, beispielsweise alternierend sein kann.
Schritt b) ii) kann beispielsweise auch einen Korrekturschritt umfassen. Dabei kann in dem Korrekturschritt zumindest ein Teil des Belichtungspfads, beispielsweise mindestens ein Belichtungsabschnitt, verändert werden, bis ein vorbestimmter Grenzwert für eine Verteilung der Belichtungsabschnitte unterschritten ist. Insbesondere kann die Veränderung des zumindest einen Teils des Belichtungspfads, beispielsweise mindestens eines Belichtungsabschnitts, geschehen in zumindest einem von seiner Lage, seiner Ausführungsrichtung, seiner Breite und seiner Anzahl. Insbesondere kann ein derartiger Korrekturschritt beispielsweise eine Ausmittelung umfassen, wobei eine Veränderung um weniger als eine Breite des maximal zulässigen Hatchabstands vorgenommen werden kann. Insbesondere kann ein derartiger Korrekturschritt, einmalig oder iterativ, insbesondere mehrfach, über einzelne oder alle Belichtungsabschnitte ausgeführt werden. Insbesondere kann der Korrekturschritt so oft ausgeführt werden, bis ein vorbestimmter Grenzwert für eine Verteilung der Belichtungsabschnitte unterschritten ist.
Das computerimplementierte Verfahren kann beispielsweise parallel und/oder zeitlich überlappend zu der schichtweisen Herstellung des mindestens einen Bauteils im additiven Pulverbettverfahren durchgeführt werden. So kann beispielsweise mindestens einer der genannten Verfahrensschritte zeitlich überlappend oder gleichzeitig mit einer Herstellung durchgeführt werden.
Beispielsweise kann in einem derartigen parallel und/oder zeitlich überlappend durchgeführten Verfahren die mindestens eine in Schritt b) ii) berücksichtigte Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens weiterhin mindestens einen Messwert, beispielsweise ein von mindestens einem Sensor gemessener Messwert, umfassen. So kann insbesondere bei dem Bestimmen des Belichtungspfads und/oder dem Bestimmen des mindestens einen Prozessparameters auch mindestens ein Messwert, beispielsweise ein von mindestens einem Sensor gemessener Messwert, berücksichtigt werden. So kann zum Beispiel in Schritt b) ii) des computerimplementierten Verfahrens eine Thermographiemessung des Pulverbetts bei der Bestimmung des Belichtungspfads, beispielsweise für eine Anpassung des Belichtungspfads, verwendet werden. Auch eine Verwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz, insbesondere des maschinellen Lernens, beispielsweise von mindestens einem Trainingsdatensatz, ist möglich.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt. Insbesondere wird ein Computerprogramm zur Durchführung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern vorgeschlagen, welches einen, mehr als einen oder sogar alle Verfahrensschritte a) bis c) automatisch durchführt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Der Computer und/oder das Computer-Netzwerk können mindestens einen Prozessor umfassen. Beispielsweise kann das Verfahren ganz oder teilweise auf dem Prozessor des mindestens einen Computers und/oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden, insbesondere ohne Benutzerinteraktion.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.
Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes, beispielsweise auf einem Server, das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.
Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann unter dem Computerprogramm-Produkt das Programm als handelbares Produkt verstanden werden, welches beispielsweise als Datenstruktur auf einem Computernetzwerk gespeichert ist und/oder vorliegt, insbesondere auf einem Server, und von diesem bereitgestellt wird. So kann beispielsweise von einem Computer und/oder Computer-Netzwerk auf das auf dem Server vorliegende, beispielsweise als Datenstruktur gespeicherte, Programm zugegriffen werden. Der Server kann dabei beispielsweise ein lokaler Server sein, also einem lokalen Netzwerk zugeordnet sein. Alternativ kann der Server auch ein entfernter Server sein, beispielsweise ein Server der außerhalb des Computers oder Computer-Netzwerks angeordnet ist von de auf das Programm zugegriffen werden kann. Insbesondere kann der Server beispielsweise mindestens ein Serversystem mit einer Vielzahl von Servern und/oder mindestens einen Cloud-Server oder eine Cloud-Computing-Infrastruktur umfassen.
