DE102022107263A1

DE102022107263A1 - Process for the additive manufacturing of components

Info

Publication number: DE102022107263A1
Application number: DE102022107263.0A
Authority: DE
Inventors: Victor Romanov; Dawid Ziebura
Original assignee: Kurtz & Co Kg GmbH
Current assignee: Kurtz & Co Kg GmbH
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren, zur additiven Fertigung bzw. zum generativen Fertigen von Bauteilen vorgesehen. Dieses umfasst die folgenden Schritte:- Aufschmelzen zweier voneinander beabstandeter punkt- oder linienförmiger Abschnitte innerhalb einer Schicht eines zu fertigenden Bauteils, so dass ein unbearbeiteter Zwischenraum zwischen beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten ausgebildet ist, und- Aufschmelzen eines punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts, der im Zwischenraum zwischen den beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten angeordnet ist.According to the invention, a method is provided for additive manufacturing or generative manufacturing of components. This includes the following steps: - Melting two spaced-apart point or line-shaped sections within a layer of a component to be manufactured, so that an unprocessed gap is formed between the two point- or line-shaped sections, and - Melting a point- or line-shaped intermediate section, which is arranged in the space between the two point or line-shaped sections.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Fertigen von Bauteilen, vorzugsweise mittels eines Pulverbett basierten Verfahrens.The present invention relates to a method for the additive manufacturing of components, preferably by means of a powder bed-based method.

Mittels 3D-Drucken ist es möglich, verschiedenste dreidimensionale Bauteile mit komplexer Geometrie herzustellen. Dabei werden dreidimensionale Werkstücke schichtweise aufgebaut. Der Aufbau erfolgt computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen (CAD). Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle.Using 3D printing, it is possible to produce a wide variety of three-dimensional components with complex geometry. Three-dimensional workpieces are built up in layers. The structure is computer-controlled from one or more liquid or solid materials according to specified dimensions and shapes (CAD). Physical or chemical hardening or melting processes take place during construction. Typical materials for 3D printing are plastics, synthetic resins, ceramics and metals.

Der 3D-Druck bezeichnet generative beziehungsweise additive Fertigungsverfahren. Die wichtigsten Techniken des 3D-Druckens sind das selektive Laserschmelzen (SLM) bzw. Laser Powder Bed Fusion (LPBF), das Laserauftragschweißen (LA) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) für Metalle und das selektive Lasersintern (SLS) für Polymere, Keramik und Metalle.3D printing refers to generative or additive manufacturing processes. The most important 3D printing techniques are selective laser melting (SLM) or laser powder bed fusion (LPBF), laser deposition welding (LA) and electron beam melting (EBM) for metals and selective laser sintering (SLS) for polymers, ceramics and metals .

Bei den metallverarbeitenden Verfahren wird der Werkstoff punktuell bzw. selektiv aufgeschmolzen, wodurch er in anderer Form erstarrt. Bei dieser Art von Verfahren wird Metallpulver oder Metalldraht schichtweise aufgeschmolzen und erstarrt, sodass ein dreidimensionales Bauteil generiert werden kann. Durch die lokal begrenzte Energieeinbringung mittels Laserstrahl ist die Größe des ausgebildeten Schmelzbades gering. Somit besteht die Möglichkeit, filigrane Strukturen zu erzeugen. Entsprechende Verfahren werden unter anderem als Laser Engineered Net Shaping (LENS), als Direct Metal Deposition (DMD), als Laser Additive Manufacturing (LAM), als Selective Laser Melting (SLM) oder als Laser Metal Deposition (LMD) kommerziell vertrieben.In metal processing processes, the material is melted selectively or selectively, causing it to solidify in a different form. In this type of process, metal powder or metal wire is melted and solidified in layers so that a three-dimensional component can be generated. Due to the locally limited energy input using a laser beam, the size of the melt pool formed is small. This makes it possible to create delicate structures. Corresponding processes are commercially sold as Laser Engineered Net Shaping (LENS), Direct Metal Deposition (DMD), Laser Additive Manufacturing (LAM), Selective Laser Melting (SLM) or Laser Metal Deposition (LMD), among others.

Beim selektiven Laser-Sintern (SLS/LMF) wird auf einer Arbeitsfläche (Bauplattform) eine Schicht Pulverwerkstoff aufgetragen. Das lose Pulver wird durch einen Laserstrahl punktuell bzw. selektiv aufgeschmolzen. Dabei werden die Pulverpartikel je nach verwendetem Werkstoff in der Schicht und mit der darunter liegenden Schicht verbunden. Für die Herstellung metallischer Bauteile können zwei grundsätzliche Entwicklungsrichtungen differenziert werden. Neben der direkten Verfestigung metallischer Pulverwerkstoffe durch Laserstrahlung (direktes Metall-Laser-Sintern) hat sich bereits frühzeitig die Herstellung metallischer Bauteile über eine Kombination aus SLS von Kunststoff ummanteltem Metallpulver mit nachträglicher thermischer Behandlung (IMLS) etabliert.During selective laser sintering (SLS/LMF), a layer of powder material is applied to a work surface (build platform). The loose powder is selectively or selectively melted by a laser beam. Depending on the material used, the powder particles are bonded in the layer and with the layer underneath. Two basic development directions can be differentiated for the production of metallic components. In addition to the direct solidification of metallic powder materials by laser radiation (direct metal laser sintering), the production of metallic components using a combination of SLS plastic-coated metal powder with subsequent thermal treatment (IMLS) was established early on.

Beim direkten Metall-Laser-Sintern (DMLS) werden entweder ein- oder mehrkomponentige Metallwerkstoffe verwendet. Insbesondere werden dabei DMLS-Mehrkomponentenpulver verwendet, die aus verschiedenen Legierungselementen bestehen. Die im Pulver enthaltene niedrig schmelzende Komponente wird durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und umfließt die hochschmelzende Komponente, die als Strukturgeber dient.Direct metal laser sintering (DMLS) uses either single- or multi-component metal materials. In particular, DMLS multi-component powders are used, which consist of different alloying elements. The low-melting component contained in the powder is melted by a laser beam and flows around the high-melting component, which serves as a structure provider.

Beim Electron Beam Melting (EBM) entspricht der Prozessablauf im Wesentlichen dem der Laserbasierten Verfahren. Dabei wird loses Metallpulver, im Pulverbett oder über eine Düse, oder ein Draht punktuell aufgeschmolzen, und erstarrt anschließend in der gewünschten Kontur. Die dafür erforderliche Energie wird durch einen Elektronenstrahl eingebracht. Das Verfahren erfolgt meistens in einer Inertgas gefluteten Unterdruck-Kammer.With Electron Beam Melting (EBM), the process flow essentially corresponds to that of laser-based processes. Loose metal powder is melted at points in the powder bed or via a nozzle or a wire and then solidifies in the desired contour. The energy required for this is supplied by an electron beam. The process usually takes place in a vacuum chamber flooded with inert gas.

Beim Electron Beam-Melting bzw. Elektronenstrahlschmelzen wird, ähnlich wie beim Selective Laser-Melting (SLM) eine hohe Energie eingebracht, die zum Schmelzen des Baumaterials führt. Die Energiezuführung geschieht nicht über einen Hochleistungslaser, sondern über einen starken Elektronenstrahl, der mittels starken Magnetspulen passend abgelenkt und damit positioniert wird. Der Prozess des Electron Beam-Meltings muss unter Hochvakuum ablaufen. Dies begrenzt deutlich den Bauraum der Geräte, die mit dem Selektiven Elektronenstrahlschmelzen arbeiten.In electron beam melting, similar to selective laser melting (SLM), high energy is introduced, which leads to the melting of the building material. The energy is not supplied via a high-performance laser, but rather via a strong electron beam, which is appropriately deflected and thus positioned using strong magnetic coils. The process of electron beam melting must take place under high vacuum. This significantly limits the installation space of the devices that work with selective electron beam melting.

In den letzten Jahren wurden Verfahren entwickelt, um die Verarbeitung einkomponentiger Metallwerkstoffe zu verbessern. Entsprechende Verfahren werden beispielsweise unter der Bezeichnung Selective Laser Melting (SLM) kommerziell vertrieben.In recent years, processes have been developed to improve the processing of single-component metal materials. Corresponding processes are sold commercially, for example, under the name Selective Laser Melting (SLM).

Im Gegensatz zum Selective Laser-Sintering (SLS) wird beim Selective Laser-Melting (SLM) bzw. Selektivem Laserschmelzen über einen Laserstrahl deutlich mehr Energie in das Pulverbett eingebracht, so dass an den betroffenen Stellen eine echte Materialschmelze entsteht. Damit entsteht im Vergleich zum SLS-Verfahren ein homogeneres Objekt mit höherer Dichtheit.In contrast to Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) or Selective Laser Melting uses a laser beam to introduce significantly more energy into the powder bed, so that a real material melt is created in the affected areas. This creates a more homogeneous object with higher density compared to the SLS process.

Laserauftragschweißen gehört zum Auftragschweißen (Cladding), bei dem ein Werkstück mittels Aufbringen und gleichzeitigem Aufschmelzen eines nahezu beliebigen Materials erfolgt. Dies kann in Pulverform z. B. als Metallpulver oder auch mit einem Schweißdraht bzw. -band geschehen. Beim Laserauftragschweißen dient als Wärmequelle ein Laser hoher Leistung, vornehmlich Diodenlaser oder Faserlaser, früher auch CO2- und Nd:YAG-Laser.Laser deposition welding is part of cladding, in which a workpiece is created by applying and simultaneously melting almost any material. This can be in powder form e.g. B. done as metal powder or with a welding wire or tape. In laser deposition welding, the heat source is a high-power laser, primarily diode lasers or fiber lasers, previously also CO2 and Nd:YAG lasers.

