DE102022101771A1

DE102022101771A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems, Computerprogrammprodukt und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks

Info

Publication number: DE102022101771A1
Application number: DE102022101771.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp Rohse
Original assignee: SLM Solutions Group AG
Current assignee: Nikon SLM Solutions AG
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2042-01-27
Also published as: DE102022101771B4; WO2023144020A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems (10) zur Verwendung in einer Vorrichtung (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks beschrieben. Das Verfahren umfasst den Schritt i) des Festlegens eines Abstands zwischen einer Kalibrierebene (30) und einer optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in einer z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) auf einen ersten Abstand (z1). In einem Schritt ii) wird, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) auf dem ersten Abstand (z1) gehalten wird, ein erstes Kalibriermuster (p1,1) in einem ersten x-y-Bereich (a1) in der Kalibrierebene (30) abgestrahlt, wobei ein Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in einer ersten Winkelgrundposition angeordnet ist. Ein zweites Kalibriermuster (p2,1) wird in einem zweiten x-y-Bereich (a2) in der Kalibrierebene (30) abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in einer zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel (22) relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist. In einem Schritt iii) wird der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) auf einen zweiten Abstand (z2) festgelegt, der sich von dem ersten Abstand (z1) unterscheidet. In einem Schritt iv) wird, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) auf dem zweiten Abstand (z2) gehalten wird, ein drittes Kalibriermuster (p1,2) in dem ersten x-y-Bereich (a1) abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in der ersten Winkelgrundposition angeordnet ist, und ein viertes Kalibriermuster (p2,2) wird in dem zweiten x-y-Bereich (a2) abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in der zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist. In einem Schritt v) werden das erste, das zweite, das dritte und das vierte Kalibriermuster (p1,1, p2,1, p1,2, p2,2) ausgewertet, um Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls (14) in der z-Richtung in Abhängigkeit von einer x-y-Position in der Kalibrierebene (30) zu bestimmen. In einem Schritt vi) wird das Bestrahlungssystem (10) auf der Grundlage der bestimmten Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls (14) kalibriert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem Bestrahlungsstrahl. Ferner ist die Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt mit Programmabschnitten zur Durchführung des Verfahrens zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems gerichtet, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer oder mehreren Computervorrichtung(en) ausgeführt wird. Schließlich ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem Bestrahlungsstrahl gerichtet.
Pulverbettschmelzen ist ein additives Schichtbauverfahren, mit dem pulverförmige, insbesondere metallische und/oder keramische Rohstoffe zu dreidimensionalen Werkstücken mit komplexen Formen verarbeitet werden können. Dazu wird eine Rohstoffpulverschicht auf einen Träger aufgebracht und in Abhängigkeit von der gewünschten Geometrie des herzustellenden Werkstücks ortsselektiv mit elektromagnetischer Strahlung oder Partikelstrahlung beaufschlagt. Die in die Pulverschicht eindringende Strahlung bewirkt eine Erwärmung und damit ein Aufschmelzen oder Sintern der Rohstoffpulverpartikel. Auf die bereits einer Laserbehandlung unterzogene Schicht auf dem Träger werden dann sukzessive weitere Rohstoffpulverschichten aufgebracht, bis das Werkstück die gewünschte Form und Größe hat. Pulverbettschmelzen kann insbesondere für die Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, Ersatzteilen oder medizinischen Prothesen, wie z. B. Zahnprothesen oder orthopädischen Prothesen, auf der Grundlage von CAD-Daten eingesetzt werden.
Ein Bestrahlungssystem, das in einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von pulverförmigen Rohstoffen eingesetzt werden kann, ist z.B. in der EP 2 335 848 B1 beschrieben. Das Bestrahlungssystem umfasst eine Strahlungsquelle, insbesondere eine Laserquelle, und eine optische Einheit. Die optische Einheit, der ein von der Strahlungsquelle emittierter Bestrahlungsstrahl zugeführt wird, umfasst einen Strahlaufweiter, eine Scanner-Einheit und eine als F-Theta-Linse ausgebildete Objektivlinse.
Die Scannereinheit umfasst typischerweise einen Scannerspiegel, der um eine Schwenkachse schwenkbar ist, um den von der Strahlungsquelle des Bestrahlungssystems emittierten Bestrahlungsstrahl auf die gewünschten Bestrahlungspunkte der Rohstoffpulverschicht abzulenken. Durch die Verwendung eines schwenkbaren Scannerspiegels ist eine Fokusebene des abgelenkten Bestrahlungsstrahls gekrümmt, während eine Bestrahlungsebene, die z.B. durch eine Oberfläche oder eine Ebene innerhalb der zu bestrahlenden Rohstoffpulverschicht definiert sein kann, typischerweise eben ist. Daher existiert ein Fokusversatz in einer Richtung senkrecht zu der Bestrahlungsebene (z-Richtung), der von einem Schwenkwinkel des Scannerspiegels und damit von einer Bestrahlungsposition in der Bestrahlungsebene abhängt, d. h. einer x-y-Position, an der der Bestrahlungsstrahl auf die Bestrahlungsebene auftrifft. Der Fokusversatz kann entweder mit Hilfe einer Planfeldoptik oder durch Fokusnachführung unter Verwendung eines entsprechend einstellbaren optischen Elements kompensiert werden.
Die mit den bekannten Mitteln zur Kompensation des Fokusversatzes erzielte Fokusversatzkompensation kann jedoch unzureichend sein, z. B. aufgrund einer falschen oder unzureichenden Kompensation oder aufgrund des Vorhandenseins optischer Elemente, die den Fokusversatz beeinflussen, aber bei der Kompensation des Fokusversatzes nicht berücksichtigt werden. Ferner kann, wenn die Fokusversatzkompensation auf Fokuspositionsmessungen basiert, die eine Einstellung der Fokusposition mittels der Scanner-Optik beinhaltet, die Genauigkeit der Fokusversatzkompensation durch die Einstellung selbst beeinträchtigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur genauen Kalibrierung eines Bestrahlungssystems zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem Bestrahlungsstrahl bereitzustellen. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem Bestrahlungsstrahl bereitzustellen, der von einem Bestrahlungssystem emittiert wird, das genau kalibriert werden kann.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem von dem Bestrahlungssystem emittierten Bestrahlungsstrahl. Bei dem von dem Bestrahlungssystem emittierten Bestrahlungsstrahl kann es sich um einen Strahl elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung handeln. Ferner kann das mit dem hier beschriebenen Verfahren zu kalibrierende Bestrahlungssystem ein Multistrahl-Bestrahlungssystem sein, das so konfiguriert ist, dass es eine Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen emittiert.
Das Bestrahlungssystem kann eine Strahlungsquelle, insbesondere eine Laserquelle, z. B. einen diodengepumpten Ytterbium-Faserlaser, umfassen. Das Bestrahlungssystem kann mit nur einer Strahlungsquelle ausgestattet sein. Insbesondere für den Fall, dass das Bestrahlungssystem als Multistrahl- Bestrahlungssystem ausgebildet ist, ist es aber auch denkbar, dass das Bestrahlungssystem mit einer Mehrzahl von Strahlungsquellen ausgestattet ist. Ferner umfasst das Bestrahlungssystem eine optische Einheit. Die optische Einheit ist mit einem Scanner mit einem schwenkbarem Scannerspiegel ausgestattet, der dazu eingerichtet ist, den Bestrahlungsstrahl über die zu bestrahlenden Rohstoffpulverschichten zu scannen, während die Position eines Fokus des Bestrahlungsstrahls sowohl in der Richtung des Strahlengangs als auch in einer Ebene senkrecht zu dem Strahlengang verändert und angepasst wird. Neben dem Scanner kann das Bestrahlungssystem, insbesondere die optische Einheit, einen Strahlaufweiter zur Aufweitung eines von der Strahlungsquelle emittierten Bestrahlungsstrahls und eine Objektivlinse, insbesondere eine f-theta-Objektivlinse, umfassen. Alternativ kann das Bestrahlungssystem einen Strahlaufweiter mit einer Fokussieroptik umfassen.
Das Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems umfasst einen Schritt i) des Festlegens eines Abstands zwischen einer Kalibrierebene und einer optischen Einheit des Bestrahlungssystems in einer z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene auf einen ersten Abstand. Eine Fläche und/oder eine Kontur der Kalibrierebene kann einer Fläche und/oder einer Kontur der Bestrahlungsebene entsprechen, die im Normalbetrieb der Vorrichtung von dem Bestrahlungsstrahl bestrahlt wird. Die Kalibrierebene kann jedoch relativ zu der Bestrahlungsebene in der z-Richtung versetzt sein. Der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit kann zwischen der Kalibrierebene und einem Gehäuse der optischen Einheit gemessen werden.
In einem Schritt ii) wird, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit auf dem ersten Abstand gehalten wird, ein erstes Kalibriermuster in einem ersten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel der optischen Einheit in einer ersten Winkelgrundposition angeordnet ist. Darüber hinaus wird ein zweites Kalibriermuster in einem zweiten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel der optischen Einheit in einer zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist.
Danach wird in einem Schritt iii) der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems in z-Richtung senkrecht zur Kalibrierebene auf einen zweiten, vom ersten Abstand verschiedenen Abstand festgelegt. In einem Schritt iv) wird, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit auf dem zweiten Abstand gehalten wird, ein drittes Kalibriermuster im ersten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel der optischen Einheit in der ersten Winkelgrundposition angeordnet ist. Außerdem wird ein viertes Kalibriermuster im zweiten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel der optischen Einheit in der zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist.
Zum Festlegen des Abstands zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems in den Schritten i) und iii) kann die optische Einheit in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene relativ zu der Kalibrierebene bewegt werden. Dies kann durch Bewegen des gesamten Bestrahlungssystems oder nur der optischen Einheit relativ zu der Kalibrierebene geschehen, beispielsweise durch Verschieben einer Trägerstruktur des Bestrahlungssystems oder der Optik. Vorzugsweise wird jedoch der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems durch Bewegen der Kalibrierebene in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene relativ zu der optischen Einheit des Bestrahlungssystems festgelegt.