Beispielsweise kann es möglich sein, dass ein Nutzer und/oder Kunde, insbesondere von einem Computer und/oder Computer-Netzwerk aus, den Server anweist das Programm auszuführen und damit das computerimplementierte Verfahren nach einer der beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Beispielsweise können von dem Nutzer und/oder Kunde insbesondere Eingangsdaten, beispielsweise das CAD-Modell und die mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens, für die Durchführen des Verfahrens zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise hochgeladen werden. Auch weitere Informationen, wie beispielsweise Informationen über eine für das additive Pulverbettverfahren verwendete Maschine und/oder ein zu verwendender Werkstoff, können von dem Nutzer und/oder Kunden als Eingangsdaten zur Verfügung gestellt werden. Auch eine Angabe von Zielen, insbesondere von Optimierungszielen, beispielsweise eine geringe Eigenspannung, hohe Geometrietreue oder schnelle Fertigung, können als Eingangsdaten zur Verfügung gestellt werden. Das computerimplementierte Verfahren kann dann insbesondere ohne Benutzerinteraktion auf dem Server durchgeführt werden. Die durch das computerimplementierte Verfahren erzeugten Ausgangsdaten, insbesondere das mindestens eine Belichtungsmuster, kann anschließend dem Nutzer und/oder Kunden zur Verfügung gestellt werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die nachfolgend näher genannten Schritte. Diese Schritte können in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden. Auch eine andere Reihenfolge ist jedoch grundsätzlich möglich. Weiterhin können zwei oder mehr der genannten Verfahrensschritte zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Weiterhin können einer oder mehrere der genannten Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann über die genannten Schritte hinaus weitere Verfahrensschritte umfassen, welche nicht genannt sind.
Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:

I. automatisiertes Bestimmen des mindestens einen Belichtungsmusters unter Verwendung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern entsprechend der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehrerer der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen;
II. Steuern eines Belichtungsstrahls, insbesondere eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, durch Strahlpositionsdaten des Belichtungsmusters.

Insbesondere ist es möglich, dass das computerimplementierte Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern parallel und/oder zeitlich überlappend zu der schichtweisen Herstellung des mindestens einen Bauteils im additiven Pulverbettverfahren durchgeführt wird. So können insbesondere die Schritte I. und II. parallel und/oder zeitlich überlappend durchgeführt werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Berechnungsvorrichtung zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren vorgeschlagen. Der Begriff „Berechnungsvorrichtung“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Vorrichtung beziehen, welche der Bestimmung von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren dient. Die Berechnungsvorrichtung ist eingerichtet, um das computerimplementierte Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern entsprechend der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehrerer der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen, durchzuführen.
Die Berechnungsvorrichtung umfasst:

- mindestens eine Schneideeinheit, wobei die Schneideeinheit eingerichtet ist, um zumindest Schritt a) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um das CAD-Modell in eine endliche Anzahl von Schichten zu schneiden.
- mindestens eine Pfadbestimmungseinheit, wobei die Pfadbestimmungseinheit eingerichtet ist, um zumindest Schritt b) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um für jede Schicht einen Belichtungspfad zu bestimmen;
- mindestens eine Musterbestimmungseinheit, wobei die Musterbestimmungseinheit eingerichtet ist, um zumindest Schritt c) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um aus den für jede Schicht bestimmten Belichtungspfaden mindestens ein Belichtungsmuster zu bestimmen.

Insbesondere kann die Berechnungsvorrichtung eingerichtet sein, um Informationen und/oder Daten zwischen der Schneideeinheit und der Pfadbestimmungseinheit zu übergeben und/oder auszutauschen. So kann beispielsweise mindestens eine Information zu mindestens einer der in der Schneideeinheit geschnittenen Schichten, zum Beispiel als Ergebnis des Schritts a) des computerimplementierten Verfahrens, von der Schneideeinheit an die Pfadbestimmungseinheit übergeben werden. Weiterhin kann die Berechnungsvorrichtung eingerichtet sein, um Informationen und/oder Daten zwischen der Pfadbestimmungseinheit und der Musterbestimmungseinheit zu übergeben und/oder auszutauschen. So kann beispielsweise mindestens eine Information zu mindestens einem der in der Pfadbestimmungseinheit bestimmten Belichtungspfade, zum Beispiel als Ergebnis des Schritts d) des computerimplementierten Verfahrens, von der Pfadbestimmungseinheit an die Musterbestimmungseinheit übergeben werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Herstellungsvorrichtung zur schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters vorgeschlagen. Der Begriff „Herstellungsvorrichtung“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Vorrichtung beziehen, welche der schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren dient. So kann die Herstellungsvorrichtung beispielsweise mindestens ein Pulverbett und ein Pulverreservoir umfassen. Weiterhin kann die Herstellungsvorrichtung mindestens eine Dosiervorrichtung, beispielsweise einen Rakel, zum Erzeugen und/oder Auftragen einer Pulverschicht in dem Pulverbett, beispielsweise in mindestens einem Bauraum, umfassen, wobei für die Pulverschicht das pulverförmige Material aus dem Pulverreservoir verwendet werden kann.
Die Herstellungsvorrichtung ist eingerichtet, um mindestens ein Bauteil in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters herzustellen, wobei das Belichtungsmuster bestimmt ist unter Verwendung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern entsprechend der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehrerer der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen.
Die Herstellungsvorrichtung umfasst mindestens eine Belichtungseinheit zum Erzeugen mindestens eines Belichtungsstrahls. Der Begriff „Belichtungseinheit“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Einheit beziehen, beispielsweise auf eine aus mehreren Bauteilen bestehende Einheit, welche der Erzeugung und/oder Ausrichtung mindestens eines Strahls dient, beispielsweise eines Belichtungsstrahls, insbesondere eines hochenergetischen Strahls, zum Beispiel eines Laserstrahls und/oder Elektronenstrahls. So kann insbesondere die Belichtungseinheit beispielsweise einen oder mehrere Laserscanner und/oder Laserquellen umfassen.