Beim Laserauftragschweißen mit Pulver erhitzt der Laser das Werkstück meist defokussiert und schmilzt es lokal auf. Gleichzeitig wird ein inertes Gas gemischt mit feinem Metallpulver zugeführt. An der erhitzten Stelle schmilzt das Metallpulver auf und verbindet sich mit dem Metall des Werkstücks. Neben Metallpulver können auch keramische Pulverwerkstoffe, speziell Hartstoffe, verwendet werden. Das Laserauftragschweißen mit Draht bzw. Band funktioniert analog zum Verfahren mit Pulver, jedoch mit Draht bzw. Band als Zusatzwerkstoff.During laser deposition welding with powder, the laser usually heats the workpiece in a defocused manner and melts it locally. At the same time, an inert gas mixed with fine metal powder is supplied. At the heated point, the metal powder melts and combines with the metal of the workpiece. In addition to metal powder, ceramic powder materials, especially hard materials, can also be used. Laser deposition welding with wire or tape works analogously to the process with powder, but with wire or tape as an additional material.

Demgemäß werden bei additiven Fertigungsverfahren ein Pulverbett, eine Pulverzuführung oder eine Drahtzuführung verwendet, wobei diese Ausgangsmaterialien dann mittels Laserstrahl, Elektronenstrahl, Plasma-/Lichtbogen aufgeschmolzen und anschließend verfestigt werden. Weiterhin werden bei den generativen Fertigungsverfahren Inert- oder Aktivgase als Prozessgase verwendet.Accordingly, additive manufacturing processes use a powder bed, a powder feed or a wire feed, with these starting materials then being melted using a laser beam, electron beam, plasma/arc and then solidified. Furthermore, inert or active gases are used as process gases in generative manufacturing processes.

Ein Ziel bei den vorstehend genannten generativen Fertigungsverfahren ist es, eine möglichst effiziente Energieeinbringung zu gewährleisten, so dass ein sicherer Herstellungsprozess und eine hohe Güte des Bauteiles erzielt werden.One goal of the above-mentioned generative manufacturing processes is to ensure the most efficient energy input possible, so that a safe manufacturing process and a high quality of the component are achieved.

Bei diesen Verfahren wird versucht, kritische Einflüsse und Vorgänge bei der Energieeinbringung durch geeignete Maßnahmen zu mindern. In diesem Zusammenhang ist die Verwendung einer Substratplatte, auf der das Bauteil fixiert wird, die Prozessführung unter Schutzgasatmosphäre oder die Anwendung neuer Scan-Strategien zur Belichtung des Pulvers mittels Laserenergie bekannt.These processes attempt to reduce critical influences and processes during energy input through appropriate measures. In this context, the use of a substrate plate on which the component is fixed, the process control under an inert gas atmosphere or the use of new scanning strategies for exposing the powder using laser energy are known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur additiven Fertigung bereitzustellen, um Bauteile einfacher schneller und/oder mit höherer Qualität bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an improved method for additive manufacturing in order to provide components more easily, more quickly and/or with higher quality.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives Verfahren zur additiven Fertigung bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide an alternative method for additive manufacturing.

Eine oder mehrere dieser Aufgaben werden durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den davon abhängigen Unteransprüchen angegeben.One or more of these tasks are solved by the features of independent patent claim 1. Advantageous refinements are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur additiven Fertigung bzw. zum generativen Fertigen von Bauteilen vorgesehen. Dieses umfasst die folgenden Schritte:

- Aufschmelzen zweier voneinander beabstandeter punkt- oder linienförmiger Abschnitte eines Ausgangsmaterials innerhalb einer Schicht eines zu fertigenden Bauteils mittels einer Wärmequelle, so dass ein unbearbeiteter Zwischenraum zwischen beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten ausgebildet ist, und
- Aufschmelzen eines punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts, der im Zwischenraum zwischen den beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten angeordnet ist.

According to the invention, a method for additive manufacturing or generative manufacturing of components is provided. This includes the following steps:

- Melting two spaced-apart point or line-shaped sections of a starting material within a layer of a component to be manufactured using a heat source, so that an unprocessed gap is formed between the two point- or line-shaped sections, and
- Melting a point or line-shaped intermediate section which is arranged in the space between the two point or line-shaped sections.

Als Wärmequelle kann ein Laser, insbesondere ein Laser mit hoher Leistung, vornehmlich ein Diodenlaser oder ein Faserlaser, oder auch ein CO₂- und Nd:YAG-Laser vorgesehen sein.A laser, in particular a laser with high power, primarily a diode laser or a fiber laser, or also a CO ₂ and Nd:YAG laser can be provided as the heat source.

Unter einem linienförmigen Abschnitt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Linie freier Form verstanden. Diese Verläuft entlang einer Bearbeitungsrichtung eines Laserscanners oder anderer Laserablenkvorrichtungen wie kartesische Achssysteme. Eine solche Linie kann insgesamt oder abschnittsweise linear bzw. geradlinig und/oder mit einem oder mehreren Kurven bzw. Krümmungen (Radius Spline, Polynom, Sinus, Exponentiell, etc.) ausgebildet sein.In the context of the present invention, a line-shaped section is preferably understood to mean a line of free form. This runs along a processing direction of a laser scanner or other laser deflection devices such as Cartesian axis systems. Such a line can be designed to be linear or straight as a whole or in sections and/or with one or more curves or curvatures (radius spline, polynomial, sine, exponential, etc.).

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auf beliebige Formen von Laserbahnen bzw. damit ausgebildeten Schweißraupen anwendbar.The method according to the invention can in principle be applied to any shape of laser paths or weld beads formed therewith.

Die benachbarten Abschnitte liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen X/Y-Ebene und somit in einer Bauteilschicht. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Abschnitte übereinander bzw. in einer Z-Richtung übereinander und somit in unterschiedlichen Bauteilschichten angeordnet sind (Z/Y-Ebene; Z/X-Ebene).The adjacent sections preferably lie in a common X/Y plane and thus in a component layer. However, it can also be provided that the sections are arranged one above the other or in a Z direction and thus in different component layers (Z/Y plane; Z/X plane).

Beim Aufschmelzen des punkt- oder linienförmiges Abschnittes des Ausgangsmaterials innerhalb einer Schicht eines zu fertigenden Bauteils mittels einer Wärmequelle wird eine Schweißraupe ausgebildet. Die Schweißraupenausprägung bzw. Belichtungsrichtung kann dabei punktförmig, linienförmig, schleifenförmig bzw. „wobbelnd“ ausgeführt seinWhen the point or line-shaped section of the starting material is melted within a layer of a component to be manufactured using a heat source, a weld bead is formed. The weld bead shape or exposure direction can be point-shaped, linear, loop-shaped or “wobbling”.

Das Aufschmelzen des punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts, der im Zwischenraum zwischen den beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten angeordnet ist wird als Zwischenbelichtung bezeichnet.The melting of the point or line-shaped intermediate section, which is arranged in the space between the two point or line-shaped sections, is referred to as intermediate exposure.

Unter einem additiven Fertigungsverfahren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das lagen- bzw. schichtweise Aufbauen eines dreidimensionalen Bauteils unter Verwendung eines Pulverbettes, einer Pulverzuführung oder auch einer Drahtzuführung, welche als Ausgangsmaterial dienen, und mittels Laserstrahl, Elektronenstrahl oder Plasma bzw. Lichtbogen aufgeschmolzen werden, verstanden. Demgemäß sind die in der Beschreibungseinleitung genannten generativen Fertigungsverfahren (3D-Drucken: Aufschmelzen und Erstarren (unter anderem Laser Engineered Net Shaping (LENS), als Direct Metal Deposition (DMD) oder als Laser Additive Manufacturing (LAM)), lokalem Sintern oder Schmelzen, (Laser-Sintern (SLS)) Metall-Laser-Sintern (DMLS), Metall-Laser-Sintern (IMLS), Electron Beam Melting (EBM), Pulverbett basierten Laserstrahlschmelzen Laser Powder Bed Fusion (LPBF) oder Laser Auftragschweißen) zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen.In the context of the present invention, an additive manufacturing process is the layer-by-layer construction of a three-dimensional component using a powder bed, a powder feed or a wire feed, which serve as the starting material and are melted using a laser beam, electron beam or plasma or arc. understood. Accordingly, the generative manufacturing processes mentioned in the introduction to the description are (3D printing: melting and solidification (including Laser Engineered Net Shaping (LENS), as Direct Metal Deposition (DMD) or as Laser Additive Manufacturing (LAM)), local sintering or melting, (Laser Sintering (SLS)) metal -Laser sintering (DMLS), metal laser sintering (IMLS), electron beam melting (EBM), powder bed based laser beam melting, laser powder bed fusion (LPBF) or laser deposition welding) are provided for carrying out the method according to the invention.

Bei bekannten Verfahren zur additiven Fertigung werden in der Regel benachbarte (und nicht voneinander beabstandete) punkt- oder linienförmige Abschnitte innerhalb einer Schicht eines zu fertigenden Bauteils belichtet und dadurch aufgeschmolzen, wobei die einzelnen Bearbeitungsbereiche einander überlappen. Bei einer solchen konventionellen Belichtungs- bzw. Hatch-Strategie werden somit einzelne Belichtungsvektoren innerhalb einer Schicht eines zu fertigenden Bauteils nacheinander abgearbeitet. Ein definierter Abstand der Belichtungsvektoren ist dabei so gewählt, dass die dabei erzeugten Schweißraupen einander in der Regel überlappen.In known methods for additive manufacturing, adjacent (and not spaced apart) point or line-shaped sections within a layer of a component to be manufactured are generally exposed and thereby melted, with the individual processing areas overlapping one another. With such a conventional exposure or hatch strategy, individual exposure vectors are processed one after the other within a layer of a component to be manufactured. A defined distance between the exposure vectors is chosen so that the weld beads produced thereby generally overlap one another.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass hierbei nach dem Aufschmelzen einer ersten Schweißbahn häufig Material, beispielsweise Pulver, für die zu erzeugende benachbarte Schweißbahn fehlt. Infolgedessen wird häufig ein Abstand bzw. ein Hatch-Abstand zwischen zwei benachbarten Belichtungsvektoren reduziert, um eine gewünschte Bauteildichte, in der Regel größer 99,5 %, zu erzielen.The inventors of the present invention have found that after a first welding track has been melted, material, for example powder, is often missing for the adjacent welding track to be produced. As a result, a distance or hatch distance between two adjacent exposure vectors is often reduced in order to achieve a desired component density, generally greater than 99.5%.