Im Kontext dieser Anmeldung definiert der Ausdruck „x-y-Bereich“ einen Bereich der Kalibrierebene, der im Vergleich zur gesamten Kalibrierebene klein ist. Insbesondere hat jeder der in der Kalibrierebene definierten x-y-Bereiche eine Fläche, die weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1 %, ferner vorzugsweise weniger als 0,5 % und insbesondere weniger als 0,2 % der Gesamtfläche der Kalibrierebene einnimmt.
Ferner kann die gesamte Fläche eines jeden der x-y-Bereiche bestrahlt werden, indem der Scannerspiegel um weniger als ± 0,75°, vorzugsweise weniger als ± 0,6°, weiter bevorzugt weniger als ± 0,5° und insbesondere weniger als ± 0,3° um eine Ausgangswinkelposition verschwenkt wird, die einen Einfallspunkt des Bestrahlungsstrahls im Zentrum des x-y-Bereichs definiert.
Der Ausdruck „Winkelgrundposition“ definiert Kontext dieser Anmeldung den kleinen Bereich von Winkelpositionen, die der Scannerspiegel zur Bestrahlung eines der x-y-Bereiche einnehmen kann. Jede „Winkelgrundposition“ kann in einem Winkelbereich von weniger als ± 0,75°, vorzugsweise weniger als ± 0,6°, ferner vorzugsweise weniger als ± 0,5° und insbesondere weniger als ± 0,3° um eine Ausgangswinkelposition variieren, die einen Einfallspunkt des Bestrahlungsstrahls im Zentrum des x-y-Bereichs definiert. Somit ist die Variation der „Winkelgrundposition“ des Scannerspiegels bei der Bestrahlung eines x-y-Bereichs typischerweise kleiner als die Winkeldifferenz zwischen der „ersten Winkelgrundposition“ und der „zweiten Winkelgrundposition“, d. h. die Abmessungen der x-y-Bereiche in x- und y-Richtung sind typischerweise kleiner als der Abstand zwischen den Zentren der verschiedenen x-y-Bereiche. Ferner überschneiden sich die x-y-Bereiche nicht.
In einem Schritt v) werden das erste, das zweite, das dritte und das vierte Kalibriermuster ausgewertet, um Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls in der z-Richtung senkrecht zur Kalibrierebene in Abhängigkeit von einer x-y-Position in der Kalibrierebene zu bestimmen. Schließlich wird in einem Schritt vi) das Bestrahlungssystem auf der Grundlage der bestimmten Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls kalibriert. Vorzugsweise wird die Kalibrierung so durchgeführt, dass die Fokussierung des Bestrahlungsstrahls in der Bestrahlungsebene, auf die der Bestrahlungsstrahl im Normalbetrieb der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks auftrifft, optimiert wird. Beispielsweise kann die Fokusposition des Bestrahlungsstrahls in dem Kalibrierungsschritt vi) für eine Bestrahlungsebene optimiert werden, die durch eine Oberfläche der Rohstoffpulverschichten definiert ist, die während des Betriebs der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks selektiv bestrahlt werden.
Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht somit nicht nur die Bestimmung einer Fokusposition in der z-Richtung senkrecht zur Kalibrierebene, sondern auch die Zuordnung unterschiedlicher Fokuspositionen in der z-Richtung zu unterschiedlichen x-y-Positionen in der Kalibrierebene. Die Auswertung der Kalibriermuster kann zum Beispiel zeigen, dass im ersten x-y-Bereich die Fokusposition näher an dem Scannerspiegel angeordnet ist als im zweiten x-y-Bereich oder andersherum. Dann kann eine entsprechende Korrektur berechnet und das Bestrahlungssystem unter Berücksichtigung von Fokuspositionsschwankungen sowohl in der z-Richtung als auch innerhalb der x-y-Ebene kalibriert werden.
Die Kalibrierung des Bestrahlungssystems gemäß dem hier beschriebenen Verfahren kann durchgeführt werden, während eine herkömmliche Fokusversatzkompensation zur Korrektur des Fokusversatzes in der z-Richtung aufgrund der gekrümmten Fokusebene des von dem schwenkbaren Scannerspiegel abgelenkten Bestrahlungsstrahls durchgeführt wird, beispielsweise mit Hilfe einer Planfeldoptik oder durch Fokusnachführung. Die in Schritt vi) durchgeführte Kalibrierung dient dann als eine Art Feinjustierung der Fokusposition des Bestrahlungsstrahls in z-Richtung in Abhängigkeit von einer x-y-Position eines Auftreffpunkts des Bestrahlungsstrahls in der Bestrahlungsebene während des Betriebs der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks.
Es ist aber auch denkbar, das Verfahren durchzuführen, ohne dass eine Kompensation des Fokusversatzes durchgeführt wird oder vorhanden ist. Die in Schritt vi) durchgeführte Kalibrierung umfasst dann die Korrektur des Fokusversatzes in der z-Richtung, der durch die gekrümmte Fokusebene des von dem schwenkbaren Scannerspiegel abgelenkten Bestrahlungsstrahls verursacht wird.
Grundsätzlich kann die Kalibrierebene, wie sie in einem der Schritte i) oder iii) angeordnet ist, mit einer Bestrahlungsebene zusammenfallen, auf die der Bestrahlungsstrahl im Normalbetrieb der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks auftrifft. Vorzugsweise wird jedoch die Kalibrierung in Schritt vi) so durchgeführt, dass die Fokussierung des Bestrahlungsstrahls in der Bestrahlungsebene optimiert wird, wobei der Versatz in der z-Richtung zwischen der/den Kalibrierebene(n) und der Bestrahlungsebene berücksichtigt wird.
Die Schritte ii) und iv) bis vi) können für eine Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen durchgeführt werden. Wenn das Bestrahlungssystem als Multistrahlsystem ausgelegt ist, kann also eine entsprechende Mehrzahl von Kalibriermustern mit Hilfe der Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen in jedem x-y-Bereich in der Kalibrierebene abgestrahlt werden. Zu diesem Zweck kann jede x-y-Region in Unterregionen unterteilt werden, wobei jede Unterregion einem der Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen zugeordnet ist.
Die Kalibriermuster können unter Verwendung der Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen entweder gleichzeitig oder nacheinander erzeugt werden.
Schritt iii) kann wiederholt durchgeführt werden, um die Kalibrierebene in einer Mehrzahl von weiteren Abständen von der optischen Einheit des Bestrahlungssystems anzuordnen. Jeder dieser weiteren Abstände kann sich von dem ersten und dem zweiten Abstand unterscheiden. Eine Mehrzahl von weiteren Kalibriermustern kann in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich gemäß Schritt iv) abgestrahlt werden. Die Anzahl der weiteren Kalibriermuster, die jeweils in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich abgestrahlt werden, entspricht vorzugsweise der Anzahl der weiteren Abstände, in denen die Kalibrierebene von der optischen Einheit des Bestrahlungssystems angeordnet ist.
Während der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems auf dem ersten, dem zweiten und und/oder einem der Mehrzahl von weiteren Abstände gehalten wird, kann mindestens ein zusätzliches Kalibriermuster in einem zusätzlichen x-y-Bereich in der Kalibrierebene abgestrahlt werden, der sich von dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich unterscheidet. Vorzugsweise kann eine Mehrzahl von zusätzlichen x-y-Bereichen in der Kalibrierebene definiert und bestrahlt werden, so dass in jedem der zusätzlichen x-y-Bereiche mindestens ein zusätzliches Kalibriermuster erzeugt wird. Der erste, der zweite und der mindestens eine zusätzliche x-y-Bereich können über die Kalibrierebene verteilt sein, so dass die Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls in verschiedenen beabstandeten Bereichen in der Kalibrierebene bestimmt werden können.
Vorzugsweise wird in dem mindestens einen zusätzlichen x-y-Bereich in der Kalibrierebene für jeden Abstand, in dem die Kalibrierebene von der optischen Einheit des Bestrahlungssystems angeordnet ist, ein weiteres Kalibriermuster abgegestrahlt. Beispielsweise kann das Verfahren die Anordnung der Kalibrierebene in 16 verschiedenen Abständen von der optischen Einheit des Bestrahlungssystems umfassen. Dann können neben dem ersten und dem dritten Kalibriermuster 14 weitere Kalibriermuster in der ersten x-y-Region abgestrahlt werden. In ähnlicher Weise können neben dem zweiten und dem vierten Kalibriermuster 14 weitere Kalibriermuster in dem zweiten x-y-Bereich abgestrahlt werden. Der mindestens eine zusätzliche x-y-Bereich wird dann vorzugsweise so bestrahlt, dass 16 zusätzliche Kalibriermuster erzeugt werden, wobei jedes der 16 zusätzlichen Kalibriermuster einem der Abstände zugeordnet ist, in denen die Kalibrierebene von der optischen Einheit des Bestrahlungssystems angeordnet ist.
Ein typischer Abstand zwischen der Kalibrierebene und den optischen Einheiten liegt zwischen 250 mm und 1000 mm, kann aber in besonderen Fällen auch geringer oder größer sein.
In der zweiten Winkelgrundposition kann der Scannerspiegel relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 2°, insbesondere um mindestens ± 5°, vorzugsweise um mindestens ± 10° und ferner bevorzugt um mindestens ± 15° verschwenkt sein. Durch die Vergrößerung der Winkeldifferenz zwischen der „ersten Winkelgrundposition“ und der „zweiten Winkelgrundposition“ kann ein Abstand zwischen den Zentren verschiedener x-y-Bereiche und damit eine Fläche der betrachteten Kalibrierebene, die bei dem Kalibrierverfahren berücksichtigt wird, vergrößert werden.
Insbesondere kann ein Abstand zwischen einem Zentrum des ersten x-y-Bereichs und einem Zentrum des zweiten x-y-Bereichs in der Kalibrierebene mindestens dem 15-fachen, insbesondere mindestens dem 100-fachen, vorzugsweise mindestens dem 500-fachen und ferner vorzugsweise mindestens dem 1000-fachen des Durchmessers des fokussierten Bestrahlungsstrahls entsprechen.
Ein x-y-Bereich kann vorzugsweise eine Größe von mindestens 2 mm x 2 mm, insbesondere von mindestens 4 mm x 4 mm und weniger als 40 mm x 40 mm, insbesondere weniger als 25 mm x 25 mm, vorzugsweise weniger als 12 mm x 12 mm haben. Damit wird eine hohe Bestrahlungsgeschwindigkeit sowie eine gute Ablesbarkeit mit gängigen optischen Auswerteverfahren erreicht.