Weiterhin umfasst die Herstellungsvorrichtung mindestens eine Steuerungseinheit zum Steuern des Belichtungsstrahls entsprechend der Strahlpositionsdaten des Belichtungsmusters. Der Begriff „Steuerungseinheit“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Einheit beziehen, welche der Steuerung und/oder Lenkung mindestens einer Relativbewegung zwischen dem mindestens einem Pulverbett, beispielsweise mindestens einer in einem Bauraum vorhandene Pulverschicht, und des mindestens einen durch die Belichtungseinheit erzeugten Strahls dient. Insbesondere kann die Steuerungseinheit eingerichtet sein, Signale, beispielsweise Steuerungssignale, an die Belichtungseinheit zu senden und/oder von der Belichtungseinheit zu empfangen. Insbesondere kann die Steuerungseinheit beispielsweise eine Anlagensteuerung sein. So kann die Steuerungseinheit beispielsweise eingerichtet sein, um einen oder mehrere Laserscanner und/oder Laserquellen zu regeln und/oder zu steuern, insbesondere anzusteuern.
Beispielsweise kann insbesondere die Steuerungseinheit und/oder die Belichtungseinheit eingerichtet sein, um mit dem Belichtungsstrahl den mindestens einen Belichtungspfad nachzufahren und/oder zu verfolgen. Insbesondere können die Steuerungseinheit und/oder die Belichtungseinheit eingerichtet sein, um mit dem Belichtungsstrahl einen Belichtungspfad nachzufahren und/oder zu verfolgen, der frei von Knicken ist, beispielsweise eine C1-Kontinuität aufweist. So können die Steuerungseinheit und/oder die Belichtungseinheit insbesondere eingerichtet sein, um mit dem Belichtungsstrahl einen Belichtungspfad nachzufahren und/oder zu verfolgen, der über einen oder mehrere von Splines, Radien, NURBS, Polynome, oder Kombinationen daraus, beschrieben ist.
Die Herstellungsvorrichtung kann weiterhin mindestens eine Pfadbestimmungseinheit und eine Musterbestimmungseinheit umfassen. So kann die Herstellungsvorrichtung beispielsweise eingerichtet sein, um zumindest die Schritte b) und c) des erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern entsprechend der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehrerer der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen, durchzuführen. Insbesondere kann die Pfadbestimmungseinheit, wie beispielsweise oben in Zusammenhang mit der Berechnungsvorrichtung beschrieben, eingerichtet sein, um zumindest Schritt b) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um für jede Schicht einen Belichtungspfad zu bestimmen. Insbesondere kann die Musterbestimmungseinheit, wie beispielsweise oben in Zusammenhang mit der Berechnungsvorrichtung beschrieben, eingerichtet sein, um zumindest Schritt c) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um aus den für jede Schicht bestimmten Belichtungspfaden mindestens ein Belichtungsmuster zu bestimmen.
Insbesondere kann die Herstellungsvorrichtung beispielsweise weiterhin mindestens einen Sensor umfassen. Beispielsweise kann ein Messwert des Sensors in einer parallel und/oder zeitlich überlappenden Durchführung des computerimplementierten Verfahrens zur Bestimmung des Belichtungsmusters berücksichtigt werden. So kann die Pfadbestimmungseinheit eingerichtet sein, um insbesondere in Schritt b) ii) den mindestens einen Messwert als Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens zu berücksichtigen, beispielsweise den von dem mindestens einem Sensor gemessenen Messwert. Zum Beispiel kann ein Bestimmen des Belichtungsmusters und/oder des mindestens einen Belichtungspfads, insbesondere eine lokale Anpassung von Scanpfaden, beispielsweise auch ein Bestimmen von mindestens einem Prozessparameter, das Berücksichtigen mindestens eines Messwerts des Sensors, beispielsweise mindestens eines aktuellen Messwertes, umfassen.
Die Herstellungsvorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, um das Herstellungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung durchzuführen, beispielsweise gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehrerer der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens.
Das vorgeschlagene computerimplementierte Verfahren, das vorgeschlagene Computerprogramm, das vorgeschlagene Herstellungsverfahren, die vorgeschlagene Berechnungsvorrichtung sowie die vorgeschlagene Herstellungsvorrichtung weisen gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen im Vergleich zu bekannten Verfahren und Vorrichtungen geeignet sein, eine Prozessstabilität zu erhöhen und eine Bauteilqualität zu steigern.
Insbesondere kann es möglich sein, dass mechanisch-technologische Eigenschaften des mindestens einen Bauteils durch die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen, beispielsweise durch ein Anpassen der Belichtungspfade und Belichtungsmuster an eine Bauteilgeometrie, im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren verbessert werden.