Ein Grund für das fehlende Pulver bzw. die nachteiligen Effekte herkömmlicher Belichtungs- bzw. Hatch-Strategien liegt darin, dass benachbart zu einer Schweißraupe angeordnetes Material, beispielsweise noch nicht vollständig erstarrte Schmelze und/oder Metallpulver, beim Ausbilden der Schweißraupe in die Schweißbahn eingezogen wird, wodurch dann Material für eine darauffolgende bzw. benachbart zu dieser Schweißraupe erzeugte Schweißraupe fehlt. Demgemäß muss der Belichtungs-Abstand derart klein gewählt werden, dass genügend Pulver zum Ausbilden der Schweißraupen zur Verfügung steht. Auf diese Weise wird die Produktivität verringert.One reason for the missing powder or the disadvantageous effects of conventional exposure or hatch strategies is that material arranged adjacent to a weld bead, for example not yet completely solidified melt and/or metal powder, is drawn into the weld path when the weld bead is formed , which means that material is then missing for a subsequent weld bead created or adjacent to this weld bead. Accordingly, the exposure distance must be chosen so small that enough powder is available to form the weld beads. In this way, productivity is reduced.

Insbesondere kann es beim Erzeugen einer zweiten Schweiß- bzw. Sinterbahn die benachbart zu einer ersten erzeugten Schweiß- bzw. Sinterbahn hergestellt wird, dazu kommen, dass die zweite Schweißbahn die noch nicht vollständig erstarrte, erste Schweißbahn erneut über ihren Schmelzpunkt erwärmt und Material aus der ersten Schweißbahn wegfließt, zumeist in die zweite Schweißbahn. Auf diese Weise bilden sich Bereiche mit undefinierten Zuständen aus.In particular, when producing a second welding or sintering track that is produced adjacent to a first generated welding or sintering track, it can happen that the second welding track reheats the not yet completely solidified first welding track above its melting point and removes material from it flows away from the first welding path, usually into the second welding path. In this way, areas with undefined states are formed.

Hierbei kommt es somit zu nachteiligen Effekten, da die Schmelze an entsprechenden Umkehrpunkten zweier benachbarter Schweißraupen noch flüssig ist. Dies kann insbesondere im Bereich von direkt benachbarten Belichtungsvektoren vorkommen, wobei diese Bereiche als Umkehrpunkte bezeichnet werden. Die flüssige Schmelze erhöht die Rückreflexe in einem Bearbeitungskopf bzw. in eine entsprechende Laseroptik. Zudem kann es zu einer Überhitzung durch den zusätzlichen Energieeintrag in die flüssige Phase kommen.This leads to disadvantageous effects because the melt is still liquid at the corresponding reversal points of two adjacent weld beads. This can occur particularly in the area of directly adjacent exposure vectors, with these areas being referred to as reversal points. The liquid melt increases the back reflections in a processing head or in corresponding laser optics. In addition, overheating can occur due to the additional energy input into the liquid phase.

Die Zwischenbelichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass zunächst zwei voneinander beabstandete punkt- oder linienförmige Abschnitte innerhalb einer Bauteilschicht belichtet und aufgeschmolzen werden, so dass ein unbearbeiteter Zwischenraum zwischen beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten ausgebildet wird, und im Anschluss daran der punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitt, der im Zwischenraum zwischen den beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten angeordnet ist, belichtet und aufgeschmolzen wird.The intermediate exposure according to the present invention is characterized by the fact that first two spaced-apart point or line-shaped sections within a component layer are exposed and melted, so that an unprocessed gap is formed between the two point- or line-shaped sections, and then the point or line-shaped intermediate section, which is arranged in the space between the two point or line-shaped sections, is exposed and melted.

Dadurch dass erfindungsgemäß eine erste Schweißbahn zunächst auskühlen bzw. aushärten kann, da mehr Zeit vorhanden ist, bevor die zweite benachbarte Schweißbahn erzeugt wird. Auf diese Weise ist der Anteil neu aufgeschmolzenen Materials geringer und die erzeugten Schweißbahnen sind wesentlich stabiler.The fact that, according to the invention, a first welding track can first cool down or harden, since there is more time before the second adjacent welding track is produced. In this way, the proportion of newly melted material is lower and the weld paths created are significantly more stable.

Das bedeutet, im Gegensatz zum Stand der Technik ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, das im Folgenden als zwei-Schritt-Belichtungsstrategie (Flächenbelichtung in zwei oder mehr Schritten) oder als Zwischenzeilen-Belichtungsstrategie bezeichnet wird.This means that, in contrast to the prior art, a method is provided according to the invention, which is referred to below as a two-step exposure strategy (area exposure in two or more steps) or as an interline exposure strategy.

Dabei werden in einem ersten Schritt Belichtungsvektoren in der Fläche mit einem vorbestimmten Abstand zueinander gefahren und entsprechende Schweißraupen ausgebildet. Eine Breite des Zwischenraums bzw. des Zwischenabschnitts und somit des vorbestimmten Abstands ist derart gewählt, dass es zu keiner Überlappung der benachbarten Schweißraupen kommt. Dieser Abstand beträgt bei einer Zwischenbelichtung kleiner oder gleich einer Schweißraupenbreite. Der Abstand kann, sofern mehrere Zwischenbelichtungen vorgesehen sind, auch größer als eine Schweißraupenbreite sein.In a first step, exposure vectors are moved in the area at a predetermined distance from one another and corresponding weld beads are formed. A width of the gap or the intermediate section and thus of the predetermined distance is selected such that there is no overlap of the adjacent weld beads. For an intermediate exposure, this distance is less than or equal to the width of a weld bead. If several intermediate exposures are provided, the distance can also be greater than the width of a weld bead.

Die hier verwendete Bezugsgröße zur Beschreibung der Breite eines Zwischenabschnitts (Zwischenraumgröße) ist immer die Schweißraupenbreite der zuvor gefertigten Schweißraupen. Die Breite des Zwischenabschnitts kann kleiner oder gleich oder größer als eine Schweißraupenbreite sein und ggf. nahezu Null betragen, solange die Herstellung der benachbarten zweite Schweißban keinerlei thermischen Einfluss auf die zuerst hergestellte erste Schweißbahn hat. Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, dass zuerst gefertigte Schweißraupen einander nicht überlappend ausgebildet werden, sodass genügend Pulver oder Material zur Ausbildung einer unmittelbar benachbarten Schweißraupe vorhanden ist.The reference size used here to describe the width of an intermediate section (gap size) is always the weld beads width of the previously produced weld beads. The width of the intermediate section can be smaller or equal to or larger than a weld bead width and possibly be almost zero, as long as the production of the adjacent second weld strip has no thermal influence on the first weld strip produced first. The idea according to the invention is that weld beads produced first are not designed to overlap one another, so that there is enough powder or material to form an immediately adjacent weld bead.

Entscheidend ist hierbei, dass die Schweißraupen einander nicht überlappend ausgebildet werden. Zwischen zwei Schweißraupen wird Ausgangsmaterial, insbesondere Pulver, eigesogen. Die Zwischenbelichtung muss die beiden benachbarten wieder aufschmelzen, oder es muss genügend Pulver zwischen zwei Abschnitten vorhanden sein, um eine neue Schweißraupe auszubilden. Alternativ können auch mehrere Zwischenbelichtungen ausgeführt werden.What is crucial here is that the weld beads do not overlap one another. Starting material, especially powder, is sucked in between two weld beads. The intermediate exposure must re-melt the two adjacent ones, or there must be enough powder between two sections to form a new weld bead. Alternatively, several intermediate exposures can be carried out.

In einem zweiten Schritt wird dieser Zwischenbereich zwischen den bereits belichteten Schweißraupen belichtet und aufgeschmolzen (Zwischenbelichtung), um die Zwischenräume zu schließen und eine Überlappung zu erzielen.In a second step, this intermediate area between the already exposed weld beads is exposed and melted (intermediate exposure) in order to close the gaps and achieve an overlap.

Insbesondere steht im ersten Schritt, in dem beispielsweise die beiden benachbarten Schweißraupen erzeugt werden, ausreichend Ausgangsmaterial, beispielsweise Metallpulver, für eine stabile Ausbildung der Schweißraupen zur Verfügung. Auf diese Weise können ungleichförmige Schweißraupen vermieden werden.In particular, in the first step, in which, for example, the two adjacent weld beads are produced, sufficient starting material, for example metal powder, is available for stable formation of the weld beads. In this way, non-uniform weld beads can be avoided.

In einem zweiten Schritt werden die Zwischenräume bzw. Zwischenbereiche und die bereits ausgebildeten Schweißraupen mittels einer oder mehrere weiterer Belichtungen umgeschmolzen, um einen geschlossenen Überlappungsbereich auszubilden.In a second step, the gaps or intermediate areas and the already formed weld beads are remelted using one or more further exposures in order to form a closed overlap area.

Die vorteilhaften Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich zudem auch darauf zurückführen, dass die Schmelze an den Umkehrpunkten bereits verfestigt ist. Dies reduziert einen überhöhten Energieeintrag und die Laserstrahlrückreflexe in dem Bearbeitungskopf bzw. in die Laseroptik durch die feste Metallphase.The advantageous effects of the method according to the invention can also be attributed to the fact that the melt has already solidified at the reversal points. This reduces excessive energy input and the laser beam back reflections in the processing head or in the laser optics due to the solid metal phase.

Zudem resultiert daraus eine stärkere Einkopplung der Laserstrahlung in das Material, beispielsweise Metallpulver, durch zusätzliche Reflexion der benachbarten Schweißraupen.This also results in a stronger coupling of the laser radiation into the material, for example metal powder, through additional reflection from the neighboring weld beads.