Die Kalibrierebene kann durch eine Oberfläche oder eine Ebene innerhalb einer auf einen Träger aufgebrachten Rohstoffpulverschicht definiert sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Kalibrierebene durch eine Oberfläche eines auf einen Träger aufgebrachten Abbrennfilms definiert ist. Der Träger, der die Rohstoffpulverschicht oder den Abbrennfilm aufnimmt, kann eine spezielle Kalibrierplatte sein, die während der Kalibrierung des Bestrahlungssystems im Strahlengang des Bestrahlungsstrahls positioniert ist, aber nach Abschluss des Kalibrierungsvorgangs wieder entfernt wird. Die Rohstoffpulverschicht oder der Abbrennfilm kann aber auch auf einen Träger aufgebracht werden, der im Normalbetrieb einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks die Rohstoffpulverschichten aufnimmt, die selektiv durch den Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems bestrahlt werden sollen. Als weitere Alternative kann die Kalibrierebene durch die Oberfläche einer Kalibrierplatte definiert werden, die während der Kalibrierung der Bestrahlungsanlage im Strahlengang des Bestrahlungsstrahls positioniert ist, aber nach Abschluss des Kalibriervorgangs entfernt wird.
Die in der Kalibrierebene erzeugten Kalibriermuster, z. B. durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten, eines Abbrennfilms oder einer Kalibrierplatte, können mit einer optischen Erfassungsvorrichtung, insbesondere einer Kamera, erfasst werden. Die optische Erfassungsvorrichtung kann die Abstrahlung der Muster bereits in situ, d.h. während die Kalibriermuster auf die Kalibrierebene abgestrahlt werden, aufzeichnen und damit detektieren. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, die optische Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der erzeugten Kalibriermuster zu verwenden, nachdem die Abstrahlung der Kalibriermuster auf die Bestrahlungsebene abgeschlossen ist.
Bei der optischen Erfassungsvorrichtung zur Aufzeichnung der Kalibriermuster kann es sich um eine optische Erfassungsvorrichtung handeln, die bereits in der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks vorhanden ist, beispielsweise zur Prozessüberwachung. Insbesondere dann, wenn die optische Erfassungsvorrichtung zur Aufnahme der fertigen Kalibriermuster verwendet wird, kann es sich bei der optischen Erfassungsvorrichtung aber auch um eine herkömmliche Kamera handeln, wie sie beispielsweise in einem Handmikroskop oder auch einer Handykamera vorhanden sein kann.
Ferner kann eine auf oder unterhalb der Kalibrierebene angeordnete lichtempfindliche Sensoranordnung zur Erfassung der Kalibriermuster verwendet werden. Auch hier kann die lichtempfindliche Sensoranordnung die Abstrahlung der Muster bereits in situ und/oder nach Abschluss der Abstrahlung der Kalibriermuster auf der Kalibrierebene erfassen.
Die Kalibriermuster können mindestens eine Linie umfassen. Linienbreiten der in den Kalibriermustern enthaltenen Linien können ausgewertet werden und die Fokusposition des Bestrahlungsstrahls in der z-Richtung senkrecht zur Kalibrierebene kann auf der Grundlage dieser Auswertung der Breiten der Linien der Kalibriermuster bestimmt werden. Beispielsweise können die Linienbreiten der Linien verschiedener Kalibriermuster, die in einem ausgewählten x-y-Bereich der Kalibrierebene erzeugt wurden, verglichen und das Kalibriermuster mit der dünnsten Linie kann als dasjenige Kalibriermuster bestimmt werden, das in dem ausgewählten x-y-Bereich mit fokussiertem Bestrahlungsstrahl abgestrahlt wurde. Die Kalibriermuster können aber auch mit einer Graustufenanalyse oder einer anderen geeigneten Bildanalyse ausgewertet werden, um die Fokusposition des Bestrahlungsstrahls in der z-Richtung zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems umfasst mindestens eines der Kalibriermuster eine Mehrzahl von vorzugsweise im Wesentlichen parallelen Linien. Für jede der Linien kann dann eine Linienbreite oder eine andere geeignete Bildanalyse durchgeführt werden, und aus den einzelnen Analysewerten kann ein Mittelwert errechnet und für das weitere Auswerteverfahren verwendet werden. Die Mehrzahl der Linien kann sich in radialer Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems erstrecken.
Mindestens eines der Kalibriermuster kann einen ersten Block, der durch eine erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, und einen zweiten Block, der durch eine zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, umfassen. Die zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des zweiten Blocks kann im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks angeordnet sein. Durch die Auswertung von Blöcken von Linien, die sich im Wesentlichen senkrecht zueinander erstrecken, kann ein optischer Astigmatismus in der x-y-Ebene, d.h. in der x-Richtung oder der y-Richtung, erkannt und bei der Kalibrierung des Bestrahlungssystems berücksichtigt werden.
Die erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks kann sich in einer radialen Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems erstrecken. Die zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des zweiten Blocks kann sich dann senkrecht zu einer radialen Richtung relativ zu dem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems erstrecken. Linien eines Kalibriermusters, die sich in radialer Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems erstrecken und die von einem Bestrahlungsstrahl mit einer optimierten Fokusposition über die Kalibrierebene abgestrahlt werden, haben eine konstante Dicke über die Kalibrierebene, da elliptische Verzerrungen vermieden werden. Ein Kalibriermuster, das Linien umfasst, die sich in radialer Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems erstrecken, ermöglicht somit eine zusätzliche Bestimmung des Strahldurchmessers in Abhängigkeit von der x-y-Position in der Kalibrierebene.
Ein einzelnes Kalibriermuster oder eine Mehrzahl von Kalibriermustern kann mit einer Kennzeichnung versehen werden, die die Position des einzelnen Kalibriermusters oder der Mehrzahl von Kalibriermustern in der Kalibrierebene anzeigt. So kann beispielsweise eine Mehrzahl von Kalibriermustern, die in einem gemeinsamen x-y-Bereich in der Kalibrierebene abgestrahlt werden, mit einer gemeinsamen Identifikationsmarkierung versehen werden. Bei der Identifikationsmarkierung kann es sich zum Beispiel um einen Strichcode oder eine andere geeignete Markierung handeln, die eine Lokalisierung der Position der Kalibriermuster in der Kalibrierebene ermöglicht. Die Identifikationsmarkierung kann ein Symbol oder mehrere Symbole, Sonderzeichen oder andere leicht zu identifizierende Zeichen umfassen, die von einem automatischen Bildverarbeitungsalgorithmus leicht erkannt werden können. Die Identifikationsmarkierung kann einen Code mit Informationen in Datenzellen, insbesondere binären Datenzellen, enthalten. Die Datenzellen können als helle und dunkle Markierungen, als fehlende und vorhandene Markierungen, als Markierungen von unterschiedlicher Farbe und/oder unterschiedlicher Form ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Datenzellen als Linienmarkierungen mit unterschiedlicher Länge ausgebildet, z. B. steht eine kurze Linie für den Wert „0“ und eine lange Linie für den Wert „1“. Die Datenzellen, insbesondere Linien, können in einem konstanten Abstand markiert werden. Ein Code aus Zeilen mit variabler Länge und gleichem Abstand hat sich sowohl bei der Produktion als auch bei der Erkennung als robust erwiesen. Das Vorhandensein von Identifikationsmarkierungen ermöglicht es, Teilbereiche der Kalibrierebene mit hoher Genauigkeit zu erfassen und zu analysieren, wobei die Teilbereiche in der Kalibrierebene mit Hilfe der Identifikationsmarkierungen lokalisiert werden können.
Ferner kann ein einzelnes Kalibriermuster oder eine Mehrzahl von Kalibriermustern von einer Linie oder einer anderen geeigneten geometrischen Struktur, wie z.B. einer gestrichelten Linie oder einer gepunkteten Linie, umgeben sein. Die Linie kann gerade oder gekrümmt sein. Die Linie kann eine „Box“ definieren, die das einzelne Kalibriermuster oder die Mehrzahl der Kalibriermuster aufnimmt. Die Linie kann bei der Durchführung eines Auswertealgorithmus verwendet werden und somit eine automatische Auswertung des/der Kalibriermuster(s) vereinfachen.
Die Bestrahlungspositionen einer Mehrzahl von in einem gemeinsamen x-y-Bereich abgestrahlten Kalibriermustern können auf der Grundlage eines x-y-Versatzes eines Einfallspunkts des Bestrahlungsstrahls auf der Kalibrierebene bestimmt werden, der durch die Änderung des Abstands zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems in der z-Richtung verursacht wird. Beispielsweise kann der x-y-Versatz bei der Berechnung der Bestrahlungspositionen der Kalibriermuster kompensiert werden, um Kalibriermuster zu erhalten, die in der x-y-Ebene unabhängig von der Änderung des Abstands zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit in der z-Richtung während des Kalibriervorgangs ausgerichtet sind. Ein solches Vorgehen kann sinnvoll sein, wenn eine in situ-Erfassung der Kalibriermuster vorgesehen ist. Es ist aber auch denkbar, auf die Kompensation des x-y-Versatzes zu verzichten und stattdessen den x-y-Versatz zur Erzeugung von Kalibriermustern zu nutzen, die in einem gewünschten Abstand nebeneinander angeordnet sind. Ein solches Vorgehen kann vorteilhaft sein, wenn die Kalibriermuster erst aufgenommen werden, nachdem die Abstrahlung aller Kalibriermuster auf die Bestrahlungsebene abgeschlossen ist.
Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem von dem Bestrahlungssystem emittierten Bestrahlungsstrahl. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die konfiguriert ist:

i) einen Abstand zwischen einer Kalibrierebene und einer optischen Einheit des Bestrahlungssystems in einer z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene auf einen ersten Abstand festzulegen;
ii) während der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit auf dem ersten Abstand gehalten wird, das Bestrahlungssystem zu steuern, um ein erstes Kalibriermuster in einem ersten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abzustrahlen, wobei ein Scannerspiegel der optischen Einheit in einer ersten Winkelgrundposition angeordnet ist, und ein zweites Kalibriermuster in einem zweiten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abzustrahlen, wobei der Scannerspiegel der optischen Einheit in einer zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist;
iii) den Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene auf einen zweiten Abstand festzulegen, der sich von dem ersten Abstand unterscheidet;
iv) während der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit auf dem zweiten Abstand gehalten wird, das Bestrahlungssystem zu steuern, um ein drittes Kalibriermuster in dem ersten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abzustrahlen, wobei der Scannerspiegel der optischen Einheit in der ersten Winkelgrundposition angeordnet ist, und ein viertes Kalibriermusters in dem zweiten x-y-Bereich in der Kalibrierebene abzustrahlen, wobei der Scannerspiegel der optischen Einheit in der zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist;
v) das erste, das zweite, das dritte und das vierte Kalibriermusters auszuwerten, um Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene in Abhängigkeit von einer x-y-Position in der Kalibrierebene zu bestimmen; und
vi) das Bestrahlungssystems auf der Grundlage der bestimmten Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls.

Die Steuereinheit kann ferner konfiguriert sein, die Schritte ii) und iv) bis vi) für eine Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen durchzuführen.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise konfiguriert, Schritt iii) wiederholt durchzuführen, um die Kalibrierebene in einer Mehrzahl von weiteren Abständen von der optischen Einheit des Bestrahlungssystems anzuordnen, wobei sich jeder der weiteren Abstände von dem ersten und dem zweiten Abstand unterscheidet. Ferner kann die Steuereinheit konfiguriert sein das Bestrahlungssystems zu steuern, um eine Mehrzahl von weiteren Kalibriermustern in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich gemäß Schritt iv) abzustrahlen. Die Anzahl der weiteren Kalibriermuster, die jeweils in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich abgestrahlt werden, kann der Anzahl der weiteren Abstände entsprechen, in denen die Kalibrierebene von der optischen Einheit des Bestrahlungssystems angeordnet ist.
Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, das Bestrahlungssystem zu steuern, um, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems auf dem ersten, dem zweiten und/oder einem der Mehrzahl von weiteren Abständen gehalten wird, mindestens ein zusätzliches Kalibriermuster in einem zusätzlichen x-y-Bereich in der Kalibrierebene, der sich von dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich unterscheidet, abzustrahlen.
Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, das Bestrahlungssystem so zu steuern, dass der Scannerspiegel in der zweiten Winkelgrundposition relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 2°, insbesondere um mindestens ± 5°, vorzugsweise um mindestens ± 10° und ferner bevorzugt um mindestens ± 15° verschwenkt ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuereinheit konfiguriert sein, das Bestrahlungssystem so zu steuern, dass ein Abstand zwischen einem Zentrum des ersten x-y-Bereichs und einem Zentrum des zweiten x-y-Bereichs in der Kalibrierebene mindestens dem 15-fachen, insbesondere mindestens dem 100-fachen, vorzugsweise mindestens dem 500-fachen und ferner vorzugsweise mindestens dem 1000-fachen Durchmesser des fokussierten Bestrahlungsstrahls entspricht.
Die Kalibrierebene kann durch eine Oberfläche oder eine Ebene innerhalb einer auf einen Träger aufgebrachten Rohstoffpulverschicht, eine Oberfläche eines auf einen Träger aufgebrachten Abbrennfilms und/oder eine Oberfläche einer Kalibrierplatte definiert sein.
Die Vorrichtung kann ein Erfassungssystem oder mehrere Erfassungssysteme zur Erfassung der Kalibriermuster umfassen. Insbesondere kann die Vorrichtung eine optische Erfassungsvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Abstrahlung der Kalibriermuster in situ aufzuzeichnen, während die Kalibriermuster auf die Kalibrierebene abgestrahlt werden, und/oder nachdem die Abstrahlung der Kalibriermuster auf die Kalibrierebene abgeschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Vorrichtung eine lichtempfindliche Sensoranordnung umfassen, die auf oder unter der Kalibrierebene angeordnet ist.
Die Kalibriermuster können mindestens eine gerade Linie, eine gekrümmt Linie, einen Punkt oder einen Kreis umfassen. Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, die Fokusposition des Bestrahlungsstrahls in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene in Schritt v) auf der Grundlage einer Auswertung einer Breite der Linien, Punkte oder Kreise der Kalibriermuster zu bestimmen.
Mindestens eines der Kalibriermuster kann einen ersten Block der durch eine erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, und einen zweiten Block, der durch eine zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, umfassen. Die zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des zweiten Blocks kann im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks angeordnet sein. Die erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks kann sich in einer radialen Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems erstrecken.
Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, das Bestrahlungssystem so zu steuern, dass ein einzelnes Kalibriermuster oder eine Mehrzahl von Kalibriermustern, insbesondere eine Mehrzahl von Kalibriermustern, die in einem gemeinsamen x-y-Bereich innerhalb der Kalibrierebene abgestrahlt werden, mit einer Identifikationsmarkierung versehen wird, die die Position des einzelnen Kalibriermusters oder der Mehrzahl von Kalibriermustern in der Kalibrierebene anzeigt.
Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, Bestrahlungspositionen einer Mehrzahl von in einem gemeinsamen x-y-Bereich abgestrahlten Kalibriermustern in dem x-y-Bereich auf der Grundlage eines x-y-Versatzes eines Einfallspunkts des Bestrahlungsstrahls auf der Kalibrierebene zu bestimmen, der durch die Änderung des Abstands zwischen der Kalibrierebene und der optischen Einheit des Bestrahlungssystems in der z-Richtung verursacht wird.
Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmabschnitte zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer oder mehrerer der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer oder mehreren Computervorrichtung(en) ausgeführt wird.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem Bestrahlungsstrahl umfasst ein Bestrahlungssystem und eine oben beschriebene Vorrichtung zum Kalibrieren des Bestrahlungssystems und/oder ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, auf dem das oben beschriebene Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei

1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem Bestrahlungsstrahl zeigt;
2 eine gekrümmte Fokusebene eines Bestrahlungsstrahls zeigt, der von einem Scannerspiegel einer in der in 1 dargestellten Vorrichtung verwendeten optischen Einheit abgelenkt wird;
3 einen x-y-Versatz eines Einfallspunktes eines Bestrahlungsstrahls auf Ebenen zeigt, die in unterschiedlichen Abständen von der optischen Einheit in einer z-Richtung senkrecht zu einer x-y-Ebene angeordnet sind;
4 eine beispielhafte Anordnung von Kalibriermustern zeigt, die für die Kalibrierung des Bestrahlungssystems der in 1 dargestellten Vorrichtung ausgewertet werden können;
5 die Kalibriermuster der 4 zeigt, jedoch ohne Kompensation des x-y-Versatzes, wie in 3 angegeben;
6 ein Diagramm zur Auswertung einer Breite von Linien der in 4 dargestellten Kalibriermuster zeigt;
7 ein Diagramm zur Bestimmung einer Fokuspositon in z-Richtung unter Verwendung einer kaustischen Anpassung zeigt;
8 einen Teilbereich einer alternativen Anordnung von Kalibriermustern zeigt, die zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems, das zwei Bestrahlungsstrahlen aussendet, ausgewertet werden können; und
9 ein Diagramm zeigt, das eine Fokuspositon von zwei Bestrahlungsstrahlen in einer z-Richtung senkrecht zu einer Kalibrierebene in Abhängigkeit von einer x-Position in der Kalibrierebene angibt.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch ein additives Fertigungsverfahren. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Träger 102 und eine Pulverauftragsvorrichtung 104 zum Auftragen eines Rohstoffpulvers auf den Träger 102. Bei dem Rohstoffpulver kann es sich um ein Metallpulver handeln, aber auch um ein Keramikpulver oder ein Kunststoffpulver oder ein Pulver, das verschiedene Materialien enthält. Das Pulver kann jede geeignete Partikelgröße oder Partikelgrößenverteilung aufweisen. Vorzugsweise werden jedoch Pulver mit Partikelgrößen < 100 m verarbeitet. Der Träger 102 und die Pulverauftragsvorrichtung 104 sind in einer Prozesskammer 106 aufgenommen, die gegen die Umgebungsatmosphäre abdichtbar ist. Der Träger 102 ist in vertikaler Richtung in einen Bauylinder 108 verschiebbar, so dass der Träger 102 mit zunehmender Bauhöhe eines Werkstücks 110, wie es schichtweise aus dem Rohstoffpulver auf dem Träger 12 aufgebaut wird, nach unten bewegt werden kann. Der Träger 102 kann eine Heizung und/oder einen Kühler umfassen.
Die Vorrichtung 100 umfasst ferner ein Bestrahlungssystem 10 zur selektiven Abstrahlung von Laserstrahlung auf eine auf den Träger 102 aufgebrachte Rohstoffpulverschicht. In der in 1 dargestellten Ausführungsform einer Vorrichtung 100 umfasst das Bestrahlungssystem 10 eine Bestrahlungsstrahlquelle 12, die konfiguriert ist, einen Bestrahlungsstrahl 14 zu emittieren. Bei der Bestrahlungsstrahlquelle 12 kann es sich um eine Laserstrahlquelle handeln, die zum Aussenden eines Laserstrahls konfiguriert ist. Der Bestrahlungsstrahlquelle 12 ist eine optische Einheit 16 zur Führung und Verarbeitung des von der Bestrahlungsstrahlquelle 12 emittierten Bestrahlungsstrahls 14 zugeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass das Bestrahlungssystem 10 zur Aussendung von zwei oder mehr Bestrahlungsstrahlen konfiguriert ist.
Die optische Einheit 16 umfasst zwei Linsen 18 und 20, die in der in 1 dargestellten Ausführungsform beide eine positive Brechkraft aufweisen. Die Linse 18 ist so konfiguriert, dass sie das von der Bestrahlungsstrahlquelle 12 emittierte Laserlicht kollimiert, so dass ein kollimierter oder im Wesentlichen kollimierter Bestrahlungsstrahl erzeugt wird. Die Linse 20 ist so konfiguriert, dass sie den kollimierten (oder im Wesentlichen kollimierten) Bestrahlungsstrahl 14 auf eine gewünschte Position in einer z-Richtung fokussiert. Die optische Einheit 16 umfasst ferner einen schwenkbaren Scannerspiegel 22, der dazu dient, den Bestrahlungsstrahl 14 abzulenken und somit den Bestrahlungsstrahl 14 in einer x-Richtung und einer y-Richtung über eine Bestrahlungsebene I zu scannen, die während des Betriebs der Vorrichtung 100 typischerweise durch eine Oberfläche einer Rohstoffpulverschicht definiert ist, die auf den Träger 102 aufgebracht wird, um selektiv bestrahlt zu werden.