Insbesondere können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen geeignet sein im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen und Verfahren Eigenspannungen der Bauteile, insbesondere herstellungsbedingte Eigenspannungen, gezielt zu beeinflussen, beispielsweise durch eine gezielte räumliche und/oder zeitliche Wärmeeinbringung, während der Herstellung des Bauteils. So können es die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen und Verfahren ermöglichen eine Reihenfolge der Wärmeeinbringung zu steuern, beispielsweise bewusst eine Reihenfolge wählen, zum Beispiel eine Verteilung der Wärmeeinbringung von innen nach außen, von außen nach innen oder gleichmäßig erzeugen. Insbesondere kann es möglich sein Eigenspannungen der Bauteile insbesondere herstellungsbedingte Eigenspannungen durch die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen zu reduzieren. Dies kann insbesondere durch eine verbesserte Energieverteilung erreicht werden, beispielsweise durch eine großflächigere Verteilung einer eingebrachten Laserenergie und/oder über eine verlängerte Einwirkdauer. Insbesondere können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen durch ein Bestimmen einer Vielzahl von Belichtungsabschnitten, beispielsweise kurze Belichtungsabschnitte im Vergleich zu einem Durchmesser der Schicht, zum Beispiel einzelne kleinere Scanpfade, anstelle von einem Bestimmen weniger Belichtungsabschnitte, beispielsweise langer Belichtungsabschnitte im Vergleich zu einem Durchmesser der Schicht, eine Reduktion von Eigenspannungen bewirken im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen und Verfahren. Alternativ können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen jedoch auch geeignet sein um gezielt Eigenspannungen zu erzeugen, beispielsweise Druckeigenspannungen. So können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen insbesondere geeignet sein Druckeigenspannungen in einem Außenbereich des Bauteils, beispielsweise Druckeigenspannungen an einer Oberfläche des Bauteils, zu erhöhen, zum Beispiel, um mindestens eine Eigenschaft des Bauteils zu beeinflussen, beispielsweise eine Dauerfestigkeit des Bauteils zu steigern und/oder zu erhöhen.
Die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen können beispielsweise eine Wirtschaftlichkeit der Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren verbessern. So können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen beispielsweise höhere Belichtungsgeschwindigkeiten, insbesondere höhere Geschwindigkeiten bei einem Abfahren der Belichtungspfade und/oder Belichtungsmuster ermöglichen. Insbesondere kann es möglich sein, dass die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren höhere Geschwindigkeiten ermöglichen, ohne dass dabei die aus herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren bekannten Prozessfehler wie beispielsweise Aufwirbelung von Metallpulver, Hooping, Instabiles Schmelzbad, Keyhole-Poren oder Ähnliches auftreten.
Weiterhin können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen im Vergleich zu bekannten Verfahren und Vorrichtungen beispielsweise eine Prozessstabilität und/oder Prozesssicherheit erhöhen. So kann beispielsweise ein Bestimmen von Belichtungsmustern unmittelbar durch die Herstellungsvorrichtung selbst eine Steigerung der Prozessstabilität und/oder der Prozesssicherheit bewirken. Insbesondere können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen geeignet sein, Überschwinger des Strahls in der Herstellung, beispielsweise bei der Ausführung der Belichtung, und/oder große Datenmengen zu reduzieren und/oder zu vermeiden. Beispielsweise können die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen im Vergleich zu bekannten Verfahren und Vorrichtungen eine feinere Diskretisierung ermöglichen.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:

1a und 1b Flussdiagramme von Ausführungsbeispielen eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern;
2a bis 2c Illustrationen eines Ausführungsbeispiels einer Schicht eines CAD-Modells eines Bauteils nach Durchführung verschiedener Schritte des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern in einer Draufsicht;
3a bis 3c eine Illustration einer Durchführung von Schritt b) eines Ausführungsbeispiels eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern; und
4a bis 6b Illustrationen von verschiedenen Ausführungsbeispielen von Schritt b) ii) eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern;
7 eine Illustration eines Ausführungsbeispiels von Schritt b) ii) eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern mit Hatchabständen;
8 ein Ausführungsbeispiel einer Berechnungsvorrichtung zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern in einer schematischen Darstellung;
9 ein weiteres Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern;
10 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters; und
11 ein Ausführungsbeispiel einer Herstellungsvorrichtung zur schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters in einer schematischen Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figuren werden gemeinsam beschrieben. 1a zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 110) Schneiden des CAD-Modells in eine endliche Anzahl von Schichten 122;
b) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 112) Bestimmen von mindestens einem Belichtungspfad 124 für jede Schicht 122, wobei der Belichtungspfad 124 Strahlpositionsdaten aufweist für die Steuerung eines Belichtungsstrahls 126 in dem additiven Pulverbettverfahren, wobei das Bestimmen des Belichtungspfads 124 umfasst:
- i) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 114) Erstellen und Lösen einer partiellen Differentialgleichung und/oder eines Funktionals, umfassend ein Diskretisieren der Schicht 122, wobei einem Rand 128 der Schicht 122 mindestens eine Randbedingung zugewiesen wird, und Erzeugen mindestens einer Lösungsfunktion 130;
- ii) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 116) Bestimmen des Belichtungspfads 124 aus der mindestens einen Lösungsfunktion 130, wobei mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens berücksichtigt wird;
c) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 120) Bestimmen mindestens eines Belichtungsmusters aus den Belichtungspfaden 124 der Schichten 122.