Somit lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Qualität eines Produktes bzw. eines Bauteils erheblich verbessern, wenn die einzelnen Schmelzbahnen nicht unmittelbar aufeinanderfolgend benachbart bzw. nebeneinander erzeugt werden, sondern zunächst ein Abstand eingehalten wird, der dann später mit einer entsprechenden Schmelzbahn (Interlay) ausgefüllt wird. Auf diese Weise wird eine höhere Dichte mit weniger Leistung am fertigen Produkt erreicht, die Wärmeverteilung im Bauteil verbessert (Verzugsreduktion) und Überhitzungsbereiche werden reduziert.Thus, the quality of a product or a component can be significantly improved by means of the method according to the invention if the individual melting tracks are not produced immediately adjacent or next to one another, but rather a distance is initially maintained, which is then later filled with a corresponding melting track (interlay). becomes. In this way, a higher density is achieved with less power on the finished product, the heat distribution in the component is improved (warpage reduction) and overheating areas are reduced.

Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung das Prinzip zugrunde, dass die Lichtleistung eines Bearbeitungskopfes möglichst optimal vom Pulverbett eingefangen wird. Die im ersten Schritt gefertigten Schweißbahnen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung als eine Art Strahlfalle dienen, die die davon reflektierte Strahlung in das Pulver in den Zwischenbereichen lenkt.In particular, the present invention is based on the principle that the light output of a processing head is captured by the powder bed as optimally as possible. In the context of the present invention, the welding tracks produced in the first step can serve as a type of beam trap that directs the radiation reflected from them into the powder in the intermediate areas.

Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei geringerer Licht- bzw. Laserleistung dichtere Bauteile zu erzeugen, die keine Löcher oder Materialanhäufungen aufweisen. Gleichzeitig können größere Flächen bearbeitet werden.The method according to the invention can therefore be used to produce denser components that do not have holes or accumulations of material using lower light or laser power. At the same time, larger areas can be processed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur additiven Fertigung mit der zwei-Schritt- bzw. Zwischenzeilen-Belichtungsstrategie können Bauteile einfacher schneller und/oder mit höherer Qualität hergestellt werden.With the method according to the invention for additive manufacturing with the two-step or interline exposure strategy, components can be produced more easily, faster and/or with higher quality.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise für ein Pulverbett basiertes Verfahren vorgesehen sein, wobei das Pulver bspw. aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Legierung ausgebildet sein kann. Insbesondere können hochreflektierende Materialien, wie Kupfer oder Gold, vorgesehen sein.The method according to the invention can, for example, be intended for a powder bed-based method, wherein the powder can be formed, for example, from aluminum or from an aluminum alloy. In particular, highly reflective materials such as copper or gold can be provided.

Die Breite des Zwischenraums kann derart bemessen sein, dass beim Ausbilden des Zwischenabschnitts einander überlappende Grenzbereiche zwischen den Abschnitten umgeschmolzen werden, um einen geschlossenen Überlappungsbereich zwischen den punkt- oder linienförmigen Abschnitten und dem entsprechenden Zwischenabschnitt auszubilden.The width of the gap can be dimensioned such that when forming the intermediate section, overlapping boundary regions between the sections are melted in order to form a closed overlap region between the point-shaped or line-shaped sections and the corresponding intermediate section.

Die Breite des Zwischenraumes ist vorzugsweise kleiner oder gleich (oder auch größer) der Breite einer Schweißraupe. Grundsätzlich ist die Breite des Zwischenraums bzw. des Zwischenabschnitts und somit des vorbestimmten Abstands derart gewählt, dass es zu keiner Überlappung der benachbarten Schweißraupen kommt. Abhängig von der Belichtungsstrategie können ein oder zwei oder mehrere Zwischenbelichtungen (Interlaybelichtung) im Zwischenraum ausgeführt werdenThe width of the gap is preferably smaller or equal to (or even larger than) the width of a weld bead. Basically, the width of the gap or the intermediate section and thus the predetermined distance is selected such that there is no overlap of the adjacent weld beads. Depending on the exposure strategy, one or two or more intermediate exposures (interlay exposure) can be carried out in the gap

Der Abstand des Zwischenabschnitts zwischen zwei Schweißraupen zueinander kann bei einer Zwischenbelichtung zumindest in etwa 5% oder 10% oder 20% oder 30% oder 40% oder 50% und maximal 60% oder 70% oder 80% oder 90% oder 95% der Einzelschweißraupenbreite betragen. Der Abstand vergrößert sich um den Faktor zwei, wenn zwei Zwischenbelichtungen vorgesehen sind bzw. um den Faktor drei, wenn drei Zwischenbelichtungen vorgesehen sind usw.The distance between the intermediate section between two weld beads can be at least approximately 5% or 10% or 20% or 30% or 40% or 50% and a maximum of 60% or 70% or 80% or 90% or 95% of the individual weld bead width during an intermediate exposure be. The distance increases by a factor of two if two intermediate exposures are provided or by a factor of three if three intermediate exposures are provided, etc.

Durch das Aufschmelzen kann eine punkt- oder linienförmige Schweißraupe ausgebildet werden, wobei die Breite des Zwischenraumes kleiner einer Breite der Schweißraupe eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts ist, wenn ein Zwischenabschnitt zwischen zwei Abschnitten und somit eine Zwischenbelichtung vorgesehen ist oder wobei die Breite des Zwischenraumes gleich oder größer einer Breite der Schweißraupe eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts ist, wenn zwei oder mehrere Zwischenabschnitte zwischen zwei Abschnitten und somit zwei oder mehr Zwischenbelichtungen vorgesehen sind.By melting, a point or line-shaped weld bead can be formed, the width of the gap being smaller than the width of the weld bead of a point or line-shaped section if an intermediate section is provided between two sections and thus an intermediate exposure, or the width of the gap is the same or greater than a width of the weld bead of a point or line-shaped section if two or more intermediate sections are provided between two sections and thus two or more intermediate exposures.

Anders ausgebdrückt werden durch das Aufschmelzen punkt- oder linienförmige Schweißraupen ausgebildet, wobei die Breite des Zwischenraumes kleiner einer Breite der Schweißraupe eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts ist, wenn ein Zwischenabschnitt zwischen zwei Abschnitten vorgesehen ist.In other words, point- or line-shaped weld beads are formed by melting, the width of the gap being smaller than the width of the weld bead of a point- or line-shaped section if an intermediate section is provided between two sections.

Die Breite des Zwischenraumes kann gleich oder größer als die punkt- oder linienförmige Schweißraupenbreite sein, wenn zwei oder mehrere Zwischenabschnitte zwischen zwei Abschnitten vorgesehen sind.The width of the gap can be equal to or greater than the spot or line-shaped weld bead width if two or more intermediate sections are provided between two sections.

Auf diese Weise wird den ausgebildeten Schweißraupen immer ausreichend Zeit zur Abkühlung gewährt, um die vorstehend aufgezeigten Vorteile erzielen zu können.In this way, the formed weld beads are always given sufficient time to cool down in order to be able to achieve the advantages shown above.

Im Folgenden werden insbesondere vorteilhafte Ausführungsformen der Zwischenzeilen-Belichtungsstrategie aufgezeigt. Diese sind, sofern technisch sinnvoll und möglich, beliebig miteinander kombinierbar.Particularly advantageous embodiments of the interline exposure strategy are shown below. These can be combined with one another in any way, if technically sensible and possible.

Die punkt- oder linienförmigen Abschnitte können in etwa parallel zueinander angeordnet sein.The point or line-shaped sections can be arranged approximately parallel to one another.

Gemäß einer ersten Ausführungsform kann dann vorgesehen sein, dass zunächst ein punkt- oder linienförmiger Abschnitt von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Dabei ist vorzugsweise ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts im Bereich des Endbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Abschnitts angeordnet. Der weitere punkt- oder linienförmige Abschnitt wird dann ebenfalls von dem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Abschnitte aufgeschmolzen sind. Im Anschluss daran werden dann der oder die Zwischenräume derart aufgeschmolzen, dass zunächst ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Dessen Anfangsbereich ist vorzugsweise im Bereich des Endbereichs eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts angeordnet. Dann wird ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts ebenfalls von dem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Abschnitte aufgeschmolzen sind. Dessen Anfangsbereich ist ebenfalls vorzugsweise im Bereich des Endbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts angeordnet.According to a first embodiment, it can then be provided that a point or line-shaped section is first melted from an initial area to an end area. In this case, an initial area of a further point- or line-shaped section is preferably arranged in the area of the end area of the one point- or line-shaped section. The further point or line-shaped section is then also melted from the initial area to an end area until at least two or more point or line-shaped sections have been melted. Subsequently, the gap(s) are then melted in such a way that a point or line-shaped intermediate section from an initial region to an end region is first melted. Its initial area is preferably arranged in the area of the end area of a point or line-shaped section. Then an initial area of a further point or line-shaped intermediate section is also melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped sections have been melted. Its initial area is also preferably arranged in the area of the end area of a point or line-shaped intermediate section.

Ein solches Verfahren bzw. ein solcher Verfahrensabschnitt, bei dem nur ein Zwischenraum bzw. ein Zwischenabschnitt mit einer Breite, die kleiner oder in etwa der Breite einer Schweißraupe entspricht, aufgeschmolzen wird, wird im Folgenden als linear alternierendes Verfahren mit einem Schritt bezeichnet. Sofern zwei oder mehrere Zwischenabschnitte aufgeschmolzen werden, wird das Verfahren als linear alternierend mit mehreren Schritten bezeichnet.Such a method or such a method section, in which only an intermediate space or an intermediate section with a width that is smaller or approximately equivalent to the width of a weld bead is melted, is referred to below as a linearly alternating method with one step. If two or more intermediate sections are melted, the process is referred to as linearly alternating with several steps.

Demgemäß kann vorgesehen sein, dass ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten vorgesehen ist, so dass das Verfahren linear alternierend mit einem Zwischenabschnitt ausgeführt wird.Accordingly, it can be provided that a point or line-shaped intermediate section is provided between two point or line-shaped sections, so that the method is carried out linearly alternating with an intermediate section.