Zur Beobachtung des Bestrahlungsstrahls 14 und/oder zur Beobachtung bestrahlter Bereiche nach der Bestrahlung durch den Bestrahlungsstrahl 14 ist in der Prozesskammer 16 eine optische Erfassungsvorrichtung 24 angeordnet, die in der in 1 dargestellten Ausführungsform in Form einer Kamera ausgebildet ist. Die optische Erfassungsvorrichtung 24 kann Teil einer Schmelzpoolbeobachtungsvorrichtung sein, kann aber auch eine separate Vorrichtung sein.
Eine Steuereinheit 26 ist vorgesehen, um entweder ausschließlich den Betrieb des Bestrahlungssystems 10 zu steuern oder auch um weitere Komponenten der Vorrichtung 100, wie z. B. die Pulverauftragsvorrichtung 104, zu steuern. Die Steuereinheit 26 umfasst ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, auf dem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodeabschnitten gespeichert ist.
In der Prozesskammer 106 wird eine kontrollierte Gasatmosphäre, vorzugsweise eine Inertgasatmosphäre, hergestellt, indem der Prozesskammer 106 über einen Prozessgaseinlass 112 ein Schutzgas zugeführt wird. Nachdem das Gas durch die Prozesskammer 106 und über die auf den Träger 102 aufgebrachte Rohstoffpulverschicht geleitet wurde, wird es über einen Prozessgasauslass 114 aus der Prozesskammer 106 abgeleitet. Das Prozessgas kann vom Prozessgasauslass 114 zum Prozessgaseinlass 112 rezirkuliert und dabei gekühlt oder erwärmt werden.
Während des Betriebs der Vorrichtung 100 zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks wird mit Hilfe der Pulverauftragsvorrichtung 104 eine Rohstoffpulverschicht auf den Träger 102 aufgebracht. Um die Rohstoffpulverschicht aufzutragen, wird die Pulverauftragsvorrichtung 104, z. B. unter der Steuerung der Steuereinheit 26, über den Träger 102 bewegt. Anschließend wird die Rohstoffpulverschicht, ebenfalls unter der Steuerung der Steuereinheit 26, entsprechend der Geometrie einer entsprechenden Schicht des herzustellenden Werkstücks 110 mittels der Bestrahlungsvorrichtung 10 selektiv bestrahlt. Die Schritte des Auftragens einer Rohstoffpulverschicht auf den Träger 102 und des selektiven Bestrahlens der Rohstoffpulverschicht entsprechend einer Geometrie einer entsprechenden Schicht des herzustellenden Werkstücks 110 werden solange wiederholt, bis das Werkstück 110 die gewünschte Form und Größe erreicht hat.
Der Bestrahlungsstrahl 14 wird entsprechend einem von der Steuereinheit 26 definierten Scanmuster über die Rohstoffpulverschicht gescannt. Wie in 2 dargestellt, ist die Linse 20 in der Lage, den Bestrahlungsstrahl 14 auf die Bestrahlungsebene I zu fokussieren, wenn der schwenkbare Scannerspiegel 22 in einer solchen Winkelstellung angeordnet ist, dass der Bestrahlungsstrahl 14 in einer Richtung senkrecht zur Bestrahlungsebene I auf die Bestrahlungsebene I auftrifft, d.h. wenn eine Strahlachse des Bestrahlungsstrahls 14 parallel zur z-Richtung verläuft.
Wird jedoch der Scannerspiegel 22 so geschwenkt, dass er den Bestrahlungsstrahl 14 so ablenkt, dass die Strahlachse des Bestrahlungsstrahls 14 nicht mehr senkrecht zur Bestrahlungsebene I verläuft, vergrößert sich die Länge des Strahlengangs und damit ist die in 2 gestrichelt angedeutete Fokuspositon des Bestrahlungsstrahls 14 nicht mehr in der Bestrahlungsebene I angeordnet, sondern in der z-Richtung in eine Position oberhalb der Bestrahlungsebene I versetzt. Insbesondere definieren die Fokuspositonen der durch den schwenkbaren Scannerspiegel 22 abgelenkten Bestrahlungsstrahlen 14 eine gekrümmte Fokusebene F, während die Bestrahlungsebene I typischerweise eben ist. Der Fokusversatz in der z-Richtung hängt also von einem Schwenkwinkel des Scannerspiegels 22 und damit von einer Bestrahlungspositon in der Bestrahlungsebene I, d.h. einer x-y-Position ab, an der der Bestrahlungsstrahl 14 auf die Bestrahlungsebene I auftrifft.
In der Vorrichtung 100 wird daher der Fokusversatz des Bestrahlungsstrahls 14 in der z-Richtung korrigiert, wie durch die gestrichelten Linien in den 1 und 2 dargestellt, z. B. mit Hilfe einer Planfeldoptik oder durch Fokusnachführung mit einem geeignet einstellbaren optischen Element (in den Zeichnungen nicht dargestellt). Die mit diesen konventionellen Kompensationsmitteln erzielte Fokusversatzkompensation berücksichtigt jedoch keine x-y-Positionsabhängigkeiten der Fokuspositon, die nicht mit der Vergrößerung der Strahlenganglänge aufgrund der Ablenkung des Bestrahlungsstrahls 14 durch den schwenkbaren Scannerspiegel 22 zusammenhängen. Um eine genauere Korrektur der Fokuspositon des Bestrahlungsstrahls 14 in der Vorrichtung 100 zu ermöglichen, wird das Bestrahlungssystem 10 daher kalibriert, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Zur Kalibrierung des Bestrahlungssystems 10 der Vorrichtung 100 wird, wie in 3 schematisch dargestellt, eine Kalibrierplatte 28 in den Strahlengang des Bestrahlungsstrahls 14 eingebracht, so dass sich eine Oberfläche der Kalibrierplatte 28 parallel zu der Bestrahlungsebene I erstreckt, auf die der Bestrahlungsstrahl 14 im Normalbetrieb der Vorrichtung 100 auftrifft. Insbesondere ist die Kalibrierplatte 28 auf einer Oberfläche des Trägers 102 angeordnet, der im Normalbetrieb der Vorrichtung 100 das Rohstoffpulver und das Werkstück 110 aufnimmt. Eine Oberfläche der Kalibrierplatte 28 definiert eine Kalibrierebene 30, auf die, wie weiter unten beschrieben, Kalibriermuster abgestrahlt werden.
Alternativ zur Verwendung einer Kalibrierplatte 28 kann ein Abbrennfilm entweder auf eine Kalibrierplatte oder den Träger 102 aufgebracht werden, um Kalibriermuster zu erfassen und aufzuzeichnen, die auf eine Kalibrierebene abgestrahlt werden, welche dann durch eine Oberfläche des Abbrennfilms definiert ist. Als weitere Alternative kann eine Rohstoffpulverschicht auf den Träger 102 aufgebracht werden und eine Oberfläche oder eine Ebene in der Rohstoffpulverschicht kann eine Kalibrierebene definieren, auf die die Kalibriermuster abgestrahlt werden.
In der Vorrichtung 100 dient die optische Erfassungsvorrichtung 24 dazu, die Abstrahlung der Kalibriermuster in situ, während die Kalibriermuster auf die durch die Oberfläche der Kalibrierplatte 28 definierte Kalibrierebene 30 abgestrahlt werden, aufzuzeichnen. Es ist aber auch denkbar, die optische Erfassungsvorrichtung 24 erst nach Beendigung der Abstrahlung der Kalibriermuster auf eine Kalibrierebene zur Aufzeichnung und Erfassung von Kalibriermustern zu verwenden. Beispielsweise kann die optische Erfassungsvorrichtung 24 nach der Bestrahlung ein Bild eines Abbrennfilms aufnehmen, um die auf die Oberfläche des Abbrennfilms abgestrahlten Kalibriermuster zu erfassen.
Ferner kann die Kalibrierplatte 28 mit einer lichtempfindlichen Sensoranordnung versehen sein, die in die Kalibrierplatte 28 eingebettet und damit unterhalb der Kalibrierebene 30 angeordnet sein kann oder die auf der Kalibrierebene 30 angeordnet sein kann. Die lichtempfindliche Sensoranordnung kann in der Lage sein, ein auf die Kalibrierebene 30 abgestrahltes Kalibriermuster entweder in situ und/oder nach Beendigung der Abstrahlung der Kalibriermuster zu erfassen und aufzuzeichnen.
In einem Schritt i) eines Verfahrens zum Kalibrieren des Bestrahlungssystems 10 wird ein Abstand zwischen der Kalibrierebene 30 und der optischen Einheit 16 des Bestrahlungssystems 10 in einer z-Richtung senkrecht zur Kalibrierebene 30, wie in 3 gezeigt, auf einen ersten Abstand z₁ festgelegt. Der erste Abstand z₁ kann zum Beispiel zwischen der Kalibrierebene 30 und einem Gehäuse 17 der optischen Einheit 16 gemessen werden. Dies wird erreicht, indem der Träger 102 mit der darauf angeordneten Kalibrierplatte 28 in geeigneter Weise in der z-Richtung bewegt wird, bis die Oberfläche der Kalibrierplatte 28, die die Kalibrierebene 30 definiert, in dem ersten Abstand z₁ von der optischen Einheit 16 angeordnet ist.
Anschließend wird in einem Schritt ii), während der Abstand zwischen der Kalibrierebene 30 und der optischen Einheit 16 auf dem ersten Abstand z₁ gehalten wird, ein erstes Kalibriermuster p_1,1 in einem ersten x-y-Bereich a₁ in der Kalibrierebene 30 abgestrahlt. Im Folgenden wird das Bezugszeichen „a_i“ zur Bezeichnung von x-y-Bereichen in der Kalibrierebene 30 verwendet, die so bestrahlt werden, dass ein Kalibriermuster „p_i,j“ entsteht. Bei der Abstrahlung des ersten Kalibriermusters p_1,1 ist der Scannerspiegel 22 in einer ersten Winkelgrundposition angeordnet. Nachdem die Abstrahlung eines ersten Kalibriermusters p_1,1 abgeschlossen ist, wird der Scannerspiegel 22 relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1°, insbesondere um mindestens ± 2°, insbesondere um mindestens ± 5°, vorzugsweise um mindestens ± 10° und ferner vorzugsweise um mindestens ± 15° in eine zweite Winkelgrundposition verschwenkt. Danach wird in einem zweiten x-y-Bereich a₂ in der Kalibrierebene 30 ein zweites Kalibriermuster p_2,1 abgestrahlt, während der Scannerspiegel in der zweiten Winkelgrundposition verbleibt.