1b zeigt ein weiteres Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren, wobei der Schritt ii) (116) mindesten zwei Teilschritte umfassen kann:

ii) 1. (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 117) Bestimmen eines Vektorfelds (132) aus der mindestens einen Lösungsfunktion (130); und
ii) 2. (gekennzeichnet durch Bezugszeichen (118) Bestimmen des Belichtungspfads (124) aus dem Vektorfeld (132) unter Berücksichtigung der mindestens einen Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens.

Das Belichtungsmuster kann ein Ablaufplan für die schichtweise Herstellung mindestens eines vollständigen Bauteils sein. Insbesondere kann das Belichtungsmuster ein Ergebnis einer Produktions- und/Belichtungsplanung sein. Beispielsweise kann basierend auf dem Belichtungsmuster das mindestens eine Bauteil in dem additiven Pulverbettverfahren vollständig herstellbar sein. Das Belichtungsmuster kann beispielsweise ein Datensatz aus Belichtungspfaden 124 für eine endliche Anzahl an Schichten 122 des Bauteils sein, wobei jede Schicht 122 des Bauteils eine vordefinierte Dicke s aufweisen kann.
2a zeigt eine Draufsicht auf eine derartige Schicht 122 des CAD-Modells eines Bauteils wie sie beispielsweise nach Durchführen des Schritts a) des Verfahrens vorliegen kann. Insbesondere ist eine Schicht 122 mit einem Rand 128 gezeigt, wobei die Schicht 122 beispielsweise in einem Bauraum 134 angeordnet sein kann. Das Erstellen und Lösen der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals in Schritt b) i) kann auf einem Berechnungsgebiet durchgeführt werden, welches die Schicht 122, insbesondere eine Schnittfläche des mindestens einen Bauteils, sowie weiterhin einen Querschnitt des Bauraums 134 umfasst, wobei die Schicht 122 vorzugsweise in dem Bauraum 134 angeordnet ist. Eine Diskretisierung eines derartigen Berechnungsgebiets, insbesondere der Schicht 122, ist beispielhaft in 2b dargestellt, wobei eine Verwendung der Finite-Differenzen-Methode gezeigt ist. Alternativ kann das Erstellen und Lösen der partiellen Differentialgleichung und/oder des Funktionals in Schritt b) i) auf einem Berechnungsgebiet durchgeführt werden, welches auf die Schicht 122 begrenzt ist, also insbesondere keine das Bauteil umgebenden Bereiche des Bauraums und/oder Pulverbetts umfasst. Eine Diskretisierung eines derartigen Berechnungsgebiets, insbesondere ein auf die Schicht 122 begrenztes Berechnungsgebiet, ist beispielhaft in 2c dargestellt, wobei eine Verwendung der Finite-Elemente-Methode gezeigt ist. Auch andere Berechnungsgebiete, beispielsweise Berechnungsgebiete mit mehreren Bauteilen, hier nicht gezeigt, sind möglich.
Die Belichtungspfade 124 für jede Schicht 122 werden in Schritt b) des Verfahrens bestimmt, wobei in Schritt i) eine Lösungsfunktion 130 erzeugt wird, aus der dann in Schritt ii) der Belichtungspfad 124 bestimmt wird. Eine Illustration einer beispielhaften teilweisen Durchführung von Schritt b) ist in den 3a bis 3c gezeigt. Insbesondere ist in 3a eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Lösungsfunktion 130, also eines Ergebnisses und/oder Ausgangsdaten des Schritts b) i), gezeigt. Insbesondere ist eine beispielhafte Lösungsfunktion 130 für eine Schicht 122 gezeigt, wobei für den Rand 128 der Schicht 122 eine Randbedingung von a = 0 vorgegeben wurde. 3b zeigt eine Seitenansicht der Lösungsfunktion 130,bei der die Isolinien, also Linien gleicher „Höhe“, beispielsweise Linien die den gleichen Wert für a aufweisen, eingezeichnet sind. Insbesondere sind beispielhafte Isolinien gezeigt, welche aus der Lösungsfunktion 130, wie beispielsweise in 3a illustriert ist, erzeugt wurden. In 3c ist eine Draufsicht auf die in 3b gezeigten Isolinien gezeigt.