Oder es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten vorgesehen sind, so dass das Verfahren linear alternierend mit mehreren Zwischenabschnitten ausgeführt wird.Or it can be provided that two or more point- or line-shaped intermediate sections are provided between two point- or line-shaped sections, so that the method is carried out in linear alternation with several intermediate sections.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann dann vorgesehen sein, dass zusätzlich und/oder alternativ zunächst ein punkt- oder linienförmiger Abschnitt von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts ist vorzugsweise im Bereich des Anfangsbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Abschnitts angeordnet. Dieser weitere punkt- oder linienförmige Abschnitt wird von dem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Abschnitte aufgeschmolzen sind. Im Anschluss daran werden die Zwischenräume derart aufgeschmolzen, dass zunächst ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Dessen Anfangsbereich ist vorzugsweise im Bereich des Endbereichs eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts angeordnet. Dann wird ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts, ebenfalls von dem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehr punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte aufgeschmolzen sind. Dessen Anfangsbereich ist vorzugsweise im Bereich eines weiteren Endbereichs eines weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts angeordnet.According to a second embodiment, it can then be provided that, additionally and/or alternatively, a point or line-shaped section is first melted from an initial region to an end region. A starting area of a further point or line-shaped section is preferably arranged in the area of the starting area of the one point or line-shaped section. This further point or line-shaped section is melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped sections have been melted. The gaps are then opened up in this way melted that first a point or line-shaped intermediate section from an initial area to an end area is melted. Its initial area is preferably arranged in the area of the end area of a point or line-shaped section. Then an initial area of a further point or line-shaped intermediate section is also melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped intermediate sections have been melted. Its initial area is preferably arranged in the area of a further end area of a further point or line-shaped section.

Ein solches Verfahren bzw. ein solcher Verfahrensabschnitt wird im Folgenden als linear gleichgerichtet mit einem Schritt bzw. linear gleichgerichtet mit mehreren Schritten bezeichnet, wenn mehrere Zwischenabschnitte vorgesehen sind.Such a method or such a method section is referred to below as linearly rectified with one step or linearly rectified with several steps if several intermediate sections are provided.

Demgemäß kann ein punkt- oder linienförmiger Abschnitt zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten vorgesehen sein, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit einem Zwischenabschnitt ausgeführt wird.Accordingly, a point or line-shaped section can be provided between two point or line-shaped sections, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with an intermediate section.

Oder es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten vorgesehen sind, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit mehreren Zwischenabschnitten ausgeführt wird.Or it can be provided that two or more point- or line-shaped intermediate sections are provided between two point- or line-shaped sections, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with several intermediate sections.

Weiterhin können zusätzlich und/oder alternativ aufeinanderfolgende punkt- oder linienförmige Abschnitte in etwa umlaufend, insbesondere konzentrisch und vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet sein.Furthermore, additionally and/or alternatively, successive point or line-shaped sections can be arranged approximately circumferentially, in particular concentrically and preferably orthogonally to one another.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann dann vorgesehen sein, dass zunächst ein linienförmiger einer Kontur folgender Abschnitt von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Der einer Kontur folgende Abschnitt wird dabei von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen, wobei der Anfangs- und der Endbereich vorzugsweise direkt aneinander angrenzen oder sogar einander überlappend oder identisch sind. Ein Anfangsbereich eines weiteren linienförmigen einer Kontur folgenden Abschnitts ist vorzugsweise im Bereich des Endbereichs des einen linienförmigen Abschnitts angeordnet. Dieser wird ebenfalls von dem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere linienförmige einer Kontur folgende Abschnitte aufgeschmolzen sind. Im Anschluss daran werden die Zwischenräume derart aufgeschmolzen, dass zunächst ein linienförmiger einer Kontur folgender Zwischenabschnitt von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Dessen Anfangsbereich ist vorzugsweise im Bereich des Anfangs- oder des Endbereichs eines linienförmigen einer Kontur folgenden Abschnitts angeordnet. Dann wird ein weiterer linienförmiger einer Kontur folgender Zwischenabschnitt von einem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere linienförmige einer Kontur folgende Zwischenabschnitte aufgeschmolzen sind. Dessen Anfangsbereich ist vorzugsweise unmittelbar benachbart zum Endbereich des einen linienförmigen einer Kontur folgenden Zwischenabschnitts angeordnet.According to a second embodiment, it can then be provided that a linear section following a contour is first melted from an initial region to an end region. The section following a contour is melted from an initial area to an end area, with the initial and end areas preferably directly adjacent to one another or even overlapping one another or being identical. An initial region of a further linear section following a contour is preferably arranged in the region of the end region of the one linear section. This is also melted from the initial area to the end area until at least two or more linear sections following a contour have been melted. The gaps are then melted in such a way that a linear intermediate section following a contour from an initial area to an end area is first melted. Its initial area is preferably arranged in the area of the initial or end area of a linear section following a contour. Then a further linear intermediate section following a contour is melted from an initial region to the end region until at least two or more linear intermediate sections following a contour have been melted. Its initial region is preferably arranged immediately adjacent to the end region of the linear intermediate section following a contour.

Ein solches Verfahren bzw. ein solcher Verfahrensabschnitt wird im Folgenden als konturfolgend mit einem Schritt bzw. konturfolgend mit mehreren Schritten bezeichnet. Bei einem konturfolgenden Verfahren entlang einer Kontur eines Bauteils sind geschlossene Linien, insbesondere Freiformen oder Kreise vorgesehen.Such a method or such a method section is referred to below as contour-following with one step or contour-following with several steps. In a contour-following method along a contour of a component, closed lines, in particular free shapes or circles, are provided.

Demgemäß kann ein linienförmiger einer Kontur folgender Zwischenabschnitt zwischen zwei linienförmigen einer Kontur folgenden Abschnitten vorgesehen sein, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit einem Zwischenabschnitt ausgeführt wird.Accordingly, a linear intermediate section following a contour can be provided between two linear sections following a contour, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with an intermediate section.

Oder es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten vorgesehen sind, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit mehreren Zwischenabschnitten ausgeführt wird.Or it can be provided that two or more point- or line-shaped intermediate sections are provided between two point- or line-shaped sections, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with several intermediate sections.

Die erfindungsgemäßen vorstehend aufgezeigten Belichtungsreihenfolgen und/oder Belichtungsrichtungen können zum Beispiel für eine bessere Wärmeverteilung im Bauteil entsprechend gewählt bzw. variiert oder miteinander kombiniert werden.The exposure sequences and/or exposure directions according to the invention shown above can be selected or varied or combined with one another, for example, for better heat distribution in the component.

Als technische Lehre lässt sich hieraus auch ableiten, dass die einzelnen Belichtungsvektoren bzw. ein Anfang eines neuen Belichtungsvektors beabstandet zum Ende eines Endpunktes eines vorhergehenden Belichtungsvektors bzw. einer Schweißraupe gewählt werden soll, um eine entsprechende Abkühlung der Bauteilschicht bzw. der bestehenden Schweißraupen zu erzielen.As a technical lesson, it can also be derived from this that the individual exposure vectors or a start of a new exposure vector should be selected at a distance from the end of an end point of a previous exposure vector or a weld bead in order to achieve a corresponding cooling of the component layer or the existing weld beads.

Weiterhin können unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeiten für eine Wärmequelle bzw. einen Laserscanner und somit für Schlitten und Schwenkarme und/oder unterschiedliche Druckgeschwindigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturen für Bearbeitungsköpfe für verschiedene Abschnitte bzw. Bauteilbereiche vorgesehen sein, die anhand von Bauplänen für Bauteile entsprechend automatisch und/oder manuell auswählbar sind.Furthermore, different travel speeds for a heat source or a laser scanner and thus for carriages and swivel arms and/or different printing speeds and/or different temperatures for processing heads can be provided for different sections or component areas, which are based on of construction plans for components can be selected automatically and/or manually.

Demgemäß sind anhand der Bauteilgeometrien Parameter, wie Belichtungsgeschwindigkeit, Hatch-Abstand, Laser oder Elektronenstrahlleistung und Belichtungsrichtung in den jeweiligen Schritten gleich oder unterschiedlich zueinander.Accordingly, based on the component geometries, parameters such as exposure speed, hatch distance, laser or electron beam power and exposure direction in the respective steps are the same or different from one another.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum additiven Fertigen mit einer Steuereinrichtung zum Ausführen eines vorstehend aufgezeigten Verfahrens vorgesehen.According to a further aspect of the present invention, a device for additive manufacturing is provided with a control device for carrying out a method shown above.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen analog den anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläuterten Vorteilen.The advantages of the device according to the invention correspond analogously to the advantages explained using the method according to the invention.

Diese kann zumindest einen Bearbeitungskopf zum Lenken eines Lichtstrahlbündels auf einen Bearbeitungsbereich umfassen, um einen Belichtungsvektor bzw. eine Schweißraupe auszubilden.This can include at least one processing head for directing a light beam onto a processing area in order to form an exposure vector or a weld bead.

Ein solcher Bearbeitungskopf kann ein Scanner-System mit Spiegeln oder einem Lichtleiter umfassen.Such a processing head can include a scanner system with mirrors or a light guide.

Die Strahlführungen können zumindest teilweise als Lichtleiter ausgebildet sein. Der Lichteiter kann sich von der Lichtquelle bis zum jeweiligen Bearbeitungskopf erstrecken. Der jeweilige Lichtleiter kann jedoch auch lediglich von der Lichtquelle bis zu einem schwenkbar gelagerten Ende des jeweiligen Schwenkarms geführt sein und dort mit seinem Ende so angeordnet sein, dass das Lichtstrahlbündel in eine Strahlführung entlang dem Schwenkarm einkoppelt, welche mittels Reflektorelemente ausgebildet ist. Eine solche Ausführung weist den Vorteil auf, dass der Schwenkarm um 360° oder mehr gedreht werden kann, ohne dass der Lichtleiter gedreht werden muss. Das Ende des Lichtleiters, an dem das Licht vom Lichtleiter in die Strahlführung am Schwenkarm eingekoppelt wird, kann bezüglich des Schlittens, an dem der Schwenkarm befestigt ist, ortsfest angeordnet sein.The beam guides can at least partially be designed as light guides. The light guide can extend from the light source to the respective processing head. However, the respective light guide can also only be guided from the light source to a pivotally mounted end of the respective swivel arm and its end can be arranged there in such a way that the light beam bundle couples into a beam guide along the swivel arm, which is formed by means of reflector elements. Such a design has the advantage that the swivel arm can be rotated through 360° or more without the light guide having to be rotated. The end of the light guide, at which the light from the light guide is coupled into the beam guide on the swivel arm, can be arranged stationary with respect to the carriage to which the swivel arm is attached.