Die Schwenkbewegung des Scanners 22 um mindestens ± 1° sorgt dafür, dass der erste und der zweite x-y-Bereich a₁, a₂ in der Kalibrierebene 30 ausreichend voneinander beabstandet sind. Insbesondere entspricht ein Abstand zwischen einem Zentrum des ersten x-y-Bereichs a₁ und einem Zentrum des zweiten x-y-Bereichs a₂ in der Kalibrierebene 30 mindestens dem 15-fachen, insbesondere mindestens dem 100-fachen, vorzugsweise mindestens dem 500-fachen und ferner vorzugsweise mindestens dem 1000-fachen des Durchmessers des fokussierten Bestrahlungsstrahls 14. Eine solche Wahl des Abstands zwischen dem Zentrum des ersten x-y-Bereichs a₁ und dem Zentrum des zweiten x-y-Bereichs a₂ ist z.B. geeignet, wenn der Durchmesser des fokussierten Bestrahlungsstrahls 14 ≤ etwa 300 µm ist.
Dann wird in einem Schritt iii) der Abstand zwischen der Kalibrierebene 30 und der optischen Einheit 16 des Bestrahlungssystems 10 in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene auf einen zweiten Abstand z₂ festgelegt, der sich von dem ersten Abstand z₁ unterscheidet. Beispielsweise kann, wie in 3 gezeigt, die Kalibrierplatte 28 in der z-Richtung verschoben werden, indem der Träger 102 in vertikaler Richtung nach unten bewegt wird, um den Abstand zwischen der Kalibrierebene 30 und der optischen Einheit 16 von dem ersten Abstand z₁ auf den zweiten Abstand z₂ zu vergrößern.
Während der Abstand zwischen der Kalibrierebene 30 und der optischen Einheit 16 auf dem zweiten Abstand z₂ gehalten wird, wird in einem Schritt iv) ein drittes Kalibriermuster p_1,2 in dem ersten x-y-Bereich a₁ in der Kalibrierebene 30 abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel 22 wieder in der ersten Winkelgrundposition angeordnet ist. Nach Beendigung des Abstrahlens des dritten Kalibriermusters p_1,2 wird der Scannerspiegel 22 erneut relativ zur ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1°, insbesondere um mindestens ± 2°, insbesondere um mindestens ± 5°, vorzugsweise um mindestens ± 10° und ferner bevorzugt um mindestens ± 15° in die zweite Winkelgrundposition verschwenkt und ein viertes Kalibriermuster p_2,2 in dem zweiten x-y-Bereich a₂ in der Kalibrierebene 30 abgestrahlt, wobei der Scannerspiegel 22 in der zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist.
Schritt iii) wird wiederholt durchgeführt, um die Kalibrierebene 30 in einer Mehrzahl von weiteren Abständen z_f von der optischen Einheit 16 des Bestrahlungssystems 10 anzuordnen, wobei sich jeder der weiteren Abstände z_f von dem ersten und dem zweiten Abstand z₁, z₂ unterscheidet. Eine Mehrzahl von weiteren Kalibriermustern p_1,j, p_2,j wird gemäß Schritt iv) in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich a₁, a₂ abgestrahlt, wobei die Anzahl der weiteren Kalibriermuster p_1,j, p_2,j, die jeweils in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich a₁, a₂ abgestrahlt werden, der Anzahl der weiteren Abstände z_f entspricht, in denen die Kalibrierebene 30 von der optischen Einheit 16 des Bestrahlungssystems 10 angeordnet ist. Um beispielsweise die in 4 gezeigte beispielhafte Anordnung von Kalibriermustern zu erzeugen, wird die Kalibrierebene 30 in 16 verschiedenen Abständen von der optischen Einheit 16 angeordnet und es werden insgesamt 16 Kalibriermuster in jedem der ersten und zweiten x-y-Bereiche a₁, a₂ abgestrahlt.
Ferner werden, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene 30 und der optischen Einheit 16 auf dem ersten, dem zweiten und der Mehrzahl von weiteren Abständen z₁, z₂, z_f gehalten wird, zusätzliche Kalibriermuster p_i,j in zusätzlichen x-y-Bereichen a_i in der Kalibrierebene 30 abgestrahlt, die sich von dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich a₁, a₂ unterscheiden. In der in 4 gezeigten beispielhaften Anordnung von Kalibriermustern sind 6 zusätzliche x-y-Bereiche a_i in der Kalibrierebene 30 definiert, und jeder der zusätzlichen x-y-Bereiche a_i wird mit einem zusätzlichen Kalibriermuster p_i,j für jeden der unterschiedlichen Abstände bestrahlt, in denen die Kalibrierebene 30 von der optischen Einheit 16 angeordnet ist.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass der Scannerspiegel 22 zur Bestrahlung aller benachbarten zusätzlichen x-y-Bereiche a_i um mindestens ± 1° geschwenkt wird. Stattdessen kann das Verfahren auch so durchgeführt werden, dass nur der erste und der zweite x-y-Bereich a₁, a₂ voneinander beabstandet sind, so dass eine Schwenkbewegung des Scannerspiegels 22 um mindestens ± 1° erforderlich ist, um den ersten und den zweiten x-y-Bereich a₁, a₂ zu bestrahlen, während weitere x-y-Bereiche a_i näher zueinander und/oder zu dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich a₁, a₂ angeordnet sein können. Die in der Kalibrierebene 30 definierten x-y-Bereiche a₁, a₂, a₁ sollten sich jedoch nicht überlappen. Ferner sind die x-y-Bereiche a₁, a₂, a_i vorzugsweise über die Kalibrierebene 30 verteilt, wie beispielsweise in 4 dargestellt.
Während er in seiner ersten, zweiten und jeder weiteren Winkelgrundposition angeordnet ist, schwenkt Scannerspiegel 22 leicht, um die gewünschten Kalibriermuster p_1,1, p_1,2, p_1,j abzustrahlen. Bei der Bestrahlung eines x-y-Bereichs a₁, a₂, a_i ist jedoch die Schwenkbewegung des Scannerspiegels 22 um eine Ausgangswinkelposition, die einen Einfallspunkt des Bestrahlungsstrahls 14 im Zentrum des zu bestrahlenden x-y-Bereichs a₁, a₂, a_i definiert, auf weniger als ± 0,75°, vorzugsweise weniger als ± 0,6°, ferner vorzugsweise weniger als ± 0,5° und insbesondere weniger als ± 0,3° begrenzt. Somit ist jeder der x-y-Bereiche a₁, a₂, a_i im Vergleich zur gesamten Kalibrierebene 30 klein und weist eine Fläche auf, die weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1%, weiter bevorzugt weniger als 0,5% und insbesondere weniger als 0,2% der gesamten Fläche der Kalibrierebene 30 einnimmt.
In der beispielhaften Kalibriermusteranordnung gemäß 4 umfasst jedes der Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j drei parallele Linien, die sich in einer radialen Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems 10 erstrecken. Die Auswertung einer Mehrzahl von Linien macht das Kalibrierverfahren zuverlässiger und reduziert das Risiko von Messfehlern, da Fehler bei der Bestrahlung oder das Vorhandensein von Verunreinigungen kompensiert werden können. Ferner werden die Abstrahlungspositionen von Kalibriermustern p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j, die in einem gemeinsamen x-y-Bereich a₁, a₂, a_i abgestrahlt werden, auf der Grundlage eines x-y-Versatzes eines Einfallspunkts des Bestrahlungsstrahls 14 auf der Kalibrierebene 30 bestimmt, der durch die in 3 dargestellte Verschiebung der Kalibrierebene 30 in z-Richtung verursacht wird. Somit sind in der Kalibrierebene 30 die Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j nebeneinander angeordnet, während in der in z-Richtung nicht verschobenen Bestrahlungsebene I die Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_1,j verzerrt erscheinen, wie in 5 dargestellt. Die Steuereinheit 26 ist jedoch in der Lage, eine Transformationsberechnung zur Korrektur des x-y-Versatzes durchzuführen, so dass das Erscheinungsbild der Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_1,j in der Bestrahlungsebene I in das Erscheinungsbild der Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_1,j in der Kalibrierebene 30 transformiert werden kann und umgekehrt.
In einem Schritt v) werden das erste, das zweite, das dritte, das vierte und die weiteren Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_1,j von der Steuereinheit 26 ausgewertet, um Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls 14 in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene 30 in Abhängigkeit von einer x-y-Position in der Kalibrierebene 30 zu bestimmen. Insbesondere bestimmt die Steuereinheit 26 die Fokuspositon des Bestrahlungsstrahls 14 in der z-Richtung auf der Grundlage einer Auswertung einer Breite der Linien der Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j. Wie in 6 dargestellt, wird für jede der Linien eines ausgewählten Kalibriermusters p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_1,j eine Linienbreitenanalyse durchgeführt und aus den einzelnen Analysewerten ein Mittelwert berechnet und für das weitere Auswerteverfahren verwendet.
Wie in 7 dargestellt, werden die Linienbreitenwerte der Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_1,j, die innerhalb eines ausgewählten x-y-Bereichs a₁, a₂, a_i erzeugt wurden, gegen die z-Position, d.h. gegen die Position der Kalibrierebene 30 in z-Richtung, aufgetragen und das Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_1,j mit der dünnsten Linie wird als dasjenige Kalibriermuster p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_1,j bestimmt, das in dem ausgewählten x-y-Bereich a₁, a₂, a_i mit dem Bestrahlungsstrahl 14 im Fokus bestrahlt worden ist. Es ist aber auch denkbar, die Fokuspositon durch eine Anpassung einer Funktion zu bestimmen, die einem Gaußschen Strahlprofil entspricht. Die in 7 dargestellte Analyse wird für alle auf der Kalibrierebene 30 definierten x-y-Bereiche a₁, a₂, a_i wiederholt. Als Ergebnis erhält man die Fokuspositon des Bestrahlungsstrahls 14 in z-Richtung in Abhängigkeit von einer x-y-Position in der Kalibrierebene 30.