Illustrationen von verschiedenen Ausführungsbeispielen von Schritt b) ii), insbesondere der Teilschritte b) ii) 1. und 2., sind in den 4a bis 6b gezeigt. Dabei zeigen die 4a, 5a und 6a beispielhafte Ausführungsformen von Vektorfeldern 132 einer Schicht 122 mit Rand 128, also Ergebnisse und/oder Ausgangsdaten von Schritt ii) 1., wobei daraus bestimmte Belichtungspfade 124 jeweils in den 4b, 5b und 6b dargestellt sind, also Ergebnisse und/oder Ausgangsdaten von Schritt ii) 2. Insbesondere können die Belichtungspfade 124 jeweils aus einer Vielzahl von Belichtungsabschnitten 135 zusammengesetzt sein, wobei mindestens einer der Belichtungsabschnitte 135 ein Randpfad 137 sein kann, beispielsweise ein dem Rand 128 der Schicht 122 entsprechender Randpfad 137.
Die Belichtungsabschnitte 135 können unter Berücksichtigung von mindestens einem vordefinierten Schema zu dem Belichtungspfad 124 zusammengesetzt sein. So kann insbesondere ein Zusammensetzen des Belichtungspfads 124 aus den Belichtungsabschnitten 135 in Schritt b) ii) nach einem vordefinierten Schema, beispielsweise nach einer Berechnungsreihenfolge und/oder einer Ausführungsrichtung, durchgeführt werden. Auch andere vordefinierte Schemen sind möglich. 7 zeigt eine Illustration eines Ausführungsbeispiels von Schritt b) ii) eines computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern, wobei eine Reihenfolge des Zusammensetzens von Belichtungsabschnitten 135 zu dem Belichtungspfad 124 durch eine Nummerierung der Belichtungsabschnitte 135 von 1 bis 6 illustriert ist.
Wie oben bereits ausgeführt, erfolgt das Bestimmen des Belichtungspfads 124 unter Berücksichtigung mindestens einer Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens. Eine derartige Eigenschaft kann beispielsweise ein Hatchabstand sein. Eine beispielhafte Illustration von Hatchabständen ist ebenfalls in 7 gezeigt. Insbesondere kann bei der Bestimmung des Belichtungspfads 124 aus der Lösungsfunktion 130, zum Beispiel aus dem aus der Lösungsfunktion 130 ermittelten Vektorfeld 132, beispielsweise ein maximal zulässiger Hatchabstand A_max 136 berücksichtigt werden. Alternativ oder zulässig kann bei der Bestimmung des Belichtungspfads 124 aus der Lösungsfunktion 130, zum Beispiel aus dem aus der Lösungsfunktion 130 ermittelten Vektorfeld 132, beispielsweise auch ein minimal zulässiger Hatchabstand A_min 138 berücksichtigt werden.
Insbesondere können die Belichtungspfade 124 und/oder das Belichtungsmuster weiterhin mindestens eine Information über mindestens einen Prozessparameter für die schichtweise Herstellung des Bauteils im additiven Pulverbettverfahren umfassen. Das Bestimmen des mindestens einen Prozessparameters für mindestens einen Abschnitt des Belichtungspfads kann daher beispielsweise ein weiterer Verfahrensschritt b) iii) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 140) des computerimplementierten Verfahrens sein. Ein derartiges computerimplementiertes Verfahren ist beispielhaft in 9 illustriert. Das Verfahren kann auch weitere nicht gezeigte Verfahrensschritte umfassen.
Das computerimplementierte Verfahren kann vollständig oder teilweise unter Verwendung von Datenverarbeitungsmitteln implementiert sein, insbesondere mindestens einen Computer und/oder ein Computer-Netzwerk involvieren. Der Computer und/oder das Computer-Netzwerk können mindestens einen Prozessor umfassen, wobei der Prozessor dazu eingerichtet ist, mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens durchzuführen. Bevorzugt wird jeder der Verfahrensschritte jeweils von dem Computer und/oder dem Computer-Netzwerk durchgeführt. Das Verfahren kann vollständig automatisch und im Speziellen ohne Benutzerinteraktion durchgeführt werden.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Berechnungsvorrichtung 142 zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD Modell des Bauteils in einem additiven Pulververfahren. Die Berechnungsvorrichtung 142 ist insbesondere eingerichtet, um das computerimplementierte Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern durchzuführen. Die Berechnungsvorrichtung 142 umfasst mindestens eine Schneideeinheit 144. Die Schneideeinheit 144 ist eingerichtet, um zumindest Schritt a) 110 des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen. So kann die Schneideeinheit 144 insbesondere eingerichtet sein, um das CAD-Modell in eine endliche Anzahl von Schichten 122 zu schneiden, beispielsweise in eine endliche Anzahl von Datenpaketen zu trennen. Die Berechnungsvorrichtung 142 umfasst weiterhin mindestens eine Pfadbestimmungseinheit 146, wobei eine Übergabe von Informationen und/oder Daten der in der Schneideeinheit 144 geschnittenen Schichten 122 von der Schneideeinheit 144 an die Pfadbestimmungseinheit 146 durch einen Pfeil illustriert ist. Die Pfadbestimmungseinheit 146 ist eingerichtet, um zumindest Schritt b) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen. So kann die Pfadbestimmungseinheit 146 insbesondere eingerichtet sein, um für jede Schicht 122 einen Belichtungspfad 124 zu bestimmen. Die Berechnungsvorrichtung 142 umfasst weiterhin mindestens eine Musterbestimmungseinheit 148, wobei eine Übergabe von Informationen und/oder Daten mindestens eines in der Pfadbestimmungseinheit 146 bestimmten Belichtungspfads 124 an die Musterbestimmungseinheit 148 durch einen weiteren Pfeil illustriert ist. Die Musterbestimmungseinheit 148 ist eingerichtet, um zumindest Schritt c) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen. So kann die Musterbestimmungseinheit 148 insbesondere eingerichtet sein, um aus den für jede Schicht bestimmten Belichtungspfaden 124 mindestens ein Belichtungsmuster zu bestimmen.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters. Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:

I. (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 150) automatisiertes Bestimmen des mindestens einen Belichtungsmusters unter Verwendung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern entsprechend der vorliegenden Erfindung,
II. (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 152) Steuern eines Belichtungsstrahls 126, insbesondere eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, durch Strahlpositionsdaten des Belichtungsmusters.