Das Ende des Lichtleiters kann alternativ ortsfest derart am Schwenkarm angeordnet sein, so dass das Lichtstrahlbündel in Richtung zum freien Ende des Schwenkarms abgegeben wird, vorzugsweise parallel zum Schwenkarm. Am freien Ende des Schwenkarms kann ein Reflektorelement zum Lenken des jeweiligen Lichtstrahlbündels auf den Bearbeitungsbereich vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Umlenkspiegel.The end of the light guide can alternatively be arranged in a stationary manner on the swivel arm in such a way that the light beam bundle is emitted in the direction of the free end of the swivel arm, preferably parallel to the swivel arm. At the free end of the swivel arm, a reflector element can be provided for directing the respective light beam onto the processing area, such as a deflection mirror.

Das Reflektorelement kann ein parabolischer Spiegel oder ein Spiegel mit Freiformfläche zum Bündeln des Lichtes sein, so dass im Strahlengang keine optische Linse notwendig ist.The reflector element can be a parabolic mirror or a mirror with a free-form surface for concentrating the light, so that no optical lens is necessary in the beam path.

Die Vorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen weist eine Steuereinrichtung auf. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Bearbeitungsköpfe zum Lenken eines Lichtstrahlbündels auf einen Bearbeitungsbereich, wobei die Bearbeitungsköpfe jeweils an Schwenkarmen angeordnet sind, die wiederum an einem Schlitten angeordnet sind, die entlang einer Schieneneinrichtung verfahrbar sind.The device for the additive manufacturing of components has a control device. The device preferably comprises a plurality of processing heads for directing a light beam onto a processing area, the processing heads each being arranged on swivel arms, which in turn are arranged on a carriage, which can be moved along a rail device.

Die die Steuereinrichtung kann eingerichtet und ausgebildet sein, um die Vorrichtung mit Schieneneinrichtungen an unterschiedlichen Positionen in einer Prozesskammer, und/oder mit unterschiedlichen Schieneneinrichtungen, und/oder
mit unterschiedlichen Arten von Schlitten, und/oder
mit unterschiedlichen Arten von Schwenkarmen, und/oder
mit einer unterschiedlichen Anzahl von Bearbeitungsköpfen pro Schieneneinrichtung, und/oder mit unterschiedlichen Arten von Bearbeitungsköpfen anzusteuern, so dass die erfindungsgemäße Belichtungsstrategie anhand unterschiedlicher Bauteile und/oder von unterschiedlichen Bereichen von Bauteilen entsprechend gewählt und ausgeführt wird.The control device can be set up and designed to control the device with rail devices at different positions in a process chamber, and/or with different rail devices, and/or
with different types of slides, and/or
with different types of swivel arms, and/or
with a different number of processing heads per rail device, and / or with different types of processing heads, so that the exposure strategy according to the invention is selected and carried out accordingly using different components and / or different areas of components.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Diese zeigen in:

1 einen schematischen Ablauf einer konventionellen Belichtungsstrategie,
2 eine schematische Allgemeindarstellung einer erfindungsgemäßen Zwischenzeilenbelichtungsstrategie,
3 eine schematische Darstellung einer linear alternierenden Belichtungsstrategie mit einem Schritt,
4 eine schematische Darstellung einer linear alternierenden Belichtungsstrategie mit mehreren Schritten,
5 eine schematische Darstellung einer linear gleichgerichteten Belichtungsstrategie mit einem Schritt, und
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen konzentrischen Belichtungsstrategie mit einem Schritt.

The present invention is explained below using exemplary embodiments shown in the figures. These show in:

1 a schematic sequence of a conventional exposure strategy,
2 a schematic general representation of an interline exposure strategy according to the invention,
3 a schematic representation of a linearly alternating exposure strategy with one step,
4 a schematic representation of a linearly alternating exposure strategy with several steps,
5 a schematic representation of a linearly rectified exposure strategy with one step, and
6 a schematic representation of a concentric exposure strategy according to the invention with one step.

Bei einem herkömmlichen Belichtungsverfahren (1) werden die Belichtungsvektoren 1 in einer Bauteilschicht in der Fläche nacheinander abgearbeitet, um die entsprechenden Schweißraupen 2 auszubilden. Ein definierter Abstand ist zwischen den einzelnen Belichtungsvektoren 1 bzw. Schweißraupen 2 dabei so gewählt, dass die Schweißraupen 2 einander überlappen.With a conventional exposure process ( 1 ), the exposure vectors 1 are processed one after the other in a component layer in the surface in order to form the corresponding weld beads 2. A defined distance is between the individual exposure vectors 1 or Weld beads 2 selected so that the weld beads 2 overlap each other.

Hierbei ist dann vorgesehen, immer zunächst einen punkt- oder linienförmigen Abschnitt 3 von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufzuschmelzen. Ein Anfangsbereich eines darauffolgenden weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts 4 ist im Bereich des Endbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Abschnitts angeordnet. In diesem Bereich befindet sich auch ein Umkehrpunkt 5. Der weitere punkt- oder linienförmige Abschnitt wird 5 dann ebenfalls von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen.It is then intended to always first melt a point or line-shaped section 3 from an initial area to an end area. An initial area of a subsequent further point- or line-shaped section 4 is arranged in the area of the end area of the one point- or line-shaped section. There is also a reversal point 5 in this area. The further point or line-shaped section is then also melted 5 from an initial area to an end area.

Somit erfolgt das Ausbilden einer weiteren Schweißraupe 2 in den entsprechenden End- bzw. Anfangsbereichen dadurch, dass die Schmelze an den Umkehrpunkten 5 noch flüssig ist. Dies führt zu erhöhten Rückreflexen in eine entsprechende Laseroptik. Zudem kommt es zu einer Überhitzung durch den zusätzlichen Energieeintrag in die flüssige Phase und zu Materialanhäufungen und Verzug.Thus, the formation of a further weld bead 2 in the corresponding end or beginning areas takes place in that the melt is still liquid at the reversal points 5. This leads to increased back reflections in the corresponding laser optics. In addition, overheating occurs due to the additional energy input into the liquid phase and material accumulation and distortion occurs.

Insbesondere kommen dabei die eingangs erläuterten Nachteile zum Tragen, dass das Metallpulver während des Ausbildens der Schweißraupe 2 aus benachbarten Bereichen in die aktuelle Schweißbahn eingezogen wird, wodurch dann Pulver für die darauffolgende Schweißraupe 2 fehlt.In particular, the disadvantages explained at the beginning come into play in that the metal powder is drawn into the current welding path from neighboring areas during the formation of the weld bead 2, as a result of which powder is then missing for the subsequent weld bead 2.

Zudem muss der Belichtungsabstand derart klein gewählt werden, dass genügend Pulver zur Verfügung steht. Auf diese Weise sinkt dann auch die Produktivität.In addition, the exposure distance must be chosen so small that enough powder is available. In this way, productivity also decreases.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zwischenzeilenbelichtung (2) ist nun vorgesehen, zunächst einen ersten punkt- oder linienförmigen Abschnitt 3 innerhalb einer Schicht eines zu fertigenden Bauteils aufzuschmelzen.According to a method according to the invention for interline exposure ( 2 ) it is now provided to first melt a first point or line-shaped section 3 within a layer of a component to be manufactured.

Das Verfahren wird beispielhaft in einer horizontalen X/Y-Ebene ausgeführt. Das Verfahren kann aber auch in einer vertikalen Z/X- oder Z/Y- Ebene oder je nach herzustellendem Bauteil sogar im Raum ausgeführt werden.The method is carried out, for example, in a horizontal X/Y plane. However, the process can also be carried out in a vertical Z/X or Z/Y plane or even in space, depending on the component to be produced.

Im Anschluss daran wird beabstandet zu diesem punkt- oder linienförmigen Abschnitt ein weiterer punkt- oder linienförmiger Abschnitt 4 aufgeschmolzen, so dass ein unbearbeiteter Zwischenraum 6 zwischen beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten 3,4 ausgebildet ist.Subsequently, a further point or line-shaped section 4 is melted at a distance from this point- or line-shaped section, so that an unprocessed gap 6 is formed between the two point- or line-shaped sections 3,4.

Dann wird ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt 7, der im Zwischenraum 6 zwischen den beiden punkt- oder linienförmigen Abschnitten 3, 4 angeordnet ist, aufgeschmolzen.Then a point or line-shaped intermediate section 7, which is arranged in the space 6 between the two point or line-shaped sections 3, 4, is melted.

Durch die dabei übersprungene Schweißbahn (punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt) werden Überhitzungsbereiche und Rückreflexe aus der Schmelze erheblich reduziert.The skipped welding path (point or line-shaped intermediate section) significantly reduces overheating areas and back reflections from the melt.

Somit werden zunächst Belichtungsvektoren in einer Bauteilschicht mit einem vorbestimmten Abstand von zumindest einer Schweißraupenbreite oder kleiner oder größer einer Schweißraupenbreite oder größer als zwei Schweißraupenbreiten oder größer als drei Schweißraupenbreiten oder größer als vier Schweißraupenbreiten abgefahren.Thus, exposure vectors are first traversed in a component layer with a predetermined distance of at least one weld bead width or smaller or larger than one weld bead width or larger than two weld bead widths or larger than three weld bead widths or larger than four weld bead widths.

In einem zweiten Schritt werden dann die Zwischenräume 6 bzw. die Bereiche zwischen den bereits belichteten Schweißraupen 2 belichtet, um Schweißraupen 2 in den Zwischenräumen 6 auszubilden und auf diese Weise die Lücken zwischen den zunächst erzeugten Schweißraupen 6 zu schließen und eine Überlappung zu erzielen.In a second step, the gaps 6 or the areas between the already exposed weld beads 2 are then exposed in order to form weld beads 2 in the gaps 6 and in this way to close the gaps between the initially generated weld beads 6 and to achieve an overlap.