Schließlich wird in einem Schritt vi) das Bestrahlungssystem 10 auf der Grundlage der bestimmten Fokuspositonen des Bestrahlungsstrahls 14 kalibriert. Insbesondere wird die Kalibrierung so durchgeführt, dass die Fokussierung des Bestrahlungsstrahls 14 in der Bestrahlungsebene I, auf die der Bestrahlungsstrahl 14 im Normalbetrieb der Vorrichtung 100 zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 110 auftrifft, optimiert wird.
Die oben beschriebenen Schritte ii) und iv) bis vi) können auch für eine Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen 14 durchgeführt werden. Zum Beispiel können Kalibriermuster p_i,j ^o,ll, p_i,j ^o,⊥, die in einem ausgewählten x-y-Bereich a_i erzeugt werden, von jedem einer Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen 14 erzeugt werden, wobei „o“ die optische Einheit bezeichnet, die einen ausgewählten der Bestrahlungsstrahlen 14 emittiert, und wobei die Zeichen || und ⊥ eine Orientierung der Linien bezeichnen, die die Kalibriermuster p_i,j ^o,ll, p_i,j ^o,⊥, definieren. 8 zeigt einen beispielhaften x-y-Bereich a_i, in dem die Kalibriermuster p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥ , p_i,j ^2,|| , p_ij ^2,⊥ von zwei Bestrahlungsstrahlen 14 erzeugt werden. Insbesondere werden in dem in 8 dargestellten x-y-Bereich a_i die Kalibriermuster p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥ in einem linken Teil des x-y-Bereichs a₁ durch einen ersten Bestrahlungsstrahl 14 mit Hilfe einer ersten optischen Einheit 16 erzeugt, während die Kalibriermuster p_i,j ^2,⊥, p_ij ^2,⊥ in einem rechten Teil des x-y-Bereichs a_i durch einen zweiten Bestrahlungsstrahl 14 mit Hilfe einer zweiten optischen Einheit 16 erzeugt werden.
Jedes der Kalibriermuster p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,|| , p_ij ^2,⊥ umfasst einen ersten Block p_i,j ^1,||, p_i,j ^2,||, der durch drei im Wesentlichen parallele Linien definiert ist, und einen zweiten Block p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,⊥, der durch drei im Wesentlichen parallele Linien definiert ist, wobei die Linien des zweiten Blocks p_i,j ^1,⊥, p_ij ^2,⊥ im Wesentlichen senkrecht zu den Linien des ersten Blocks p_i,j ^1,||, p_i,j ^2,|| angeordnet sind. Die Kalibriermuster p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,|| , p_i,j ^2,⊥, die in dem gemeinsamen x-y-Bereich a_i abgestrahlt werden, sind mit einer Identifikationsmarkierung 32 versehen, die die Position der Kalibriermuster p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2,⊥ in der Kalibrierebene 30 angibt. Bei der Identifikationsmarke 32 kann es sich beispielsweise um einen Strichcode handeln, der eine Lokalisierung einer Position der Kalibriermuster p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_ij ^2,⊥ in der Kalibrierebene 30 ermöglicht und somit eine Erfassung und Analyse von Teilbereichen der Kalibrierebene 30 mit hoher Genauigkeit erlaubt.
Obwohl die Bereitstellung einer Identifikationsmarkierung 32 hier unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wird, die Kalibriermuster zeigt, die von mehr als einem Bestrahlungsstrahl 14 erzeugt werden, können Identifikationsmarkierungen 32 auch zur Markierung von Kalibriermustern p_i,j verwendet werden, die von einem einzigen Bestrahlungsstrahl 14 erzeugt werden. So können beispielsweise auch eines oder mehrere der in 4 gezeigten Kalibriermuster p_i,j mit einer Kennzeichnung versehen werden.
9 zeigt ein Diagramm, in dem die Fokuspositonen der zur Erzeugung der Kalibriermuster p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2,⊥ für den beispielhaften x-y-Bereich a_i, wie in 8 gezeigt, verwendeten Bestrahlungsstrahlen 14 in z-Richtung gegen die x-Richtung aufgetragen sind. Ein entsprechendes Diagramm kann auch für die y-Richtung aufgetragen werden. Ferner ist es natürlich auch möglich, die Fokuspositonen gegen eine x-y-Ebene aufzutragen.
Die in dem Diagramm der 9 dargestellten Kurven erhält man, indem man entweder den ersten oder den zweiten Block von Linien auswertet, die sich senkrecht zueinander erstrecken. Bei gegebenen Linsenpositionen innerhalb der optischen Einheiten 16 und beweglichen Scannerspiegeln 22 sind die astigmatischen Achsen in der x-y-Ebene konstant. Die Linienmuster drehen sich jedoch, so dass die sich radial erstreckenden Linien auf die bestrahlende optische Einheit gerichtet sind. Folglich ist das Ergebnis einer Messung über die x-y-Ebene ein oszillierendes Wellenmuster der astigmatischen Fokuspositonen al Funktion der x-y-Position. Eine große Diskrepanz zwischen den für die verschiedenen Linienblöcke bestimmten Fokuspositonen zeigt einen Astigmatismus der zur Erzeugung eines Bestrahlungsstrahls 14 verwendeten Optik an. Der tatsächliche Astigmatismus, d. h. der Abstand zwischen den Fokuspositionen der beiden Strahlachsen, kann bei einem Maximum der Oazillation gemessen werden. Die Punkte in dem Diagramm geben die gemittelten Werte der Fokuspositonen an, die durch Mittelung der für den ersten und den zweiten Linienblock erhaltenen Werte bestimmt werden. Die Anordnung der Punkte im Diagramm zeigt, dass die Fokuspositon an den Rändern der Kalibrierebene 30 in Richtung eines etwas geringeren Abstands von der optischen Einheit 16 verschoben ist. Diese Verschiebung der Fokuspositon kann durch die in Schritt vi) durchgeführte Kalibrierung korrigiert werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Fokuspositon über die Bestrahlungsebene I zu erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2335848 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems (10) zur Verwendung in einer Vorrichtung (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem von dem Bestrahlungssystem (10) emittierten Bestrahlungsstrahl (14), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: i) Festlegen eines Abstands zwischen einer Kalibrierebene (30) und einer optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in einer z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) auf einen ersten Abstand (z₁); ii) während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) auf dem ersten Abstand (z₁) gehalten wird, Abstrahlen eines ersten Kalibriermusters (p_1,1) in einem ersten x-y-Bereich (a₁) in der Kalibrierebene (30), wobei ein Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in einer ersten Winkelgrundposition angeordnet ist, und Abstrahlen eines zweiten Kalibriermusters (p_2,1) in einem zweiten x-y-Bereich (a₂) in der Kalibrierebene (30), wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in einer zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel (22) relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist; iii) Festlegen des Abstands zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) auf einen zweiten Abstand (z₂), der sich von dem ersten Abstand (z₁) unterscheidet; iv) während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) auf dem zweiten Abstand (z₂) gehalten wird, Abstrahlen eines dritten Kalibriermusters (p_1,2) in dem ersten x-y-Bereich (a₁) in der Kalibrierebene (30), wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in der ersten Winkelgrundposition angeordnet ist, und Abstrahlen eines vierten Kalibriermusters (p_2,2) in dem zweiten x-y-Bereich (a₂) in der Kalibrierebene (30), wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in der zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel (22) relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist; v) Auswerten des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Kalibriermusters (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2) um Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls (14) in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) in Abhängigkeit von einer x-y-Position in der Kalibrierebene (30) zu bestimmen; und vi) Kalibrieren des Bestrahlungssystems (10) auf der Grundlage der bestimmten Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls (14).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte ii) und iv) bis vi) für eine Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen (14) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei - Schritt iii) wiederholt durchgeführt wird, um die Kalibrierebene (30) in einer Mehrzahl von weiteren Abständen (z_f) von der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) anzuordnen, wobei sich jeder der weiteren Abstände (z_f) von dem ersten und dem zweiten Abstand (z₁, z₂) unterscheidet; und - eine Mehrzahl von weiteren Kalibriermustern (p_1,j, p_2,j) in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich (a₁, a₂) gemäß Schritt iv) abgestrahlt werden, wobei die Anzahl der weiteren Kalibriermuster (p_1,j, p_2,j), die jeweils in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich (a₁, a₂) abgestrahlt werden, insbesondere der Anzahl der weiteren Abstände (z_f) entspricht, in denen die Kalibrierebene (30) von der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) auf dem ersten, dem zweiten und/oder einem der Mehrzahl von weiteren Abständen (z₁, z₂, z_f) gehalten wird, mindestens ein zusätzliches Kalibriermuster (p_i,j) in einem zusätzlichen x-y-Bereich (a_i) in der Kalibrierebene (30), der sich von dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich (a₁, a₂) unterscheidet, abgestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: - der Scannerspiegel (22) in der zweiten Winkelgrundposition relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 2°, insbesondere um mindestens ± 5°, vorzugsweise um mindestens ± 10° und ferner bevorzugt um mindestens ± 15° verschwenkt ist; und/oder - ein Abstand zwischen einem Zentrum des ersten x-y-Bereichs (a₁) und einem Zentrum des zweiten x-y-Bereichs (a₂) in der Kalibrierebene mindestens dem 15-fachen, insbesondere mindestens dem 100-fachen, vorzugsweise mindestens dem 500-fachen und ferner vorzugsweise mindestens dem 1000-fachen Durchmesser des fokussierten Bestrahlungsstrahls (14) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kalibrierebene (30) definiert ist durch: - eine Oberfläche oder eine Ebene innerhalb einer auf einen Träger (102) aufgebrachten Rohstoffpulverschicht; - eine Oberfläche eines auf einen Träger (102) aufgebrachten Abbrennfilms; und/oder - eine Oberfläche einer Kalibrierplatte (28); und/oder wobei die Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j) erfasst werden durch: - eine optische Erfassungsvorrichtung (24), die die Abstrahlung der Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_i,j) in situ aufzeichnet, während die Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j) auf die Kalibrierebene (30) abgestrahlt werden, und/oder nachdem die Abstrahlung der Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_i,j) auf die Kalibrierebene abgeschlossen ist; und/oder - eine lichtempfindliche Sensoranordnung, die auf oder unter der Kalibrierebene (30) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j) mindestens eine Linie umfassen, und wobei die Fokusposition des Bestrahlungsstrahls (14) in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) in Schritt v) auf der Grundlage einer Auswertung einer Breite der Linien der Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_i,j) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens eines der Kalibriermuster (p_i,j ^1,||, p_i,j ^1⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2⊥) einen ersten Block (p_i,j ^1,|| p_i,j ^2,||), der durch eine erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, und einen zweiten Block (p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,⊥), der durch eine zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, umfasst, wobei die zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des zweiten Blocks (p_i,j ^1,⊥, p" _j ² -^L) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks (p_i,j ^1,||, p_i,j ^2,||) angeordnet ist, wobei sich die erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks (p_i,j ^1,||, p_i,j ^2,||) insbesondere in einer radialen Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems (10) erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein einzelnes Kalibriermuster (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2,⊥) oder eine Mehrzahl von Kalibriermustern (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2,⊥), insbesondere eine Mehrzahl von Kalibriermustern (p_i,j p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2,⊥), die in einem gemeinsamen x-y-Bereich (a₁, a₂, a_i) in der Kalibrierebene (30) abgestrahlt werden, mit einer Identifikationsmarkierung (32) versehen wird, die die Position des einzelnen Kalibriermusters (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2,⊥) oder der Mehrzahl von Kalibriermustern (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2,⊥) in der Kalibrierebene (30) anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Bestrahlungspositionen einer Mehrzahl von in einem gemeinsamen x-y-Bereich (a₁, a₂, a_i) abgestrahlten Kalibriermustern (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j) in dem x-y-Bereich (a₁, a₂, a_i) auf der Grundlage eines x-y-Versatzes eines Einfallspunkts des Bestrahlungsstrahls (14) auf der Kalibrierebene (30) bestimmt werden, der durch die Änderung des Abstands zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in der z-Richtung verursacht wird.