Insbesondere kann das Herstellungsverfahren eine parallele und/oder zeitlich überlappende Durchführung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern und der schichtweisen Herstellung des mindestens einen Bauteils im additiven Pulverbettverfahren umfassen. So können insbesondere die Schritte I. und II. parallel und/oder zeitlich überlappend durchgeführt werden.
In 11 ist eine schematische Darstellung einer Herstellungsvorrichtung 154 zur schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters gezeigt. Die Herstellungsvorrichtung 154 ist eingerichtet, um mindestens ein Bauteil in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters herzustellen, wobei das Belichtungsmuster bestimmt ist unter Verwendung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Herstellungsvorrichtung 154 umfasst mindestens eine Belichtungseinheit 156 zum Erzeugen des mindestens einen Belichtungsstrahls 126. Weiterhin umfasst die Herstellungsvorrichtung 154 mindestens eine Steuerungseinheit 158 zum Steuern des Belichtungsstrahls 126 entsprechend der Strahlpositionsdaten des Belichtungsmusters. Insbesondere kann die Steuerungseinheit 158 eingerichtet sein, um Signale, beispielsweise Steuerungssignale, an die Belichtungseinheit 156 zu senden und/oder von der Belichtungseinheit 156 zu empfangen, wobei ein derartiger Datenaustausch in 11 durch zwei Pfeile illustriert ist. Die Herstellungsvorrichtung 154 kann weiterhin mindestens ein Pulverbett 160 und ein Pulverreservoir 162 umfassen. Weiterhin kann die Herstellungsvorrichtung 154 mindestens eine Dosiervorrichtung, beispielsweise einen Rakel 164, zum Erzeugen und/oder Auftragen einer Pulverschicht in dem Pulverbett 160 umfassen. So kann die Herstellungsvorrichtung 154 insbesondere eingerichtet sein, um durch schichtweises Auftragen eines pulverförmigen Materials 166 mindestens ein Bauteil, beispielsweise das in 11 gezeigte bogenförmige Bauteil 168, zu erzeugen. Hierfür kann, beispielsweise mithilfe des Rakels 164, das pulverförmige Material 166 Schicht für Schicht von dem Pulverreservoir 162 in das Pulverbett 160 übertragen werden, wobei jede Schicht entsprechend des Belichtungspfads 124 belichtet, insbesondere mit dem Belichtungsstrahl 126 beaufschlagt, wird, um auf diese Weise das mindestens eine Bauteil, beispielsweise das gezeigte bogenförmige Bauteil 168, in dem additiven Pulverbettverfahren herzustellen.
Bezugszeichenliste

110: Schritt a)
112: Schritt b)
114: Schritt b) i)
116: Schritt b) ii)
117: Teilschritt b) ii) 1.
118: Teilschritt b) ii) 2.
120: Schritt c)
122: Schicht
124: Belichtungspfad
126: Belichtungsstrahl
128: Rand
130: Lösungsfunktion
132: Vektorfeld
134: Bauraum
135: Belichtungsabschnitt
136: maximal zulässiger Hatchabstand A_max
137: Randpfad
138: minimal zulässiger Hatchabstand A_min
140: Schritt b) iii)
142: Berechnungsvorrichtung
144: Schneideeinheit
146: Pfadbestimmungseinheit
148: Musterbestimmungseinheit
150: Schritt I.
152: Schritt II.