Dabei ist dann die Schmelze an den Umkehrpunkten 5 bereits verfestigt. Dies führt zu einer Reduktion von Laserstrahlrückreflexen in die Laseroptik durch die feste Metallphase. Zudem kommt es zu einer stärkeren Einkopplung der Laserstrahlung ins Pulver durch zusätzliche Reflexion der benachbarten Schweißraupen.The melt is then already solidified at the reversal points 5. This leads to a reduction of laser beam reflections into the laser optics due to the solid metal phase. In addition, there is a stronger coupling of the laser radiation into the powder due to additional reflection from the neighboring weld beads.

Hierbei ist dann insbesondere vorteilhaft, dass im ersten Schritt beim Ausbilden der Schweißraupen 2 ausreichend genug Metallpulver für eine stabile Ausbildung der Schweißraupen zur Verfügung steht. In einem zweiten Schritt werden die Zwischenräume bzw. die Zwischenbereiche und die bereits ausgeschmolzenen Schweißraupen umgeschmolzen, um einen geschlossenen Überlappungsbereich auszubilden.It is then particularly advantageous that in the first step when forming the weld beads 2, sufficient metal powder is available for a stable formation of the weld beads. In a second step, the gaps or the intermediate areas and the already melted weld beads are remelted in order to form a closed overlap area.

Neben der allgemeinen technischen Lehre der vorliegenden Erfindung sind auch noch einzelne, besonders vorteilhafte Verfahren bzw. Verfahrensschritte, die anhand der Bauteilgeometrie auch beliebig miteinander kombiniert werden können, für eine einzelne Bauteilschicht vorgesehen.In addition to the general technical teaching of the present invention, individual, particularly advantageous methods or method steps, which can also be combined with one another in any way based on the component geometry, are also provided for an individual component layer.

Im Folgenden wird zunächst ein Verfahren bzw. ein Verfahrensschritt aufgezeigt, bei dem punkt- oder linienförmige Abschnitte in etwa parallel zueinander angeordnet sind (3 und 4).In the following, a method or a method step is first shown in which point or line-shaped sections are arranged approximately parallel to one another ( 3 and 4 ).

Gemäß diesem Verfahren bzw. Verfahrensschritt ist zunächst vorgesehen, dass ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt 8 zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten 3, 4 vorgesehen ist. Ein solches Verfahren wird im Folgenden als linear alternierend mit einem Zwischenabschnitt bezeichnet und ausgeführt.According to this method or method step, it is initially provided that a point or line-shaped intermediate section 8 is provided between two point or line-shaped sections 3, 4. Such a method is referred to and carried out below as linearly alternating with an intermediate section.

Dabei wird zunächst ein punkt- oder linienförmiger Abschnitt 3 von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen. Ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts 4 ist im Bereich des Endbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Abschnitts 3 angeordnet.First, a point or line-shaped section 3 is melted from an initial area to an end area. An initial area of a further point- or line-shaped section 4 is arranged in the area of the end area of the one point- or line-shaped section 3.

Der weitere punkt- oder linienförmige Abschnitt 4 wird dann ebenfalls vom Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Abschnitte 3, 4 aufgeschmolzen sind.The further point or line-shaped section 4 is then also melted from the initial area to an end area until at least two or more point or line-shaped sections 3, 4 have been melted.

Im Anschluss daran wird der Zwischenraum 6 derart aufgeschmolzen, dass zunächst ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt 7 von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Dessen Anfangsbereich ist im Bereich des Endbereichs eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts 3 angeordnet.Subsequently, the intermediate space 6 is melted in such a way that a point or line-shaped intermediate section 7 is first melted from an initial area to an end area. Its initial area is arranged in the area of the end area of a point or line-shaped section 3.

Dann wird ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts 8 aufgeschmolzen, dessen Anfangsbereichs im Bereich des Endbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts 7 angeordnet ist. Dieser wird dann ebenfalls von dem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte aufgeschmolzen sind.Then an initial area of a further point or line-shaped intermediate section 8 is melted, the initial area of which is arranged in the area of the end area of the one point or line-shaped intermediate section 7. This is then also melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped intermediate sections have been melted.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren bzw. ein entsprechender Verfahrensabschnitt ist derart vorgesehen, dass zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte 7, 8 zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten 3, 4 vorgesehen sind, so dass das Verfahren linear alternierend mit mehreren Zwischenabschnitten ausgeführt wird (4).A further method according to the invention or a corresponding method section is provided in such a way that two or more point- or line-shaped intermediate sections 7, 8 are provided between two point- or line-shaped sections 3, 4, so that the method is carried out linearly alternating with several intermediate sections ( 4 ).

Dieses Verfahren entspricht analog dem linear alternierenden Verfahren mit einem Schritt und unterscheidet sich von diesem lediglich dadurch, dass die Breite der Zwischenräume 6 größer oder gleich der Breite von einer Schweißraupe 2 ist. Somit sind die Zwischenräume 6 dann größer und werden im Anschluss mit zwei oder mehreren Schweißraupen 2 bearbeitet.This method corresponds analogously to the linear alternating method with one step and only differs from it in that the width of the gaps 6 is greater than or equal to the width of a weld bead 2. The gaps 6 are then larger and are then processed with two or more weld beads 2.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. eines entsprechenden Verfahrensschritts ist vorgesehen, dass ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt 7 zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten 3, 4 vorgesehen ist, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit einem Zwischenabschnitt 7 ausgeführt wird.In a further embodiment of the method according to the invention or a corresponding method step, it is provided that a point- or line-shaped intermediate section 7 is provided between two point- or line-shaped sections 3, 4, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with an intermediate section 7.

Dabei wird zunächst ein punkt- oder linienförmiger Abschnitt 3 von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen. Ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts 4 ist dabei im Bereich des Anfangsbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Abschnitts 3 angeordnet.First, a point or line-shaped section 3 is melted from an initial area to an end area. A starting area of a further point or line-shaped section 4 is arranged in the area of the starting area of a point or line-shaped section 3.

Der weitere punkt- oder linienförmige Abschnitt 4 wird dann von dem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Abschnitte aufgeschmolzen sind.The further point or line-shaped section 4 is then melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped sections have been melted.

Im Anschluss daran werden die Zwischenräume 6 derart aufgeschmolzen, dass zunächst ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt 7 von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird, dessen Anfangsbereich im Bereich des Endbereichs eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts 3 angeordnet ist.Subsequently, the gaps 6 are melted in such a way that first a point or line-shaped intermediate section 7 is melted from an initial area to an end area, the initial area of which is arranged in the area of the end area of a point or line-shaped section 3.

Dann wird ein Anfangsbereich 8 eines weiteren punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts, dessen Anfangsbereich im Bereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts 4 angeordnet ist. Dieser wird dann ebenfalls vom Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte 7, 8 aufgeschmolzen sind.Then a starting area 8 of a further point or line-shaped intermediate section, the starting area of which is arranged in the area of a further point or line-shaped section 4. This is then also melted from the beginning area to the end area until at least two or more point or line-shaped intermediate sections 7, 8 have been melted.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Verfahrensschritt können auch zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte 7, 8 zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten vorgesehen sein, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit mehreren Zwischenabschnitten 7, 8 ausgeführt wird.According to the method or method step according to the invention, two or more point- or line-shaped intermediate sections 7, 8 can also be provided between two point- or line-shaped sections, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with several intermediate sections 7, 8.

Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einem entsprechenden Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten vorgesehen ist, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit einem Zwischenabschnitt ausgeführt wird (6).According to a further aspect of the method according to the invention or a corresponding method step, it is provided that a point or line-shaped intermediate section is provided between two point or line-shaped sections, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with an intermediate section ( 6 ).

Zusätzlich und/oder alternativ zu den vorstehenden Ausführungsformen können aufeinanderfolgende punkt- oder linienförmige Abschnitte in etwa umlaufend angeordnet bzw. ausgebildet sein. Diese können insbesondere einer Kontur folgend oder konzentrisch und bspw. orthogonal zueinander angeordnet sein.In addition and/or as an alternative to the above embodiments, successive point or line-shaped sections can be arranged or formed approximately circumferentially. These can in particular be arranged following a contour or concentrically and, for example, orthogonally to one another.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Ausdruck „konzentrisch“ verstanden, dass die Bereiche in etwa schalenförmig zueinander angeordnet sind. Derartige Schalen sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, wobei diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur kreisförmig, sondern auch rechteckförmig oder vieleckig ausgebildet sind. Auch derartige rechteckförmige Schalen bzw. Schweißraupen 2 werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als konzentrisch bezeichnet.In the context of the present invention, the term “concentric” means that the areas are arranged approximately in a bowl-shaped manner relative to one another. Such bowls are preferred wise arranged parallel to each other, whereby in the context of the present invention these are not only circular, but also rectangular or polygonal. Such rectangular shells or weld beads 2 are also referred to as concentric in the context of the present invention.

Hierbei ist vorgesehen, dass zunächst ein punkt- oder linienförmiger Abschnitt 3 von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Abschnitts 4 ist dabei im Bereich des Endbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Abschnitts 3 angeordnet. Dieser wird dann ebenfalls vom Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Abschnitte 3, 4 aufgeschmolzen sind.It is provided here that first a point or line-shaped section 3 is melted from an initial area to an end area. An initial area of a further point- or line-shaped section 4 is arranged in the area of the end area of the one point- or line-shaped section 3. This is then also melted from the beginning area to the end area until at least two or more point or line-shaped sections 3, 4 have been melted.

Im Anschluss daran werden die Zwischenräume 6 derart aufgeschmolzen, dass zunächst ein punkt- oder linienförmiger Zwischenabschnitt 7 von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich aufgeschmolzen wird. Dessen Anfangsbereich ist im Bereich des Anfangs- oder des Endbereichs eines punkt- oder linienförmigen Abschnitts 4 angeordnet.The gaps 6 are then melted in such a way that a point or line-shaped intermediate section 7 is first melted from an initial area to an end area. Its initial area is arranged in the area of the initial or end area of a point or line-shaped section 4.