Vorrichtung zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems (10) zur Verwendung in einer Vorrichtung (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem von dem Bestrahlungssystem (10) emittierten Bestrahlungsstrahl (14), wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit (26) umfasst, die konfiguriert ist: i) einen Abstand zwischen einer Kalibrierebene (30) und einer optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in einer z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) auf einen ersten Abstand (z₁) festzulegen; ii) während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) auf dem ersten Abstand (z₁) gehalten wird, das Bestrahlungssystem (10) zu steuern, um ein erstes Kalibriermuster (p_1,1) in einem ersten x-y-Bereich (a₁) in der Kalibrierebene (30) abzustrahlen, wobei ein Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in einer ersten Winkelgrundposition angeordnet ist, und ein zweites Kalibriermuster (p_2,1) in einem zweiten x-y-Bereich (a₂) in der Kalibrierebene (30) abzustrahlen, wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in einer zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel (22) relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist; iii) den Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) auf einen zweiten Abstand (z₂) festzulegen, der sich von dem ersten Abstand (z₁) unterscheidet; iv) während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) auf dem zweiten Abstand (z₂) gehalten wird, das Bestrahlungssystem (10) zu steuern, um ein drittes Kalibriermuster (p_1,2) in dem ersten x-y-Bereich (a₁) in der Kalibrierebene (30) abzustrahlen, wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in der ersten Winkelgrundposition angeordnet ist, und ein viertes Kalibriermusters (p_2,2) in dem zweiten x-y-Bereich (a₂) in der Kalibrierebene (30) abzustrahlen, wobei der Scannerspiegel (22) der optischen Einheit (16) in der zweiten Winkelgrundposition angeordnet ist, in der der Scannerspiegel (22) relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 1° verschwenkt ist; v) das erste, das zweite, das dritte und das vierte Kalibriermusters (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2) auszuwerten, um Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls (14) in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) in Abhängigkeit von einer x-y-Position in der Kalibrierebene (30) zu bestimmen; und vi) das Bestrahlungssystems (10) auf der Grundlage der bestimmten Fokuspositionen des Bestrahlungsstrahls (14).
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (26) konfiguriert ist, die Schritte ii) und iv) bis vi) für eine Mehrzahl von Bestrahlungsstrahlen (14) durchzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuereinheit (26) konfiguriert ist, - Schritt iii) wiederholt durchzuführen, um die Kalibrierebene (30) in einer Mehrzahl von weiteren Abständen (z_f) von der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) anzuordnen, wobei sich jeder der weiteren Abstände (z_f) von dem ersten und dem zweiten Abstand (z₁, z₂) unterscheidet; und - das Bestrahlungssystems (10) zu steuern, um eine Mehrzahl von weiteren Kalibriermustern (p_1,j, p_2,j) in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich (a₁, a₂) gemäß Schritt iv) abzustrahlen, wobei die Anzahl der weiteren Kalibriermuster (p_1,j, p_2,j), die jeweils in dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich (a₁, a₂) abgestrahlt werden, insbesondere der Anzahl der weiteren Abstände (z_f) entspricht, in denen die Kalibrierebene (30) von der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Steuereinheit (26) konfiguriert ist, das Bestrahlungssystem (10) zu steuern, um, während der Abstand zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) auf dem ersten, dem zweiten und/oder einem der Mehrzahl von weiteren Abständen (z₁, z₂, z_f) gehalten wird, mindestens ein zusätzliches Kalibriermuster (p_i,j) in einem zusätzlichen x-y-Bereich (a_i) in der Kalibrierebene (30), der sich von dem ersten und dem zweiten x-y-Bereich (a₁, a₂) unterscheidet, abzustrahlen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Steuereinheit (26) konfiguriert ist, das Bestrahlungssystem (10) so zu steuern, dass: - der Scannerspiegel (22) in der zweiten Winkelgrundposition relativ zu der ersten Winkelgrundposition um mindestens ± 2°, insbesondere um mindestens ± 5°, vorzugsweise um mindestens ± 10° und ferner bevorzugt um mindestens ± 15° verschwenkt ist; und/oder - ein Abstand zwischen einem Zentrum des ersten x-y-Bereichs (a₁) und einem Zentrum des zweiten x-y-Bereichs (a₂) in der Kalibrierebene mindestens dem 15-fachen, insbesondere mindestens dem 100-fachen, vorzugsweise mindestens dem 500-fachen und ferner vorzugsweise mindestens dem 1000-fachen Durchmesser des fokussierten Bestrahlungsstrahls (14) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Kalibrierebene (30) definiert ist durch: - eine Oberfläche oder eine Ebene innerhalb einer auf einen Träger (102) aufgebrachten Rohstoffpulverschicht; - eine Oberfläche eines auf einen Träger (102) aufgebrachten Abbrennfilms; und/oder - eine Oberfläche einer Kalibrierplatte (28); und/oder wobei die Vorrichtung mindestens eines der folgenden Erfassungssysteme zur Erfassung der Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_i,j) umfasst - eine optische Erfassungsvorrichtung (24), die die Abstrahlung der Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_i,j) in situ aufzeichnet, während die Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j) auf die Kalibrierebene (30) abgestrahlt werden, und/oder nachdem die Abstrahlung der Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_i,j) auf die Kalibrierebene abgeschlossen ist; und/oder - eine lichtempfindliche Sensoranordnung, die auf oder unter der Kalibrierebene (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j) mindestens eine Linie umfassen, und wobei, die Steuereinheit (26) konfiguriert ist, die Fokusposition des Bestrahlungsstrahls (14) in der z-Richtung senkrecht zu der Kalibrierebene (30) in Schritt v) auf der Grundlage einer Auswertung einer Breite der Linien der Kalibriermuster (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, p_2,j, p_i,j) zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei mindestens eines der Kalibriermuster (p_i,j ^1,||, p_i,j ^1⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2⊥) einen ersten Block (p_i,j ^1,||, p_i,j ^2,||), der durch eine erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, und einen zweiten Block (p_i,j ^1,⊥, p_i,j ^2⊥), der durch eine zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien definiert ist, umfasst, wobei die zweite Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des zweiten Blocks (p_i,j ^1,⊥, p'' _j ^{2 -L}) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks (p_i,j ^1,||, p_i,j ^2,||) angeordnet ist, wobei sich die erste Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Linien des ersten Blocks (p_i,j ^1,||, p_i,j ^2,||) insbesondere in einer radialen Richtung relativ zu einem optischen Zentrum des Bestrahlungssystems (10) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei die Steuereinheit (26) konfiguriert ist, das Bestrahlungssystem (10) so zu steuern, dass ein einzelnes Kalibriermuster (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2⊥) oder eine Mehrzahl von Kalibriermustern (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2⊥), insbesondere eine Mehrzahl von Kalibriermustern (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2⊥), die in einem gemeinsamen x-y-Bereich (a₁, a₂, a_i) innerhalb der Kalibrierebene (30) abgestrahlt werden, mit einer Identifikationsmarkierung (32) versehen wird, die die Position des einzelnen Kalibriermusters (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1⊥ , p_i,j ^2,||, p_i,j ^2⊥) oder der Mehrzahl von Kalibriermustern (p_i,j; p_i,j ^1,||, p_i,j ^1⊥, p_i,j ^2,||, p_i,j ^2⊥) in der Kalibrierebene (30) anzeigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Steuerung (26) konfiguriert ist, Bestrahlungspositionen einer Mehrzahl von in einem gemeinsamen x-y-Bereich (a₁, a₂, a_i) abgestrahlten Kalibriermustern (p_1,1, p_2,1, p_1,2, p_2,2, p_1,j, P_2,j, p_i,j) in dem x-y-Bereich (a₁, a₂, a_i) auf der Grundlage eines x-y-Versatzes eines Einfallspunkts des Bestrahlungsstrahls (14) auf der Kalibrierebene (30) zu bestimmen, der durch die Änderung des Abstands zwischen der Kalibrierebene (30) und der optischen Einheit (16) des Bestrahlungssystems (10) in der z-Richtung verursacht wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmabschnitten zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer oder mehreren Computervorrichtung(en) ausgeführt wird.
Vorrichtung (100) zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Rohstoffpulverschichten mit einem Bestrahlungsstrahl (14), wobei die Vorrichtung (100) ein Bestrahlungssystem (10) und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20 und/oder ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium umfasst, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 21 gespeichert ist.