154: Herstellungsvorrichtung
156: Belichtungseinheit
158: Steuerungseinheit
160: Pulverbett
162: Pulverreservoir
164: Rakel
166: pulverförmiges Material
168: bogenförmiges Bauteil

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Schneiden des CAD-Modells in eine endliche Anzahl von Schichten (122); b) Bestimmen von mindestens einem Belichtungspfad (124) für jede Schicht (122), wobei der Belichtungspfad (124) Strahlpositionsdaten aufweist für die Steuerung eines Belichtungsstrahls (126) in dem additiven Pulverbettverfahren, wobei das Bestimmen des Belichtungspfads (124) umfasst: i) Erstellen und Lösen einer partiellen Differentialgleichung und/oder eines Funktionals, umfassend ein Diskretisieren der Schicht (122), wobei einem Rand (128) der Schicht (122) mindestens eine Randbedingung zugewiesen wird, und Erzeugen mindestens einer Lösungsfunktion (130); ii) Bestimmen des Belichtungspfads (124) aus der mindestens einen Lösungsfunktion (130), wobei mindestens eine Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens berücksichtigt wird; c) Bestimmen mindestens eines Belichtungsmusters aus den Belichtungspfaden (124) der Schichten (122).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Schritt ii) mindesten zwei Teilschritte umfasst: ii) 1. Bestimmen eines Vektorfelds (132) aus der mindestens einen Lösungsfunktion (130) ii) 2. Bestimmen des Belichtungspfads (124) aus dem Vektorfeld (132) unter Berücksichtigung der mindestens einen Eigenschaft des additiven Pulverbettverfahrens umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt b) ii) weiterhin ein Bestimmen von mindestens zwei Belichtungsabschnitten (135), insbesondere einer Vielzahl von Belichtungsabschnitten (135), und ein Zusammensetzen des Belichtungspfads (124) aus den mindestens zwei Belichtungsabschnitten (135) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Belichtungsmuster weiterhin mindestens eine Information über mindestens einen Prozessparameter für die schichtweise Herstellung des Bauteils im additiven Pulverbettverfahren umfasst, wobei Schritt b) weiterhin umfasst: iii) Bestimmen des mindestens einen Prozessparameters für mindestens einen Abschnitt des Belichtungspfads (124).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt a) weiterhin ein Erkennen von Überhängen umfasst, wobei ein Überhang erkannt wird, wenn ein Überstand zwischen mindestens zwei Schichten (122), vorzugsweise mindestens zwei benachbarte Schichten (122), einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt b) ii) weiterhin einen Korrekturschritt umfasst, wobei in dem Korrekturschritt zumindest ein Teil des Belichtungspfads (124), beispielsweise mindestens ein Belichtungsabschnitt (135), in zumindest einem von seiner Lage, seiner Ausführungsrichtung, seiner Breite und seiner Anzahl verändert wird, bis ein Grenzwert für eine Verteilung unterschritten ist.
Computerprogramm zur Durchführung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern nach einem der vorhergehenden auf ein computerimplementiertes Verfahren gerichteten Ansprüche, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters, das Herstellungsverfahren umfassend: I. automatisiertes Bestimmen des mindestens einen Belichtungsmusters unter Verwendung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern nach einem der vorhergehenden auf ein computerimplementiertes Verfahren gerichteten Ansprüche; II. Steuern eines Belichtungsstrahls (126), insbesondere eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, durch Strahlpositionsdaten des Belichtungsmusters.
Berechnungsvorrichtung (142) zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern für die schichtweise Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem CAD-Modell des Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren, wobei die Berechnungsvorrichtung eingerichtet ist, um das computerimplementierte Verfahren zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern nach einem der vorhergehenden auf ein computerimplementiertes Verfahren gerichteten Ansprüche durchzuführen, wobei die Berechnungsvorrichtung umfasst: - mindestens eine Schneideeinheit (144), wobei die Schneideeinheit (144) eingerichtet ist, um zumindest Schritt a) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um das CAD-Modell in eine endliche Anzahl von Schichten (122) zu schneiden; - mindestens eine Pfadbestimmungseinheit (146), wobei die Pfadbestimmungseinheit (146) eingerichtet ist, um zumindest Schritt b) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um für jede Schicht (122) einen Belichtungspfad (124) zu bestimmen; - mindestens eine Musterbestimmungseinheit (148), wobei die Musterbestimmungseinheit (148) eingerichtet ist, um zumindest Schritt c) des computerimplementierten Verfahrens durchzuführen, insbesondere, um aus den für jede Schicht (122) bestimmten Belichtungspfaden (124) mindestens ein Belichtungsmuster zu bestimmen.
Herstellungsvorrichtung (154) zur schichtweisen Herstellung mindestens eines Bauteils in einem additiven Pulverbettverfahren mittels mindestens eines automatisiert bestimmten Belichtungsmusters, wobei das Belichtungsmuster bestimmt ist unter Verwendung des computerimplementierten Verfahrens zum automatisierten Bestimmen von Belichtungsmustern nach einem der vorhergehenden auf ein computerimplementiertes Verfahren gerichteten Ansprüche, wobei die Herstellungsvorrichtung (154) mindestens eine Belichtungseinheit (156) zum Erzeugen mindestens eines Belichtungsstrahls (126) umfasst, wobei die Herstellungsvorrichtung (154) weiterhin mindestens eine Steuerungseinheit (158) zum Steuern des Belichtungsstrahls (126) entsprechend der Strahlpositionsdaten des Belichtungsmusters umfasst.