Dann wird ein Anfangsbereich eines weiteren punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts 7 im Bereich des Endbereichs des einen punkt- oder linienförmigen Zwischenabschnitts 8 angeordnet, und dieser ebenfalls von dem Anfangsbereich bis zum Endbereich aufgeschmolzen wird, bis zumindest zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte 7, 8 aufgeschmolzen sind.Then an initial area of a further point or line-shaped intermediate section 7 is arranged in the area of the end area of the one point or line-shaped intermediate section 8, and this is also melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped intermediate sections 7, 8 have melted.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können hierbei auch zwei oder mehrere punkt- oder linienförmige Zwischenabschnitte 7, 8 zwischen zwei punkt- oder linienförmigen Abschnitten 3, 4 vorgesehen sein, so dass das Verfahren linear gleichgerichtet mit mehreren Zwischenabschnitten ausgeführt wird.According to a further embodiment, two or more point- or line-shaped intermediate sections 7, 8 can also be provided between two point- or line-shaped sections 3, 4, so that the method is carried out in a linearly rectified manner with several intermediate sections.

Die vorstehend aufgezeigten Verfahrensschritte bzw. Verfahren können beliebig miteinander kombiniert werden. Hierbei können insbesondere für die einzelnen Verfahrensschritte oder auch für vorgestimmte Bauteilbereiche, die anhand eines Bauplans eines entsprechenden Bauteils automatisch und/oder manuell ausgewählt werden, unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeit für Schlitten und Schwenkarme und/oder unterschiedliche Druckgeschwindigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturen für die Bearbeitungsköpfe für verschiedene Abschnitte vorgesehen sein.The process steps or procedures shown above can be combined with one another in any way. In particular, for the individual process steps or also for predetermined component areas, which are automatically and/or manually selected based on a construction plan of a corresponding component, different travel speeds for carriages and swivel arms and/or different printing speeds and/or different temperatures for the processing heads for different sections can be used be provided.

Die vorstehend aufgezeigte Anordnung der Anfangs- und Endbereich ist zwar vorteilhaft, aber diese könnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch anders gewählt werden. Wichtig ist hierbei lediglich, dass die Schweißraupen ausreichend Zeit zur Abkühlung haben, wie die erfindungsgemäß vorgesehen ist.The arrangement of the start and end regions shown above is advantageous, but this could also be chosen differently within the scope of the present invention. The only important thing here is that the weld beads have sufficient time to cool down, as is provided according to the invention.

Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zum additiven Fertigen mit einer Steuereinrichtung zum Ausführen eines vorstehend aufgezeigten Verfahrens vorgesehen.Furthermore, according to the invention, a device (not shown) for additive manufacturing is provided with a control device for carrying out a method shown above.

Diese umfasst zumindest einen Bearbeitungskopf zum Lenken eines Lichtstrahlbündels auf einen Bearbeitungsbereich, um einen Belichtungsvektor bzw. eine Schweißraupe auszubilden.This includes at least one processing head for directing a light beam onto a processing area in order to form an exposure vector or a weld bead.

Die Vorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen weist eine Steuereinrichtung auf. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Bearbeitungsköpfe zum Lenken eines Lichtstrahlbündels auf einen Bearbeitungsbereich, wobei die Bearbeitungsköpfe jeweils an Schwenkarmen angeordnet sind, die wiederum an einem Schlitten angeordnet sind, die entlang einer Schieneneinrichtung verfahrbar sind.The device for the additive manufacturing of components has a control device. The device preferably comprises a plurality of processing heads for directing a light beam onto a processing area, the processing heads each being arranged on pivot arms are, which in turn are arranged on a carriage which can be moved along a rail device.

Die die Steuereinrichtung kann eingerichtet und ausgebildet sein, um die Vorrichtung mit Schieneneinrichtungen an unterschiedlichen Positionen in einer Prozesskammer, und/oder mit unterschiedlichen Schieneneinrichtungen, und/oder
mit unterschiedlichen Arten von Schlitten, und/oder
mit unterschiedlichen Arten von Schwenkarmen, und/oder
mit einer unterschiedlichen Anzahl von Bearbeitungsköpfen pro Schieneneinrichtung, und/oder
mit unterschiedlichen Arten von Bearbeitungsköpfen anzusteuern, so dass die erfindungsgemäße Belichtungsstrategie anhand unterschiedlicher Bauteile und/oder von unterschiedlichen Bereichen von Bauteilen entsprechend gewählt und ausgeführt wird.The control device can be set up and designed to control the device with rail devices at different positions in a process chamber, and/or with different rail devices, and/or
with different types of slides, and/or
with different types of swivel arms, and/or
with a different number of processing heads per rail device, and/or
with different types of processing heads, so that the exposure strategy according to the invention is selected and carried out accordingly based on different components and / or different areas of components.

Die Steuereinrichtung ist auch ausgebildet, um für die einzelnen Verfahrensschritte oder auch für vorgestimmte Bauteilbereiche, die anhand eines Bauplans eines entsprechenden Bauteils automatisch und/oder manuell ausgewählt werden, unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeit für Schlitten und Schwenkarme und/oder unterschiedliche Druckgeschwindigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturen für die Bearbeitungsköpfe für verschiedene Abschnitte vorzusehen.The control device is also designed to provide different travel speeds for carriages and swivel arms and/or different printing speeds and/or different temperatures for the individual process steps or for predetermined component areas, which are automatically and/or manually selected based on a construction plan of a corresponding component To provide processing heads for different sections.

Claims

Method for the additive manufacturing of components, preferably using a powder bed-based method, comprising the following steps Melting two spaced apart point or line-shaped sections within a layer of a starting material using a heat source, so that an unprocessed intermediate section of the starting material is formed between the two point or line-shaped sections, and Melting the point- or line-shaped intermediate section of the starting material by means of a heat source which is arranged in the area between the two point- or line-shaped sections,

Procedure according to Claim 1 , characterized in that a width of the unprocessed intermediate section is dimensioned such that when forming the intermediate section, overlapping boundary areas between the sections are melted in order to form a closed overlap area between the point or line-shaped sections and the intermediate section.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that an approximately point or line-shaped weld bead is formed by the melting, the width of the gap being less than or equal to a width of the weld bead of a point or line-shaped section if an intermediate section is provided between two sections and thus an intermediate exposure is, the width of the gap being equal to or greater than a width of the weld bead of a point or line-shaped section if two or more intermediate sections are provided between two sections and thus two or more intermediate exposures.

Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the point or line-shaped sections are arranged approximately parallel to one another.

Procedure according to Claim 4 , characterized in that first a point or line-shaped section is melted from an initial area to an end area, with preferably an initial area of a further point or line-shaped section being arranged in the area of the end area of the one point or line-shaped section, and the other point or line-shaped section is also melted from the initial area to an end area until at least two or more point or line-shaped sections are melted, and then the gap or spaces are melted in such a way that initially a point or line-shaped intermediate section of an initial area is melted to an end area, the initial area of which is preferably arranged in the area of the end area of a point or line-shaped section, and then an initial area of a further point or line-shaped intermediate section, the initial area of which is preferably in the area of the end area of the one point or line-shaped Intermediate section is arranged and this is also melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped intermediate sections are melted.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that a point or line-shaped intermediate section is provided between two point or line-shaped sections, so that the method is carried out linearly alternating with an intermediate section, or that two or more point or line-shaped intermediate sections are provided between two point or line-shaped sections are, so that The method is carried out linearly alternating with several intermediate sections.

Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a linear section is first melted from an initial region to an end region, with preferably an initial region of a further point or line-shaped section being arranged in the area of the initial region of the one punctiform or line-shaped section, and this further point or line-shaped section Line-shaped section is melted from the initial area to the end area until at least two or more point- or line-shaped sections are melted, and then the gaps are melted in such a way that first a point- or line-shaped intermediate section is melted from an initial area to an end area is, the initial area of which is preferably arranged in the area of the end area of a point or line-shaped section, and then an initial area of a further point or line-shaped intermediate section, the initial area of which is preferably arranged in the area of a further end area of a further point or line-shaped section, and this is also melted from the initial area to the end area until at least two or more point or line-shaped intermediate sections have been melted.

Procedure according to Claim 7 , characterized in that a point or line-shaped intermediate section is provided between two point or line-shaped sections, so that the method is carried out linearly in the same direction with an intermediate section, or that two or more point or line-shaped intermediate sections are provided between two point or line-shaped sections -are seen, so that the process is carried out in a linearly rectified manner with several intermediate sections.

Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that successive point or line-shaped sections are arranged approximately circumferentially, in particular concentrically and preferably orthogonally to one another.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that a linear section following a contour is first melted from an initial region to an end region, and wherein an initial region of a further linear section following a contour is arranged in the region of the end region of the linear section following a contour, and this is also melted from the initial area to the end area until at least two or more linear sections following a contour have been melted, and then the spaces are melted in such a way that first a linear intermediate section following a contour is melted from an initial area to an end area , the initial area of which is arranged in the area of the initial or end area of a line-shaped section following a contour, and then an initial area of a further line-shaped intermediate section following a contour is arranged in the area of the end area of a line-shaped intermediate section following a contour, and this too is melted from the initial area to the end area until at least two or more or linear intermediate sections following a contour have been melted.

Procedure according to Claim 10 , characterized in that a point or line-shaped intermediate section is provided between two point or line-shaped sections, so that the method is carried out linearly in the same direction with an intermediate section, or that two or more point or line-shaped intermediate sections are provided between two point or line-shaped sections -are seen, so that the process is carried out in a linearly rectified manner with several intermediate sections.

Procedure according to Claim 10 , characterized in that different travel speeds for carriages and swivel arms and/or different printing speeds and/or different temperatures for processing heads are provided for different sections, which can be selected automatically and/or manually based on construction plans for components.

Device for additive manufacturing with a control device for carrying out a method according to one of Claims 1 until 12 .